Objetivos da Unidade Curricular

Dar uma formação sólida em Astronomia observacional, estudando os princípios físicos e procedimentos para realizar observações com instrumentação moderna, assim como os princípios das técnicas da análise de dados. Deste modo, o aluno familiariza-se com os detalhes dos parâmetros observacionais tais como, conceitos avançados sobre sistemas de coordenadas, características de telescópios e detetores, princípios avançados de fotometria, espectroscopia e do tratamento de dados associado, o que lhe permite planear e conduzir observações astronómicas para investigação científica, num observatório internacional.

 

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Pré-requisitos

• Astronomia (34736)
• Astrofísica (34740)

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Conteúdos

1. Sistemas de Coordenadas. Alterações com a refração atmosférica, movimento próprio, precessão e nutação. Escalas de Tempo.

2. Intensidade luminosa, magnitude e sua deteção. Alterações devidas à massa de ar e ao instrumento.

3. As flutuações estatísticas da emissão de luz. 

4. Os Sistemas fotométricos de Johnson e Strömgren: relação das cores e índices com os parâmetros atmosféricos estelares. Diagramas H-R.

5. Caraterísticas dos detetores CCD. Calibração das contagens na imagem do CCD. Princípios estatísticos fundamentais do tratamento de imagens. Ajustes e incertezas estatísticas. O software IRAF.

6. Espectroscópios: redes de difração simples e montagem Échelle. Espectros e riscas espectrais: parâmetros observacionais e relação com as características físicas. Distribuição dum espectro na imagem CCD.

 

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Descrição detalhada dos conteúdos programáticos

Componente Teórica

1. Astrometria: Sistemas de Coordenadas e Escalas de Tempo.

a. Trigonometria esférica.

b. Coordenadas equatoriais, locais e movimento diurno aparente.

c. Ângulo horário e altura.

d. Alterações da posição celeste.

i. A refração atmosférica e os modelos de correção.

ii. A precessão do eixo terrestre e do equinócio Vernal.

iii. Correções de precessão e nutação luni-solares.

e. O movimento próprio dum astro: dedução das equações e correções a usar.

f. Transformações para coordenadas galácticas e supergalácticas.

g. Tempo Atómico TAI, Tempo Universal UTC, Tempo Sideral, aparentes e médios.

h. Tempo (Dinâmico) Terrestre e Tempo do Baricentro.

i. Calendários: datas Julianas, Gregorianas e Épocas.

2. Conceitos fundamentais da Fotometria

a. Luminosidade estelar, fluxo e intensidade luminosa recebida na Terra.

b. Magnitude e equações com os parâmetros do instrumento.

c. Aumento de magnitude devida à massa de ar. Modelos de massa de ar.

d. Medição da extinção atmosférica e correções à magnitude. Dependência na cor.

e. Princípios de fotometria diferencial e “do céu todo”.

3. Princípios físicos da emissão de luz.

a. Distribuições estatísticas e as flutuações na intensidade luminosa.

b. A razão Sinal-Ruído (S/R) na contagem de fotões.

c. Dependência da razão S/R com o tempo de integração.

4. Sistemas Fotométricos

a. O sistema de Johnson de banda larga:

i. Curvas de transmissão dos filtros UBVRI e magnitudes respetivas.

ii. Cores U-B, B-V, V-R e V-I.

iii.  Relação das cores e índices com os parâmetros atmosféricos estelares.

b. O sistema de Strömgren, de banda intermédia:

i. Curvas de transmissão dos filtros uvby, Hβ-NW e magnitudes respetivas.

ii. Cores e índices b-y, m1, c1 e β.

iii. Calibração para índices sem avermelhamento.

c. Relação das cores e índices com os parâmetros atmosféricos estelares.

5. Detetores de CCD e análise de imagem.

a. Caraterísticas de funcionamento dos CCD.

b.  Calibração das contagens na imagem dum CCD: bias, darks e flats.

c. Princípios estatísticos fundamentais do tratamento de imagens.

d. Fotometria de “abertura” e de PSF (Point Spread Function).

e. Imagem de difração dum telescópio. Seeing e resolução efetiva da imagem.

f. Estatística da subtração do brilho do céu às contagens do astro.

g. Técnicas de ajustes a dados. As incertezas estatísticas dos parâmetros.

h. Métodos e tratamento numérico na análise de dados.

i.  software IRAF.

6. Espectroscopia Astronómica.

a. Espectroscópios e redes de difração simples.

b. Espectrógrafos em montagem Échelle.

c.  A forma das riscas espectrais: ajustes de Gaussianas e Lorentzianas.

d. Parâmetros observados nas riscas e relação com as características físicas.

e. A forma 2D dum espectro na imagem CCD.

f. Recuperação da forma das riscas espectrais e do contínuo do espectro

 

Componente Teórica-Prática

   Discussão e resolução de séries de problemas referentes aos tópicos da componente teórica. Muitos problemas exigem cálculo numérico em quantidade e recorre-se ao uso de software como o Mathematica, ou Mathlab ou programação em C, Python, etc.

 

 

Componente Prática

N/A

 

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Bibliografia

Recomendada

- Robin M. Green: “Spherical Astronomy”, Cambridge University Press (CUP), 1985.

- Christopher R. Kitchin: “Astrophysical Techniques”, CRC Press 2008, (1ªed 1991).

- Edwin Budding & Osman Demircan: “Introduction to Astronomical Photometry”, CUP, 2007, “Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers” series, No. 6.

- Christopher R. Kitchin: “Optical Astronomical Spectroscopy”, Institute of Physics Publishing, 1996

 

Outros elementos de estudo

- J. Meeus: “Astronomical Formulae for Calculators”, Willmann-Bell, 1998.

- P. Duffet-Smith, “Astronomy with your Personal Computer”, 2ª ed, CUP, 1990.

- W. M. Smart: “Textbook on Spherical Astronomy”, 4ª ed, CUP, 1949.

- Arne A. Henden, Ronald H. Kaitchuck: “Astronomical Photometry: a Text and Handbook for the advanced Amateur and Professional Astronomer”, 1990, Willman-Bell.

 

 

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Métodos de Ensino

Usa-se a explanação dedutiva para modelar dados observacionais ou definir conceitos. A explanação é interativa para envolver os conhecimentos prévios dos alunos e integrar os novos resultados. Usam-se modelos dinâmicos em Mathematica para explorar resultados complexos e multifacetados. A consolidação da aprendizagem recorre à resolução de problemas teóricos e práticos, com redução de dados de investigação científica. 

 

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Métodos de Avaliação

Consiste na resolução de séries de problemas e de um trabalho escrito.

 

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Língua de ensino

português ou inglês