Astronomia Computacional

Código:

AST3019

Sigla:

AST3019

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Astronomia

Ocorrência: 2022/2023 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Biologia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:B	0	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	56	162
L:CC	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2021/22	2	-	6	56	162
			3
L:G	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	2	-	6	56	162
			3
L:M	1	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	56	162
			3
L:Q	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	3	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade tem por objetivo fornecer ao estudante as competências base em diferentes áreas da astronomia computacional, permitindo ao estudante o recurso aos métodos computacionais e à análise dos resultados numéricos no estudo e interpretação  dos vários problemas de Astronomia abordados. Para tal, o estudante adquire experiência sobre os métodos, as ferramentas e as aplicações computacionais necessárias para a análise e resolução de alguns problemas comuns da astronomia moderna. O objetivo da componente prática é dotar o estudante com as técnicas e as competências necessárias na resolução por meios computacionais de um conjunto alargado de problemas de astronomia. Procura-se ainda reforçar a capacidade de validar e interpretar os resultados numéricos através do uso de observações astronómicas relevantes para o problema em estudo.

Resultados de aprendizagem e competências

Alguns dos métodos computacionais mais usados em astronomia (como interpolação, diferenciação, ajuste de funções, resolução de equações diferenciais, simulações de Monte Carlo, simulações de N-corpos, otimização, caracterização de séries temporais, etc) são usados, de forma a permitir formular a abordagem que deve ser implementada para encontrar a solução de cada problema físico considerado. Através de aplicações a problemas concretos de astronomia, procura-se reforçar a capacidade do estudante de programar, validar algoritmos e códigos, e avaliar a solução numérica obtida. A escolha de problemas é feita de forma a assegurar que o estudante possa vir a relacionar os resultados numéricos com a interpretação física do problema de astronomia original, consolidando a aquisição dos conceitos fundamentais de astronomia que são abordados nos diferentes projetos.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Conhecimentos básicos de astronomia, métodos numéricos e alguma experiência com software para o cálculo numérico de modelos físicos.

Programa

Os conteúdos incluem uma abordagem teórica para a formulação da resolução numérica, a sua implementação computacional e a aplicação a casos concretos, conseguida através de um portefólio de problemas de astronomia cuja resposta é obtida computacionalmente pelo estudante e validada para aplicação a dados de astronomia. A organização dos conteúdos é:

• Conceitos de cálculo numérico em astronomia (métodos numéricos, estatística, simulações de Monte Carlo)
• Modelos do interior de estrelas (sol, estrelas de diferente massa, produção de energia)
• Simulações de N-Corpos e suas aplicações em Astronomia (sistemas planetários, binários e sistemas múltiplos de estrelas, enxames de estrelas, galáxia e grupos de galáxias)
• Ajuste de modelos a dados de espectroscopia ou fotometria (síntese de populações estelares, riscas espectrais e larguras equivalentes)
• Aplicações da Astronomia no domínio temporal (astrodinâmica, velocidades radiais em sistemas planetários, oscilações em estrelas, trânsitos planetários)

Bibliografia Obrigatória

Monteiro, M. J. P. F. G.; Astronomia Computacional, 2017 (Sebenta da unidade curricular)
David F. Gray; The observation and analysis of stellar photospheres. ISBN: 0-521-85186-6

Bibliografia Complementar

Bajpai A. C.; Numerical methods for engineers and scientists. ISBN: 0-471-99542-8

Observações Bibliográficas

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A unidade curricular é organizada recorrendo ao método expositivo nas aulas teóricas, predominantemente com o uso do quadro. A análise teórica dos problemas abordados visa permitir ao estudante acompanhar a construção da descrição físico-matemática dos vários itens abordados e a formulação da abordagem computacional a ser implementada. Nas aulas práticas o estudante trabalha na estruturação dos códigos (algoritmo) e na sua implementação em computador, de forma a obter os resultados pretendidos para aplicações concretas em astronomia (usando dados observacionais).

A metodologia adotada visa reforçar a capacidade do estudante em formular e implementar uma abordagem numérica para resolver problemas concretos de Astronomia. Tal é feito assegurando que o estudante identifica o problema e a solução pretendida, definindo um método para a sua resolução, que depois implementa obtendo resultados concretos para problemas específicos de astronomia. Para tal o estudante trabalha em computador, sob orientação do docente, planeando e implementando os códigos que precisa para obter uma solução. Trabalha ainda nos procedimentos necessários para otimizar e validar o código, bem como nos procedimentos necessários para caracterizar a solução obtida (em termos de representatividade/aplicabilidade física e de determinação das incertezas com que representa a realidade).

Procura-se que o estudante desenvolva um espirito critico na análise e interpretação de resultados numéricos, enquanto representação simplificada de um sistema físico concreto de astronomia.

Software

Python
FORTRAN (opcional)
LaTeX

Palavras Chave

Ciências Físicas > Astronomia
Ciências Físicas

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	10,00
Trabalho escrito	75,00
Apresentação/discussão de um trabalho científico	15,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de relatório/dissertação/tese	30,00
Estudo autónomo	70,00
Frequência das aulas	50,00
Apresentação/discussão de um trabalho científico	12,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência na unidade curricular o estudante terá, cumulativamente, de:

• assistir a um mínimo de 50% das aulas dadas,
• submeter um dos relatórios pedidos.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final resulta da combinação das classificações obtidas:

1) 75% - nas resoluções das tarefas propostas (total de 3), através da avaliação de um relatório escrito submetido sobre casos de estudo abordados ao longo do semestre,

2) 10% - na participação nas aulas, através de: intervenção nas aulas TP e P com perguntas e respostas, obtenção de soluções pedidas durante as aulas P, interpretação e apresentação dos resultados obtidos, etc.

3) 15% - apresentação oral e discussão de um dos trabalhos.

Provas e trabalhos especiais

Face às características da unidade curricular e da sua avaliação, não há possibilidade de requerer uma prova complementar.

Melhoria de classificação

A classificação pode ser melhorada ao item da avaliação 1) relatórios, através da entrega de novos relatórios ou da repetição do exame escrito.

Caso o estudante opte por melhorar várias componentes, a classificação da melhoria terá necessariamente de usar as classificações obtidas em todos os itens que foram sujeitos a melhoria (isto é, mesmo que algum destes tenha uma classificação pior que a original).

Observações

Recomenda-se que os estudantes instalem no seu computador pessoal, caso exista, o software open source necessário para a unidade curricular.

O júri da unidade curricular inclui:
   - Mário João P. F. G. Monteiro
   - Jorge Filipe S. Gameiro
   - Susana Barros