Lição
A teoria — Calculadora de Distância por Paralaxe
A distância por paralaxe é medida por triangulação, tendo a órbita da Terra como linha de base. Ao observar uma estrela próxima em janeiro e novamente em julho, ela parece deslocar-se em relação ao fundo distante; metade desse deslocamento total é o ângulo de paralaxe p, e é o ângulo sob o qual a distância Terra–Sol é vista a partir da estrela.
O que significa cada símbolo
p- o ângulo de paralaxe em segundos de arco — metade do movimento anual de vai e vem, e não a totalidade do mesmo. Um segundo de arco é
1/3600de um grau, e nenhuma estrela tem um valor desse tamanho: a maior paralaxe real no céu é inferior a0.8″. d- a distância, que é simplesmente o inverso do ângulo. Reduzindo o ângulo a metade, a distância duplica:
0.1″dá10 pc,0.02″dá50 pc. pc- o parsec, que não é tanto uma unidade de comprimento independente, mas sim uma escolha de conveniência — a distância à qual a paralaxe resulta exatamente em
1″. Essa definição é a única razão pela qual a fórmula não contém qualquer constante. ly- o ano-luz, a mesma distância na unidade utilizada por não astrónomos. Um parsec corresponde a
3.2616anos-luz, pelo que a segunda linha é sempre a primeira multiplicada por esse valor.
De onde vem a fórmula
- A distância Terra–Sol de
1 AUé o lado menor de um triângulo retângulo muito estreito, e a distância à estrela é o lado maior. O ângulo na estrela ép. - Para um triângulo estreito, pela aproximação de pequenos ângulos,
tan p ≈ pquandopestá em radianos, e o erro dessa substituição é menor do que qualquer paralaxe alguma vez medida. Assim,d = 1 AU / p, compem radianos. - Os segundos de arco são mais convenientes do que os radianos, e a conversão introduz uma constante — o número de segundos de arco num radiano, cerca de
206265. Assim,d = 206265 AU / p″. - Em vez de carregar essa constante para sempre, os astrónomos deram-lhe um nome: um parsec é
206265 AU. Dividindo a equação, a fórmula simplifica-se parad = 1/p, que é a expressão que a linha superior apresenta. Defina o ângulo como1e a distância indica exatamente1 pc.
Como ler o que vê
O inverso é mais fácil de observar reduzindo o ângulo a metade do que lendo um único valor: 0.77″ dá 1.2987 pc, 0.1″ dá 10 pc, 0.02″ dá 50 pc. A linha do ano-luz acompanha a primeira rigidamente com 3.2616 anos-luz por parsec — 10 pc indica 32.6156 ly —, por isso não contém informação que a primeira linha não forneça, apenas uma mudança de unidade.
- Pressupõe
- Que o deslocamento medido é a paralaxe e não o movimento próprio da estrela no céu, e que reduziu o movimento anual a metade em vez de usar a sua totalidade. Ambos os erros multiplicam a resposta por um fator exato, o que os torna difíceis de detetar numa única medição.
- Falha quando
- A fórmula nunca falha; a medição é que falha, e fá-lo com a distância e não com um valor da fórmula. Como
d = 1/p, um erro fixo no ângulo torna-se num erro na distância que cresce com o quadrado da distância — a0.02″, uma incerteza de0.002″representa 10% do ângulo, mas altera a resposta para um valor entre cerca de45e55 pc. É por isso que a paralaxe é o primeiro degrau da escada de distâncias e não a sua totalidade.
Prática
Verifique você mesmo
Preveja primeiro a resposta e depois use os controlos acima para confirmar. Revele a solução só depois de se ter comprometido com um palpite — é isso que torna isto prática.
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A perspetiva 1 diz que Friedrich Bessel mediu 61 Cygni em cerca de
0.31segundos de arco em 1838, a primeira distância estelar alguma vez obtida. Escreva-a. A que distância fica, e como se compara com os0.7685″de Próxima Centauri?Mostrar a resposta
3.2258 pc, ou10.5212 ly. Próxima com0.7685″marca1.3012 pce4.2441 ly, portanto a estrela de Bessel está cerca de duas vezes e meia mais longe. Ele não apontava à estrela mais próxima: escolheu 61 Cygni por se deslocar depressa no céu, uma pista diferente e boa — uma estrela com grande movimento próprio costuma ser uma estrela próxima. -
A caixa do ângulo pára nos
2segundos de arco. Ponha-a aí. Que distância devolve, e o que está errado nesse quadro?Mostrar a resposta
0.5 pc, ou seja1.6308 ly— e ali não há nada. A estrela mais próxima do Sol é Próxima Centauri, a4.2441 ly, de modo que tudo acima de0.7685″, a metade superior desta caixa, nomeia uma região do espaço sem uma única estrela. A fórmula iria ainda mais longe:d = 1/pnão tem distância mínima. A caixa pára antes de a resposta se tornar absurda, não porque a aritmética pare.
Problema resolvido na íntegra
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Distância de uma estrela que se desloca 0,1 segundos de arco à medida que a Terra se move 5 passos
Uma estrela desloca-se 0.1 arcseconds à medida que a Terra se move ao longo da sua órbita. Encontre a sua distância — depois encontre a distância em que este método deixa de funcionar, e porquê.
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A paralaxe é um triângulo com uma base conhecida: o raio orbital da Terra. Ao longo de seis meses, a linha de base é de 2 AU, e metade do deslocamento total é o ângulo de paralaxe p. Para estes ângulos, a tangente é o próprio ângulo em radianos, o que torna a aritmética trivial.
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O parsec é definido para a tornar trivial: é a distância à qual 1 AU subtende um segundo de arco. Escolha essa unidade e a relação é um inverso sem qualquer constante.
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A conversão é apenas gestão de unidades, e a calculadora acima mostra todas estas três para p = 0.1″.
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Agora a parte que a ferramenta não mostra. Como a relação é um inverso, o erro relativo na distância é igual ao erro relativo no ângulo. Uma medição de 1% no ângulo dá 1% na distância.
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Mas o ângulo diminui à medida que a distância aumenta, enquanto o erro de medição não o faz. Avance até p = 0.001″ com o mesmo instrumento de ±0.001″ e o erro relativo atinge 100% — a medição já não diz nada.
Resposta
10 parsecs, 32.6156 light-years. O inverso é o que torna a paralaxe ao mesmo tempo exata e de curto alcance: o erro cresce em proporção com a distância, pelo que cada levantamento de paralaxe tem um horizonte definido pela sua precisão angular e não pelo quão fraco consegue observar. O Hipparcos mediu até cerca de 0.001″ e alcançou algumas centenas de parsecs; o Gaia atinge ~0.00002″ e assim obtém dezenas de milhares. Além desse horizonte, a astronomia tem de mudar totalmente de método — e é por isso que a escada de distâncias tem degraus.
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Percurso de aprendizagem
A que distância se encontra?
Referências (3)
- The first stellar parallax ever measured, and the source of insight 1’s 0.31″: Bessel, "Bestimmung der Entfernung des 61sten Sterns des Schwans." Astronomische Nachrichten 16, 65–96, 1839.
- The mission the challenge block credits with sub-milliarcsecond astrometry: T. Prusti, J. H. J. de Bruijne, A. G. A. Brown, A. Vallenari, C. Babusiaux & C. A. L. Bailer-Jones, "The Gaia mission." Astronomy & Astrophysics 595, A1, 2016.
- The parsec as a defined unit, which is why d = 1/p has no constant in it: International Astronomical Union, Resolution B2 on recommended zero points for the absolute and apparent bolometric magnitude scales. XXIX General Assembly, Honolulu, 2015.