Astronomia Computacional

Código:

AST3021

Sigla:

AST3021

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Astronomia

Ocorrência: 2024/2025 - 1S (de 16-09-2024 a 19-12-2024)

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

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	48	162
L:CC	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2021/22	2	-	6	48	162
			3
L:F	0	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	48	162
L:G	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	2	-	6	48	162
			3
L:M	0	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	48	162
			3
L:Q	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	3	-	6	48	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, etc)
• 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	44,00
Estudo autónomo	64,00
Frequência das aulas	48,00
Apresentação/discussão de um trabalho científico	6,00
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.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes nestas condições devem contactar os docentes no início do semestre para, caso seja necessário, combinar a realização das componentes práticas em horário flexível, nomeadamente com a possibilidade de utilização do tempo de atendimento.

Melhoria de classificação

A classificação pode ser melhorada no item da avaliação 1) relatórios, através da entrega de novos relatórios.

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
   - Pedro T. P. Viana