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Oggetto:
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Elementi di Astrofisica

Oggetto:

Elements of Astrophysics

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Anno accademico 2020/2021

Codice dell'attività didattica
FIS0084
Docente
Prof. Davide Gandolfi (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo didattico
Da definire
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/05 - astronomia e astrofisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Meccanica, meccanica quantistica, struttura della materia
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi


Il corso fornisce le conoscenze di base dell'astrofisica moderna ed offre un'ampia introduzione all'astronomia e ad alcuni fenomeni astrofisici, mostrando come gli astronomi ottengano ed interpretino le informazioni sulle stelle, pianeti, e galassie dal solo studio della radiazione che questi oggetti emettono, assorbono, riflettono.


The course provides basic knowledges of modern astrophysics and offers a broad introduction to astronomy and some astrophysical phenomena, showing how astronomers obtain and interpret information on stars, planets, and galaxies from the study of the radiation that these objects emit, absorb, reflect.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi


Conoscenza delle basi dell'astrofisica moderna e dell'applicazione della fisica classica e quantistica all'astrofisica moderna.


Knowledge of the basics of modern astrophysics and of the application of classical and quantum physics to modern astrophysics.

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Modalità di insegnamento


Lezioni frontali. Si consiglia vivamente di seguire assiduamente il corso.

A causa dell'emergenza sanitaria legata al COVID-19, le lezione saranno tenute in remoto al segunete link:

https://meet.google.com/ebr-yvfy-xtj

 


Taught class. Attend the course assiduously: it is strongly recommended.

Due to the COVID-19 health crisis, the oral exam might be held remotely.

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Modalità di verifica dell'apprendimento


L'esame consiste in una prova orale obbligatoria che prevede tre domande su tematiche inerenti il programma.  La durata media della prova orale è di circa 45 minuti.

A causa dell'emergenza sanitaria legata al COVID-19, l'esame orale potrebbe essere tenuto in modalità telematica.


The final assessment is based on a compulsory oral exam of about 45 minutes.

Due to the COVID-19 health crisis, the oral exam might be held remotely.

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Programma

INTRODUZIONE: sistemi di riferimento, distanze, moti

- Cenni di storia dell'astronomia; misura del raggio della Terra (Eratostene).
- Elementi di geografia astronomica. Moto apparente degli astri in cielo. Effetti della rotazione e della rivoluzione della Terra: astri circumpolari e occidui, moto apparente diurno e annuo del Sole. Sistemi di coordinate astronomiche: sistema alto-azimutale; sistema equatoriale relativo e assoluto; sistema di coordinate eclittiche e galattiche. Giorno solare e giorno sidereo.
- Parallassi diurne e annue. Distanza degli astri.
- Velocità relative: moti propri, componenti tangenziali e radiali.

PARAMETRI STELLARI: fotometria e spettroscopia

- Magnitudine apparente e assoluta. Sistemi di magnitudine. Indici di colore. Modulo di distanza.
- Corpo nero e leggi di radiazione
- Spettri di emissione e spettri di assorbimento. Temperatura di colore.
- Richiami sui modelli di struttura atomica (e.g., atomo di Idrogeno)
- Formazione degli spettri - Legge di Boltzmann e Saha. Temperatura effettiva e luminosità della stelle.
- Spettri stellari e loro classificazioni empiriche. Tipi spettrali. Correzione bolometrica e magnitudine bolometrica.
- Composizione chimica (metallicità) e gravità superficiale. Distanze spettroscopiche.
- Estinzione atmosferica e massa d'aria.
- Estinzione interstellare e arrossamento.

MECCANICA CELESTE 

- Moto apparente e reale dei pianeti: Tolomeo, Copernico, Keplero, Newton. Elementi di meccanica celeste. leggi di Keplero e gravitazione universale.
- Problema dei due corpi: equazione del moto. Soluzione del problema dei due corpi. Orbite circolari, ellittiche, paraboliche, iperboliche. Orbite relative e baricentriche.
- Parametri orbitali.
- Velocità di fuga. Manovre orbitali: rendezvous e docking. Trasferimento orbitale alla Hohmann.
- Il problema dei tre corpi: soluzioni di Lagrange del problema dei tre corpi. Il problema ristretto dei tre corpi, superfici di Hill e punti Lagrangiani.

MASSE E RAGGI STELLARI

- Sistemi binari: sistemi binari visuali, sistemi binari spettroscopici, velocità radiali, funzione di massa.
- Sistemi binari fotometrici e binarie a eclisse: raggi stellari e inclinazione orbitale.
- Relazioni empiriche massa-luminosità e massa-raggio. 

ASTROFISICA STELLARE

- Diagramma colore-magnitudine. Diagramma di Hertzsprung-Russell. Classi di luminosità stellare.
- Struttura interna delle stelle. Struttura a simmetria sferica: equilibrio idrostatico, equilibrio termico. Equazioni della struttura interna delle stelle nel caso statico. Equazione di stato (gas perfetto), equazione di continuità, equazione dell'equilibrio idrostatico, equazione del trasporto di energia: convettivo e radiativo. Instabilità convettiva. Coefficiente di opacità, produzione di energia e peso molecolare medio. 
- Pressione al centro di una stella. Temperatura interna media.
- Produzione di energia. Teorema del viriale e contrazione gravitazione come sorgente di energia. Fusione nucleare.
- Relazioni analitiche approssimate massa-luminosità e massa-raggio.

PIANETI EXTRASOLARI: cenni

- Pianeti extrasolari: metodi di rivelazione. Osservazioni da Terra e dallo spazio.

INTRODUCTION: celestial reference systems, distances, motions.

- A brief history of astronomy. Eratosthenes and the measure of the Earth’s radius.
- Positional astonomy. Apparent motion of stars: Earth’s rotation and revolution. Circumpolar and non-circumpolar stars. Diurnal and annual motion of the Sun and the stars.
-
Celestial reference systems: altazimuth coordinate system, equatorial coordinate system, ecliptic coordinate system, galactic coordinate system. Solar and sidereal day.
- Annual and diurnal parallax. Stellar distances.
- Stellar relative velocity: proper motion, tangential velocity and radial velocity.

STELLAR PARAMETERS: Spectroscopy and Photometry

- Apparent and absolute magnitude. Photometric systems. Color index. Distance modulus.
- Black body and Planck's law.
- Emission and absorption spectra. Color temperature.
- Atomic structure: hydrogen atom. Stellar spectra: Boltzmann and Saha equations. Surface gravity and metallicity. 
- Effective temperature. Luminosity. Spectroscopic distance.
- Atmospheric extinction and air mass.
- Interstellar extinction and reddening.

CELESTIAL MECHANICS

- Planetary apparent and true motion.
- Ptolemy, Copernicus, Kepler, Newton. Kepler's law of planetary motion and Newton's gravitational law.
- Two-body problem: equation of motion and solution. Circular, elliptical, parabolic, and hyperbolic orbits.
- Relative and barycentric orbits. Orbital elements.
- Escape velocity. Orbital maneuvers: rendezvous e docking. Hohmann transfer.
- Three-body problem. Special-case solutions: Euler and Lagrange solutions. Restricted three-body problem. Hill's zero-velocity surfaces and Lagrangian points.

STELLAR MASSES AND RADII

- Binary systems: visual binaries. Spectroscopy binaries. Radial velocity, mass function, and minimum mass.
- Eclipsing binaries: stellar radii and orbital inclination.
- Empirical mass-luminosity and mass-radius relations.

STELLAR ASTROPHYSICS

- Color-magnitude diagram. Hertzsprung-Russell diagram. Luminosity class.
- Stellar internal structure. Spherical symmetry and hydrostatic equilibrium.
- Stellar structure equations: equations of state, conservation of mass, conservation of energy, equation of hydrostatic equilibrium, energy transport equation. Radiative transport and convection. Convection instability. - Opacity, energy generation rate, mean molecular weight.
- Stellar entral pressure and average temperature.
- Nuclear fusion. Virial theorem. Star formation: gravitational collapse as a source of energy.
- Mass-luminosity and mass-radius relations from stellar structure equations.

EXTRASOLAR PLANETS

- Detection methods. Space-based and ground-based observations. Exoplanets properties and demography.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:


1) B. W. Carroll & D. A. Ostlie, "An Introduction to Modern Astrophysics",  Ed.: Cambridge University Press.

2) H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Ed: Springer.

3) C. D. Murray & S. F. Dermott. "Solar System Dynamics", Ed: Cambridge University Press.

4) B. Cester, "Corso di Astrofisica", Ed: Hoepli.

5) R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge


1) B. W. Carroll & D. A. Ostlie, "An Introduction to Modern Astrophysics",  Ed.: Cambridge University Press.

2) H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Ed: Springer.

3) C. D. Murray & S. F. Dermott. "Solar System Dynamics", Ed: Cambridge University Press.

4) B. Cester, "Corso di Astrofisica", Ed: Hoepli.

5) R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge



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Orario lezioni

Lezioni: dal 19/04/2021 al 17/06/2021

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Ultimo aggiornamento: 30/04/2021 10:48
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