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a s t r o n o m i aGalaxias: los puentes entrelas estrellas y el Universo

Módulo 1.Estrellas y su medio.

Notas de clase 1:“Las herramientas del astrónomo”

Responsable académico:Dr. Jesús González González.

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La Astronomía es fundamentalmente una ciencia observacional.

Su laboratorio es el cosmos mismo.

Estudia objetos y fenómenos que no alcanza, controla ni manipula.

Sin embargo, el vasto cosmos compensa con numerosos fenómenos,

Muchos muy poco frecuentes o no reproducibles en laboratorios.

La información recibida del cosmos es fundamentalmente LUZ, que recolectamos con telescopios de toda índole. En menor medida, a una escala más limitada, también estudiamos el universo mediante:

Rayos cósmicos, por neutrinos, etc. y pronto por ondas gravitacionales.

Sondas espaciales y meteoritos y en un futuro por misiones tripuladas.

Estudio de la Tierra y nosotros mismos, que son objetos astronómicos, resultado de los diversos procesos de evolución química y física del universo.

Figura 1: J. Gallego y J. Zamorano, UCM

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La Astronomía observacional busca y requiere desarrollar continuamente:

Más y mayores telescopios (en todo el rango de energía).

Nóveles y mejores:

Instrumentos y detectores

Técnicas de análisis y de control

Tecnologías y Teorías

Recursos y equipos humanos altamente capacitados.

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Las distancias en la astronomía

Las distancias en el cosmos son ¡enormes!

Figura 2: J.J. Gonzalez (IA-UNAM, 2002)

Año Luz = 9.46 x 1012 km

1 ua = 8.3 minutos luz = 149.6 Mkm

Próxima Centauri = 4.27 al.

Alfa Centauri = 4.4 al.

Sirio = 8.64 al.

Centro Galáctico = 28,000 al.

Nubes de Magallanes = 160,000 al.

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Adnrómeda = 2.26 Mal.

Cúmulo de Virgo = 50 Mal.

Cúmulo de Coma = 300 Mal.

Cúmulo de Hércules = 700 Mal.

U. Observado = 12,000 Mal.

U. Observable = 13,720 Mal.

Abreviaturas:

Año luz : a.l. O al.

Millones de años luz: Mal.

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Observar el cosmos a sus inmensas distancias nos lo permite la luz y la información que proporciona

La luz es una onda, una onda electromagnética, que al interaccionar con la materia que la produce, que la reflecta, que la absorbe o la difunde, nos da información de la naturaleza, estado y movimiento de esa materia y del espacio o entorno donde se encuentra.

En algunos fenómenos físicos la luz también puede considerarse como partículas sin masa, llamadas fotones. En el vacío, ya sea como onda o como partícula, la luz viaja a una enorme velocidad cercana a los 300 mil kilómetros por segundo (mil ochenta millones de kilómetros por hora).

La energía de la luz es proporcional a su frecuencia (digamos “color”) en particular, el ojo humano detecta un rango de frecuencias que van del rojo al violeta. (Rango Visible).

R

Rojo

N

Naranja

A

Amarillo

V

Verde

A

Azul

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Pero el infinito rango de energía de la luz se extiende por ambos lados del Visible

R

Rojo

N

Naranja

A

Amarillo

V V

Verde

A

Azul violeta

Longitud de onda

Longitud de onda = velocidad/frecuencia de la luz

Los astrónomos miden longitudes de onda también en:

micras (10-4 cm), Angstroms (10-8 cm)

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En la actualidad observamos objetos astronómicos en todo el rango de energías de la luz

Un mismo objeto se mira diferente en las distintas frecuencias pues estamos detectando procesos de distinta energía:

• Luz visible: estrellas 2,000 a 40,000 º

• Infrarrojo: estrellas frías y polvo “caliente”

• Microondas y radio: medio interestelar molecular y

• Ultravioleta: estrellas y gas muy calientes

• Rayos X y Gamma : gras a millones de grados y los fenómenos

más energéticos.

Longitud de onda

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Gran diversidad de tipos de telescopios e instrumentos

Las distintas energías de la luz requieren técnicas y condiciones diferentes para colectarla, enfocarla detectarla y analizarla.

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La atmósfera limita el rango de luz que podemos detectar desde la superficie de la tierra.

Actualmente tenemos instrumentos que vuelan a grandes alturas o en órbita (fuera de la atmósfera terrestre) y observamos prácticamente todo el espectro electromagnético. La observación desde la superficie de la Tierra y desde el

Espacio son complementarias y seguirán desarrollándose ampliamente.

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La instrumentación astronómica abarca:Telescopios (tan sólo colecta luz, no la detecta ni analiza)

Instrumentos

De integración y caracterización

De soporte, calibración, monitoreo y manejo

Instrumentos de Ciencia

Otras plataformas

Globos, aviones, satélites, túneles, minas, etc.

Telescopios y experimentos no electromagnéticos

Tratamiento, bases, análisis de datos

Observatorios virtuales

Observatorios de modelización

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Telescopios para el visible (clásicos): refractores y reflectores

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Las lentes no pueden ser demasiado grandes (alrededor de 1 metro)

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Hasta 1990 el mayor reflector no pasaba de 6 metros de diámetro.

Reflector de 5.08 metrosde Monte Palomar

Los de mayor tamaño se deforman(Segmentados, meniscos y aligerados)

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Los grandes telescopios de la actualidad (visible-infrarrojo)

El Gran Telescopio Canarias (GTC) es el mayor de ellos.

Desarrollado y operado por un consorcio internacional:

España

México

Florida

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El espejo primario del GTC se compone de 36 espejos que trabajan como uno solo. Un segundo espejo (secundario) le apoya para enfocar la luz y un tercero ayuda a dirigirla a los distintos focos.

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Edificio y estructura terminados en 2007 GTC está en operación científica desde mediados de 2009.

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Instrumentos del Gran Telescopio CanariasUn telescopio es tan sólo un colector de luz, resulta inútil sin sus instrumentos

Tipos de instrumentos:

Soporte y mantenimiento

Caracterización y manejo

Instrumentos científicos

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Mediciones astronómicas... más variedad.

Mediciones

• Posición

• Forma

• Brillo

• Distancia

• Diámetro

• Temperatura

• Densidad

• Presión

• Masa

• Composición química

• Velocidad

• Eventos especiales: eclipses, ocultaciones, explosiones

• y su variación tem-poral

Técnicas

• Imagen

• Fotometría

• Espectroscopía

• Interferometría

• Astrometría

• Coronografía

• Polarimetría

• Magnetometría

• Óptica Adaptiva

• Etc. Instrumentos

• Cámaras

• Espectrógrafos

• Bolómetros

• Interferómetros

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Cámaras.• Imagen directa con distintas• escalas y muestreos• campos de visión• amplificaciones

• frecuencias (colores)

Las grandes cámaras Astronómicas de hoy.SuprimeCam del telescopio Subaru (en Hawái)

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Filtros astronómicos

Seleccionan bandas de interés que después se combinan para análisis de color, temperatura, química.

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OSIRIS: principal instrumento de ciencia en el visible.

Participación mexicana en diseño y construcción

Opera desde 2009

Cámara-espectrómetro

• Optimizada para detectar bajos flujos de luz con filtros entonables

• Espectroscopía multi-objeto

• Modos rápidos de operación.

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Fuentes de consulta

Addison WesleyAstronomia.netAstronomy.netAstronomical Picture of the DayASPESAESOGran Telescopio CanariasHSTIA-UNAMINAOEInstituto Astrofísico de CanariasJ. Gallego (UCM)J. Gorgas (UCM)J. Zamorano (UCM)NASANRAONSFPearson Prentice HallL. F. Rodríguez (UNAM)SAOScientific AmericanSubaru Telescope TMTwww.m.teachastronomy.comU. AlbertaU. ArizonaU. CaliforniaU. Complutense de MadridU. ColoradoU. FloridaU. HawaiiU. TexasU. NebraskaUniverse, Seeds & BackmanVLT