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Astro 1 - Chapters 1 & 2

by: Mariela Ortiz

Astro 1 - Chapters 1 & 2 Astro 1

Mariela Ortiz
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These notes cover the first two chapters of Universe, 10th Edition
Basic Astronomy
Dr. C L Martin
Class Notes




Popular in Basic Astronomy

Popular in Science

This 6 page Class Notes was uploaded by Mariela Ortiz on Saturday September 24, 2016. The Class Notes belongs to Astro 1 at University of California Santa Barbara taught by Dr. C L Martin in Fall 2016. Since its upload, it has received 10 views. For similar materials see Basic Astronomy in Science at University of California Santa Barbara.


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Date Created: 09/24/16
1.1 ­ To understand the universe, astronomers use the laws of physics to construct testable  theories and models  Scientific method: approach based on fundamentally on observation, logic and skepticism  Requires that our ideas about the world around us be consistent with what we actually   observe  1. Hypothesis: collection of ideas that seems to explain what is observed  Must always agree with existing observation ​unless​ the scientist thinks existing   results are wrong ​and​ can give compelling evidence to prove it  Scientist then uses logic to work out implications of the hypothesis and make   prediction that can be tested  Only on firm ground after it has accurately forecast the results of new   experiments or observations  2. Models: hypotheses that have withstood observational or experimental tests  Tells us about the properties and and behavior of some object or phenomenon  Ex. model of atom: electrons orbiting a central nucleus  3. Theory: a body of related hypotheses pieced together in a self­consistent description of   nature  Ability to make predictions that can be tested by other scientists  If predictions are verified, theory might be correct  If unable to verify, theory needs to be adjusted or replaced entirely  An idea that can’t be tested by experiment or observation does not qualify as a   scientific theory  Skepticism is an important part of the scientific method  The more radical a hypothesis, the more skepticism and critical evaluation it will   receive from the scientific community  Extraordinary claims require extraordinary evidence  Scientists must also be open­minded and willing to discard long­held ideas if they   fail to agree with new observations and experiments if the new data   survives critical review  Astronomers use the laws of physics to interpret and understand their observations of the   universe  Laws governing light and its relationship to matter are particularly important because the   only info we can get about stars and galaxies comes from the light we receive  1.2 ­ By exploring the planets, astronomers uncover clues about the formation of the solar  system  Solar system: the Sun and all the celestial bodies that orbit it  Many of the planets and their satellites were shaped by collisions with other objects  Meteorites: oldest objects found on Earth; chemically distinct bits of interplanetary debris that   sometimes falls to our planet’s surface  Oldest meteorites date back 4.56 billion years  1.3 ­ By studying stars and nebulae, astronomers discover how stars are born, grow old,  and die  The Sun is the nearest of all stars to Earth  At the very center, thermonuclear reactions convert hydrogen to helium Releases a vast amount of energy which escapes as light  Nuclear reactions consume the original material so the star eventually dies  The rate at which stars emit energy in the form of light tells us how rapidly they are consuming   their nuclear fuel (hydrogen) and how long they have left   More massive stars: more fuel to consume but faster lifespans  Nebulae (single: nebula): huge clouds of interstellar gas found scattered across the sky  Some stars are born from the material of the nebula itself  Others (more massive than the Sun) end their life with a massive detonation called a   supernova (plural: supernovae)  Pulsars: result of some dead stars; spin rapidly at rates of tens or hundred of   rotations per second  Black holes: results of some dead stars; inconceivably dense objects where   gravity is so powerful nothing can escape  Stars return the gas of which they are made to interstellar space  Contains heavy elements created during the star’s lifetime by nuclear reactions in   its interior  1.4 ­ By observing galaxies, astronomers learn about the origin and fate of the universe   Stars aren’t uniformly spread across the universe, but are grouped together in huge assemblies   called galaxies  Typical galaxy contains 700 billion stars; some are much smaller, and others devour   neighboring galaxies (galactic cannibalism)  Quasars: sources of energy that look like neighboring stars  Draw their energy from material falling into enormous black holes  Big Bang: cosmic explosion that acted as the beginning of the universe  1.5 ­ Astronomers use angles to denote the positions and apparent sizes of objects in the sky  Angle: measures the opening between two lines that meet at a point  Measured in degrees  Can be used to describe distance and apparent size (angular size and angular diameter)  For smaller angles, a degree can be divided into 60 arcminutes  1° = 60 arcminutes = 60​   ’ ’​ ’’ 1​ =  60 arcseconds = 60​   If given the angular size and distance, linear size can be determined  ⍺d Small­angle formula: ​D = 206,265  ​ ​ D: linear size or width d: distance ⍺: angle  206,265 = number of arcseconds in a 360° circle, divided by 2????  **necessary so that the units of ⍺ can be in arcseconds  1.6 ­ Powers­of­ten notation is a useful shorthand system for writing numbers  10​  = 1 10​  = 1,000 10​  = 1,000,000,000  10​  = 10 10​  = 10,000 10​  = 1,000,000,000,000  2​ 6​ 10​  = 100 10​  = 1,000,000     ­1​ ­3​ 3​ ­6​ 6​ 10​  = 1/10 = .1 10​  = 1/10​  = .001 10​  = 1/10​  = .000001  ­2​ 2​ ­4​ 4​ ­12​ 12​ 10​  = 1/10​  = .01 10​  = 1/10​  = .0001 10​  = 1/10​  = .000000000001  1.7 ­ Astronomical distances are often measured in astronomical units, light­years, or  parsecs  Astronomers usually create new units using prefixes  1 nanometer = 10​ m ­9 ​ 1 centinmeter = 10​  m  ­2​ ­6​ 3 ​ 1 microsecond = 10​ s  ​ 1 kilometer = 10​ m  1 milliarcsecond = 10​  arcsec­3​ 1 megaton = 10​ tons 6 ​ Astronomical units (AU): used when discussing distances across the solar system  8​ 1 AU = average distance between Earth and Sun = 1,496 x 10​  km = 92.96 million miles   Light­year (ly): distance that light travels in one year, not how long it takes  Speed of light in an empty space always has the same value  5​ 5​ 3.00 x 10​  km/s ​OR​ 1.86 x 10​ mi/s   ​ 1 ly = 9.46 x 10​  km = 63,240 AU ≈ 6 trillion miles  Parsec (pc): the distance at which 1 AU extends over an angle of 1 arcsec   13​ 1 pc = 3.09 x 10​  km = 3.26 ly  1 kiloparsec (kpc) = 1,000 pc = 10​  pc  3​ 6 1 megaparsec (Mpc) = 1,000,000 pc = 10​   2.1 ­ Naked­eye astronomy had an important place in civilizations of the past  Positional astronomy: the study of the positions of objects in the sky and how these positions   change  The astronomical knowledge of ancient civilizations is the foundation of modern astronomy  2.2 ­ Eighty­eight constellations cover the entire sky  Constellation: groupings of stars in the sky  The entire sky is divided into 88 regions known as constellations  Some cover large areas in the sky (like Ursa Major) and others are smaller (Crux)  Most stars seem close together but are actually nowhere near each other   2.3 ­ The appearance of the sky changes during the course  of the night and from one night  to the next  Diurnal motion: daily motion of stars across the sky  The Earth rotates once a day around an axis from the north pole to the south pole and revolves   once a year around the sun  Stars will rise four minutes earlier every night, and two hours earlier every month  Some of the brightest stars are visible in the western hemisphere during winter  2.4 ­ It is convenient to imagine that the stars are located on a celestial sphere  Many ancient societies believed that all stars are the exact same distance from Earth  Imagined them all to be bits of fire imbedded in the inner surface of an immense hollow   sphere (celestial sphere) with the Earth in a fixed position, no rotation  Celestial sphere was thought to rotate around the Earth ­ no basis in physical   reality  Projections: made by extending an imaginary line perpendicular to the surface of Earth until it   intersects the celestial sphere  North celestial pole: projection of Earth’s north pole  Polaris is called the North Star or Pole Star because it is less than 1° away from   the north celestial pole  South celestial pole: projection of Earth’s south pole  Celestial equator: projection of Earth’s equator  Divides the sky into northern and southern hemisphere  Zenith: the point in the sky directly overhead an observer anywhere on Earth  Can only ever see one hemisphere at a time  The other is below the horizon line  Circumpolar: can be seen at any time of night and on any night of the year  For observers at most locations on Earth, stars rise in the east and set in the west  2.5 ­ The seasons are caused by the tilt of Earth’s axis of rotation  The seasons are opposite in the northern and southern hemispheres  February ­ midwinter in North America, midsummer in Australia  Earth’s axis is not perpendicular to the plane of Earth’s orbit, tilted about 23.5° away  Earth maintains this tilt, with the North pole always pointing in the same direction  Latitude: denotes how far north or south of the equator you are  Analogous to declination: angular distance north or south of the celestial equator  Minus sign indicates object of interest is south of the celestial equator  Measured in degrees, arcminutes, or arcseconds   Longitude: denotes how far east or west of an imaginary circle that runs from the north pole to   the south pole  Analogous to right ascension: angular distance from the vernal equinox eastward along   the celestial equator to the circle used in measuring declination  Measured in units of time  Ecliptic plane: the plane of Earth’s orbit around the sun  Ecliptic: the circular path that the Sun appears to trace out against the stars  Plane is the same as the ecliptic plane, but not the same as the plane of the Earth’s   equator  Equinox: one of two points where the ecliptic and the celestial equator intersect, exactly opposite   each other on the celestial plane  Also the date on which the Sun passes through one of these points  Vernal equinox: March 21  Autumnal equinox: September 22  Summer solstice: the point on the ecliptic farthest north of the celestial equator  Summer begins in the northern hemisphere: June 21  Winter solstice: the point on the ecliptic farthest south of the celestial equator  Winter begins in the northern hemisphere: December 21  Days are less than 12 hours long  Arctic circle: the circle around Earth at 66.5° N latitude  Winter solstice = 24 hours continuous daylight  2.6 ­ The Moon hekos to cause precession, a low, conical motion of Earth’s axis of rotation  Moon slowly changes its position relative to the background stars, but makes a complete trip   around the celestial sphere in about a month  Path is never far from the ecliptic because the plane of the Moon’s orbit is inclined only   slightly from the plane of Earth’s orbit around the Sun  Always remains within a band called the zodiac  Twelve constellations lie along the zodiac  Aries, Taurus, Gemini, Cancer, Leo, Virgo, Libra, Scorpius, Sagittarius,   Capricornus, Aquarius, and Pisces  Also passes along a 13th constellation: Ophiuchus   Causes a slow change in Earth’s rotation because both the Sun and Moon exert a   gravitational pull  Earth has an equatorial bulge, and pull from the Sun and Moon causes precession  North and South celestial poles change their position relative to the stars  Causes Earth’s equatorial plane to change its orientation, and celestial   equator precesses as well  Also referred to as the precession of equinoxes  Positions of the stars change gradually, slowly over time  Astronomers always make date of the epoch for which a particular set of coordinates is   correct so that star charts and catalogs can be updated  2.7 ­ Positional astronomy plays an important role in keeping track of time  Sundial was invented to keep track of apparent solar time  Astronomers use the meridian to obtain more accurate measurements  North­south circle on the celestial sphere that passes through the zenith and both   celestial poles  Local noon: Sun crosses the upper meridian  Local midnight: Sun crosses the lower meridian  Meridian transit: the crossing of the meridian by any object in the sky  Upper meridian transit: crossing occurs above the horizon  Not necessarily at the zenith, but at the highest visible point above   the horizon  Apparent solar day: the interval between two successive upper meridian transits   of the Sun  From one local noon to the next local noon  Length varies from one time of year to another  Earth’s orbit is not a perfect circle; actually an ellipse  Moves more rapidly in its orbit when it is near the Sun than   when it is farther away  No comparable foreshortening around the beginning of summer   and winter because of the 23.5° angle between the ecliptic   and the celestial equator  Solar day in March is shorter in March and September than   in June or December  Mean sun: moves along the celestial equator at a uniform rate  Mean solar day: interval between successive upper   meridian transits of the mean sun ­ 24 hours long  Sidereal time: based on the apparent motion of the stars  2.8 ­ Astronomical observations led to the development of the modern calendar  Length of a year is approximately 365.25 days  Julius Caesar established leap years by adding an extra day to the calendar every four   years so that seasonal astronomical events remained on the same day  Would be flawless if not for precession  Sidereal year: the time required for the Sun to return to the same position with   respect to the stars ­ 365.2564 mean solar days  Tropical year: the time needed for the Sun to return to the vernal equinox ­   365.3422 mean solar days 


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