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Questions and Answers
Quale scoperta ha segnato l'inizio dell'Astrofisica?
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La scoperta della Fisica Quantistica
Quale delle seguenti affermazioni è falsa riguardo al corpo nero?
Quale delle seguenti affermazioni è falsa riguardo al corpo nero?
La legge di Wien descrive la dipendenza della lunghezza d'onda di massima emissione dalla temperatura assoluta del corpo.
La legge di Wien descrive la dipendenza della lunghezza d'onda di massima emissione dalla temperatura assoluta del corpo.
True (A)
Quale legge ha risolto la 'catastrofe ultravioletta'?
Quale legge ha risolto la 'catastrofe ultravioletta'?
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Cosa afferma la legge di Stefan-Boltzmann?
Cosa afferma la legge di Stefan-Boltzmann?
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Da cosa dipende il colore di una stella?
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Cosa si intende per 'magnitudine apparente'?
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La magnitudine assoluta di un corpo celeste dipende dalla sua distanza dalla Terra.
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Cosa si intende per 'modulo di distanza'?
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Associa le classi spettrali di Harvard alle temperature superficiali corrispondenti.
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Cosa rappresenta il diagramma Hertzsprung-Russell?
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Quale delle seguenti affermazioni è falsa riguardo al diagramma Hertzsprung-Russell?
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La massa di una stella determina la durata della sua vita.
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Cosa sono le 'righe proibite' in spettroscopia?
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Quale tipo di galassia è caratterizzata da un nucleo centrale brillante circondato da bracci a spirale?
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Cosa afferma la legge di Hubble?
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L'effetto Doppler spiega la variazione di frequenza della luce emessa da un corpo in movimento.
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Quale delle seguenti affermazioni è corretta riguardo alla legge di Hubble?
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Cosa si intende per 'redshift'?
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La scoperta della costante di Hubble ha dimostrato che l'universo è in espansione.
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Quale dei seguenti metodi è utilizzato per scoprire esopianeti?
Quale dei seguenti metodi è utilizzato per scoprire esopianeti?
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Cosa si intende per 'esopianeta'?
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La scoperta di esopianeti ha dimostrato che la formazione di pianeti è un fenomeno comune nell'universo.
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Quale tipo di spettro è più utilizzato in astrofisica per studiare la composizione chimica delle stelle?
Quale tipo di spettro è più utilizzato in astrofisica per studiare la composizione chimica delle stelle?
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Le nebulose planetarie sono resti di stelle morte.
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Cosa si intende per 'radiazione cosmica di fondo'?
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Quale dei seguenti non è un satellite mediceo di Giove?
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La velocità della luce può essere misurata osservando le eclissi dei satelliti di Giove.
La velocità della luce può essere misurata osservando le eclissi dei satelliti di Giove.
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Quale caratteristica rende Io il corpo celeste più geologicamente attivo del Sistema Solare?
Quale caratteristica rende Io il corpo celeste più geologicamente attivo del Sistema Solare?
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Quale satellite di Giove è caratterizzato da una superficie ghiacciata con un potenziale oceano di acqua liquida sottostante?
Quale satellite di Giove è caratterizzato da una superficie ghiacciata con un potenziale oceano di acqua liquida sottostante?
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Ganimede è il satellite più grande del Sistema Solare.
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Quale satellite di Giove è uno dei corpi più antichi del Sistema Solare?
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Il test finale del corso di Astrofisica comprende solo domande teoriche.
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Dove potrebbe svolgersi uno stage opzionale per gli studenti del corso di Astrofisica?
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Il corso di Astrofisica di Moras Giacomo consiglia fortemente agli studenti di non prepararsi per il test.
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Quali argomenti dovrebbe includere la preparazione al test?
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Il professor Moras Giacomo incoraggia gli studenti a chiedere aiuto se hanno domande o dubbi.
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Study Notes
Corso di Astrofisica - Progetto "Il cielo come laboratorio"
- Il corso è tenuto dal Professor Mora Giacomo.
- L'anno accademico è 2024/2025.
- Il progetto si concentra su "Il cielo come laboratorio".
Elenco dei temi trattati
- Radiazione di corpo nero (17/01/2025)
- Atomi di Idrogeno (20/01/2025)
- Magnitudini, colori e spettri stellari (22/01/2025)
- Nebulose e galassie (27/01/2025)
- Sistemi planetari (27/01/2025)
- Esercizi finali (29/01/2025)
Indicazioni operative
- Lezioni dalle 14.15 alle 16.15 (tranne il 20/01, dalle 15.00 alle 17.00).
- L'ultima lezione si concentra sulle applicazioni pratiche, con esempi ed esercizi, per preparare il test.
- Il test è a risposta multipla con penalizzazione per le risposte errate.
- Data del test: 31/01/2025.
- Eventuale stage ad Asiago: mese successivo, durata di 3-4 giorni.
Osservatorio Astrofisico di Asiago
- Situato sull'altopiano di Asiago (VI).
- Di proprietà dell'Università di Padova dagli anni '40.
- Attualmente tra i migliori in Italia per ricerca scientifica e laboratori universitari.
- Due sedi: Asiago centro e Cima Ekar.
- Foresteria, planetario e museo.
Astrofisica: cos'è?
- Nasce con la scoperta della Fisica Quantistica.
- Studia i fenomeni fisici nei corpi celesti (stelle, pianeti, galassie, nebulose, mezzo interstellare...).
- Comprende ambiti come cosmologia, evoluzione stellare e planetologia.
- È un campo di studio in continua evoluzione.
Lezione I - La radiazione di corpo nero
- Presenta grafici della radiazione di corpo nero e le lunghezze d'onda.
Indice (pag. 7)
- Radiazione elettromagnetica, flusso e luminosità.
- Il corpo nero.
- Leggi di Wien, Rayleigh-Jeans e Planck.
- Legge di Stefan-Boltzmann.
- Esempi di applicazioni astronomiche dell'emissione di corpo nero.
La radiazione elettromagnetica, il concetto di flusso e di luminosità
- Formato da tutte le intensità delle onde elettromagnetiche (luce).
- Noi vediamo solo il 5% del totale, ovvero la luce visibile.
- Alcune parti della luce penetrano l'atmosfera terrestre.
- Grandezze chiave: lunghezza d'onda, frequenza e temperatura.
- Grandezze fotometriche basate sull'occhio umano.
- Intensità luminosa, misurata in candele (cd).
- Angolo solido in 3D.
- Flusso di una radiazione (Φλ = Iλ × Ω).
Il corpo nero
- Definizione: corpo che assorbe completamente le radiazioni elettromagnetiche.
- Lo spettro dipende solo dalla temperatura (R(λ, T)).
- R(λ, T) = P(λ, T) / Δλ
- Misurato in W/m³.
La legge degli spostamenti di Wien
- Descrive la dipendenza della lunghezza d'onda di massima emissione (λmax) dalla temperatura assoluta (T) del corpo nero.
- λmax = kw / T, dove kw è la costante di Wien (2,90 x 10⁻³ mK).
La catastrofe ultravioletta
- Problema: la fisica classica prevede un'energia infinita per lunghezze d'onda basse.
- Soluzione (Planck): la teoria classica di Rayleigh-Jeans deve essere modificata.
- Legge di Planck: R(λ, T) = 2πckT / λ⁴.
La legge di Planck
- Soluzione: lo spettro ha due andamenti, uno per basse e uno per alte energie.
- Legge di Planck: R(λ, T) = (2hc²/λ⁵) / (e^(hc/λkT) - 1)
La legge di Stefan-Boltzmann
- La rapidità con cui un corpo irraggia è direttamente proporzionale a T⁴.
- Formulazione: ΔEtot/At = eσT⁴, dove e = emissività della stella e σ = costante di Stefan-Boltzmann (5,67 x 10⁻⁸ W/m²K⁴).
Applicazioni astronomiche (1)
- Studio delle stelle come corpi neri.
- Le onde non assorbite sono quelle con λ ≥ 2rₛ (raggio stellare).
- Il colore della stella dipende dalla temperatura superficiale.
Applicazioni astronomiche (2)
- Classificazione spettrale.
- Radiazione cosmica di fondo (CMB), esempio di corpo nero in natura.
- Corrisponde ad un corpo nero con temperatura di circa 2,728 K.
- Misura della lunghezza d'onda di 1,9 mm.
- Studiata con il satellite COBE.
Lezione II - L'atomo di Idrogeno
- Prende in considerazione l'atomo di Idrogeno.
Indice (pag. 17)
- Il modello di Bohr.
- Energia di legame dell'elettrone.
- Esperimento di Franck-Hertz.
- Formula di Rydberg-Ritz.
- Spettro dell'atomo di Idrogeno.
Modello classico
- Uguagliando la forza di Coulomb alla forza centripeta si ottiene v².
- L'energia totale dipende solo dal raggio dell'orbita.
- Problema: con l'emissione di onde elettromagnetiche l'atomo collasserebbe.
- Il modello è errato.
Il modello di Bohr
- Il raggio dell'orbita dell'elettrone ha solo un valore discreto.
- Percorrendo l'orbita di dato raggio, l'elettrone non irradia.
- Condizione di quantizzazione: 2πrₙmₙvₙ = nħ, dove n è il numero quantico principale.
- Orbite dell'atomo: rₙ = n²r₁ (raggio di Bohr).
Energia di legame dell'atomo
- È il minimo lavoro necessario per allontanare un elettrone dall'atomo.
- Equazione: Eₙ = -mee⁴ / 8ε₀ħ²n².
- Energia dell'atomo quantizzata.
- Ad ogni energia corrisponde un livello energetico, con n ≥ 1.
- Gli elettroni possono stare solo in determinate orbite permesse.
Esperimento di Franck-Hertz
- Dimostrazione sperimentale della quantizzazione dell'energia dell'atomo nel 1914.
- "Un atomo può accrescere la propria energia di quantità uguale alla differenza tra due livelli assorbendo fotoni o a causa di urti con altre particelle".
- Sono permessi solo determinati livelli di energia.
Formula di Rydberg-Ritz
- Utilizzata per trovare la frequenza delle righe spettrali dell'atomo di Idrogeno.
- Formula: 𝑓 = CRü(1/n₂² - 1/n₁²), dove Rü è la costante di Rydberg e n₁ e n₂ sono numeri interi > 2.
- Dalla formula si ottengono le righe spettrali nell'UV, visibile, IR e IR profondo.
- Ad ogni serie di righe è associato il nome dello scopritore.
Lo spettro dell'atomo di Idrogeno
- Ogni elemento ha il suo spettro caratteristico.
- Riconoscere gli elementi dallo spettro.
- Nascita della spettroscopia astronomica.
- Strumento utilizzato per rilevare elementi nell'atmosfera di stelle e pianeti.
Lezione III - Le magnitudini, i colori e gli spettri delle stelle
- Introduzione a magnitudini, colori e spettri stellari.
Indice (pag. 25)
- Magnitudini apparenti e formula di Pogson.
- Magnitudine assoluta e modulo di distanza.
- Classificazione spettrale delle stelle.
- Magnitudine in una banda fotometrica e indice di colore.
- Diagrammi H-R, colore-colore e colore-magnitudine.
Magnitudini apparenti e formula di Pogson
- Misura della luminosità di un corpo celeste, come se l'atmosfera non esistesse.
- Maggiore è la luminosità, minore è la magnitudine apparente (m).
- Dipende dalla distanza del corpo.
- Formula di Pogson: m - m₀ = -2,5 log₁₀(L/L₀).
Magnitudine assoluta e modulo di distanza
- È la magnitudine apparente che un corpo celeste avrebbe se fosse a 10 parsec di distanza.
- Non dipende dalla distanza del corpo.
- Formula: m - M = -5 + 5 log₁₀(d).
Classificazione spettrale delle stelle
- A seconda della temperatura superficiale, le stelle hanno colori e spettri diversi.
- Classificazione di Harvard: O, B, A, F, G, K, M (in ordine decrescente di temperatura).
- Correlazione tra temperatura, colore e luminosità.
- Trick per ricordare: Oh Be A Fine Girl/Guy Kiss Me.
Magnitudine in banda e indice di colore
- Calcolo di magnitudine in una specifica banda dello spettro elettromagnetico.
- Indice di colore (c): differenza tra magnitudini in due diverse bande.
- Co = Mλ2 - Mλ1
Diagramma Hertzsprung-Russell (H-R)
- Fondamentale per l'astrofisica.
- Correlazione tra temperatura efficace e luminosità di una stella.
- Rappresenta l'evoluzione stellare.
Conseguenze
- Il destino di una stella dipende dalla sua massa iniziale.
- Le stelle si posizionano in regioni differenti del diagramma HR in base alla loro massa.
Evoluzione stellare
- Il diagramma HR mostra in modo comprensivo il ciclo di vita di una stella.
Lezione III - Sistemi planetari
- Discussione su sistemi planetari.
Indice (pag. 34)
- Leggi di Keplero e teorema del viriale.
- Orbita di Mercurio e Relatività Generale.
- Satelliti di Giove e velocità della luce.
- Spettroscopia dei pianeti.
- Pianeti extrasolari e metodo dei transiti.
Leggi di Keplero
- Orbita dei pianeti attorno al Sole sono ellissi con Sole in uno dei fuochi.
- Il raggio vettore che connette il Sole al pianeta spazza aree uguali in tempi uguali.
- Il rapporto tra il cubo del semiasse maggiore e il quadrato del periodo di rivoluzione è costante per tutti i pianeti.
Teorema del viriale
- Relazione tra l'energia cinetica e quella potenziale di un sistema di particelle.
- Utile per studiare le stelle, le velocità e le masse dei corpi celesti.
- Relazione K= - 1/2U, dove K = energia cinetica e U = energia potenziale.
L'orbita di Mercurio
- La meccanica newtoniana predice la precessione del perielio di Mercurio.
- Esiste un'anomalia tra la precessione osservata e quella calcolata dalla meccanica classica.
- Risolto con la teoria della relatività generale di Einstein.
I satelliti di Giove
- Giove è il pianeta gassoso più grande e massiccio del sistema solare, a volte considerato anche una nana bruna.
- Ha 95 satelliti naturali e 4 anelli.
- I satelliti medicei sono Io, Europa, Ganimede e Callisto.
- Descrizione delle caratteristiche principali di questi satelliti, e le loro forme sferiche.
Io, Europa, Ganimede e Callisto
- Descrizione delle caratteristiche fisiche e delle peculiarità principali.
- Discutono del riscaldamento e delle forze mareali.
Lezione V - Nebulose e galassie
- Generalità sulle nebulose e galassie.
Indice (pag. 50)
- Lo spettro continuo, di emissione e di assorbimento.
- Cenni di fotoionizzazione, righe di ricombinazione e righe proibite.
- Cenni sulla morfologia delle galassie e classificazione di Hubble.
- La distanza delle galassie e la legge di Hubble.
- Il redshift e il calcolo della velocità di recessione.
- Il significato della costante di Hubble.
Spettri continui, di emissione e di assorbimento (1 e 2)
- Descrizione dei tre tipi di spettri.
- Aspetti della fotoionizzazione e ricombinazione, con esempi.
- Definizione spettri di emissione e assorbimento e discussione del loro utilizzo per studio elementi composti la fotosfera delle stelle.
Righe proibite
- Sono le linee spettrali dovute a transizioni energetiche non permesse dalle regole di selezione.
- Causate da urti tra elettroni liberi e ioni, in ambienti a bassissima densità.
- Esempi, come l'Ossigeno III (Olll), e la riga dell'Idrogeno a 21 cm.
Morfologia delle galassie
- Classificazione morfologica delle galassie (in base a Hubble):
- Ellittiche: forma ellittica (da 0 a 7, con 0 più sferiche e 7 più allungate).
- Spirali: disco di materiale interstellare, bulge centrale, bracci a spirale.
- Irregolari: forma irregolare, a causa di interazioni con altre galassie.
Classificazione di Hubble
- Classificazione visiva e morfologica delle galassie.
- Classificazione in ellittiche, spirali e irregolari.
- Sottotipi specifici per le galassie spirali e lenticolari, e in base alla presenza di una barra centrale.
Diagramma a diapason
- Diagramma di classificazione delle galassie secondo Hubble, raggruppate per forma.
Esempi di galassie
- Immagini e descrizione generale delle galassie.
Legge di Hubble (1 e 2)
- La relazione tra velocità di recessione e distanza delle galassie.
- La velocità di un corpo celeste si ottiene tramite la sua generalizzazione: v= H₀d.
- dove H₀ è la costante di Hubble.
- Modello a "pagnotta con uvette" per comprendere meglio l'espansione dell'universo.
Conseguenze (1 e 2)
- Implicazioni della legge di Hubble per la fisica e la cosmologia, evidenziando l'espansione dell'universo e la sua dimensione.
- Implicazioni sulla fisica con l'espansione dell'Universo.
Lezione VI - Esercizi finali e considerazioni
- Discussione su come funziona il test, esempi di test degli anni precedenti, raccomandazioni e possibilità di porre domande.
Come funziona il test
- Composizione: 30 domande a risposta multipla, 6 per argomento, solo una risposta corretta per ogni domanda.
- Tempo: 90 minuti.
- Punteggio: 5 punti per ogni domanda a risposta multipla escluso una dalla 5 punti, penalizzato di -1 punto per ogni risposta errata, 0 punti per risposte non date.
- Punteggio massimo: 100 punti.
- Domande: teoriche o pratiche.
Test dello scorso anno: raccomandazioni
- Riepilogo del test dello scorso anno e consigli per il prossimo test.
- Rivedere le lezioni a casa.
- Rispondere solo alle domande di cui si è sicuri per evitare penalizzazioni.
- Ragionare e studiare le considerazioni.
- Scrivere le formule correttamente e capirne il significato.
- Non imparare a memoria numeri vari e costanti se non sono stati spiegati nel corso.
Conclusioni
- Spero che il corso di Astrofisica sia stato utile per gli studenti.
- Possibile che qualcuno si appassiona a astrofisica.
- Importanza di impegni nello studio e nel test.
- Risposte a domande o dubbi eventuali.
- Buona continuazione degli studi.
Studying That Suits You
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Description
Questo quiz riguarda il corso di Astrofisica tenuto dal Professor Mora Giacomo nell'anno accademico 2024/2025. Gli argomenti trattati includono la radiazione di corpo nero, gli atomi di idrogeno, e le nebulose. Gli esercizi finali preparano gli studenti per il test a risposta multipla del 31 gennaio 2025.
