17.6.2013
1. Sluneční soustava
Astrofyzika aneb fyzika hvězd a vesmíru
Slunce
Slunce • koule o poloměru 1392000 km, s průměrnou hustotou 1400 kg. m-3 , přičemž hustota v centru je asi 130000 kg. m-3 • teplota na povrchu je asi 5700 K, v nitru asi 15 milionů Kelvinů • zdrojem energie je termojaderná fúze jader vodíku, příp. helia v jádru Slunce – jedná se o tzv. protonprotonový řetězec – spojením protonů vznikají jádra helia a uvolňuje se energie kolem 26 MeV
• • • • •
Slunce planety planetky komety, meteoroidy prach, plyny
Slunce je dominantním tělesem ve Sluneční soustavě
Sluneční atmosféra se skládá ze tří vrstev: 1. fotosféra (nejníže) – tloušťka asi 300 km – obsahuje sluneční skvrny (chladnější místa povrchu)
1
17.6.2013
2. chromosféra (tloušťka asi 10000 km) tvořená řídkým plynem 3. koróna (vnější vrstva) tvořena velmi řídkým plynem, pozorovatelná při úplném zatmění Slunce
• sluneční vítr – proudění částic od Slunce (protony, elektrony, jádra helia) – v blízkosti Země může vyvolat geomagnetickou bouři nebo polární záři • cyklické změny sluneční aktivity mohou ovlivnit zemské podnebí (např. vznikem malých ledových dob)
• opačným jevem než sluneční skvrny jsou erupce – zjasnění povrchu vlivem proměnného magnetického pole • protuberance jsou mohutné výtrysky plazmatu o délce trvání až několika týdnů
Planety • malé (zemského typu)
• velké
– Merkur, Venuše, Země, Mars – pevný povrch
– Jupiter, Saturn, Uran, Neptun – menší hustota než malé planety
umělecká představa slunečního větru
Planetky • velikost větší než 100 m • Pluto, Eris, ... • pás asteroidů mezi Marsem a Jupiterem – největší je Ceres
Komety • tělesa z ledu a kamení • oběžná doba až několik desítek let – n apř. Halleyova kometa – 76 let
• přiblížením ke Slunci tají – ztráta materiálu – vznik meteorických rojů • chvost vždy od Slunce – vliv slunečního větru
2
17.6.2013
Trajektorie Halleyovy komety (vlevo nahoře)
Meteoroid • pozůstatek průletu komety – drobná zrnka o průměru milimetrů až několik desítek metrů • po setkání se Zemí, vidíme jeho hoření v atmosféře jako meteor
Komety Hale-Bopp s bílým prachovým a modrým plynovým ohonem (březen 1997)
Bolid
– jasný meteor = bolid
• proletí-li Země oblakem těchto částic vzniká meteorický roj – přilétají vždy z 1 bodu na obloze (radiant) – pravidelnost během roku – např. Perseidy kolem 12. srpna – „přilétají“ ze souhvězdí Persea
• po dopadu na Zem – meteorit – př. Tunguzský 1908
2. Hvězdy • jsou objekty takové hmotnosti, že v nich vlivem vysokého tlaku vzplane termonukleární reakce • hmotnosti v rozmezí 0,08 MS – 150 MS (MS je hmotnost Slunce) • od planet je na noční obloze odlišuje scintilace (kolísání intenzity záření)
paralaxa • roční paralaxa π je úhel, pod kterým bychom viděli průvodič Země (délka 1 AU) z dané hvězdy • plyne z pozorování zdánlivého pohybu hvězdy na obloze vůči vzdáleným hvězdám během roku • nejbližší hvězda k našemu Slunci - Proxima Centauri - má paralaxu 0,763“.
3
17.6.2013
měření vzdáleností
hvězdná velikost
• parsek (paralax second) – značka pc – je vzdálenost hvězdy, která má paralaxu 1“. • světelný rok (light year – zkratka l.y.) – vzdálenost, kterou světlo uletí za 1 rok 1AU • 1 pc ≈ 3,26 l.y.
• určuje jasnost hvězdy (a dalších objektů) na obloze – nesouvisí jen s velikostí a zářivým výkonem objektu, ale také s jeho vzdáleností od nás • jednotkou je magnituda (zn. mag) • nejjasnější hvězdou je Sirius v souhvězdí Velkého psa s hvězdnou velikostí m = -1,43 mag • pouhým okem jsou viditelné hvězdy do cca 6 mag • pomocí obyčejného dalekohledu lze sledovat hvězdy s hodnotou kolem 10 mag • Slunce má jasnost m = -26,8 mag, Měsíc v úplňku m = -12 mag.
π tg1"
spektrum záření • rozbor světla vyzařovaného hvězdou – podává informace o povrchové teplotě hvězdy, o jejím chemickém složení, apod…
vývoj hvězd • vznikají gravitační přitažlivostí mezihvězdného prachu a plynu • čím těžší je hvězda, tím kratší je doba jejího života, což je 106 až 1010 let • hvězda zvětšuje svůj objem a vlnová délka vyzařovaného světla se posouvá k červenému okraji spektra – vzniká červený obr – většina vodíku je již přeměněna na helium
1pc
červený posuv • jestliže se hvězda (příp. Galaxie) od nás vzdaluje, pak dochází v důsledku Dopplerova jevu k posunutí spektrálních čar směrem k červenému okraji spektra (tzv. červený posuv)
hvězdy s hmotností menší než 1,4 MS • v určité chvíli se začíná smršťovat až na hustotu kolem 106 kg.m-3 • vzniká bílý trpaslík, který pomalu chladne • podobný osud čeká i Slunce
4
17.6.2013
hvězdy s hmotností přibližně 1,4 MS až 5 MS • vysoký tlak způsobuje při těchto hmotnostech spojování protonů s elektrony za vzniku neutronů – vzniká neutronová hvězda s hustotou až 1015 kg.m-3 • některé takové hvězdy se chovají jako zdroje rádiového záření a lze je tak detekovat i na Zemi – nazývají se pulzary
hvězdy s hmotností větší než 5 MS • gravitační smršťování se nezastaví • při zmenšení poloměru pod určitou mez je úniková rychlost větší než rychlost světla 2. .M v r • dochází ke gravitačnímu kolapsu - vzniká černá díra
jiné galaxie • ostatní galaxie označujeme malým písmenem g • mají své číslo podle katalogu
• prudké zmenšení objemu může vyvolat odraz látky zpět – hovoříme o výbuchu supernovy • během uplynulého tisíciletí byl tento jev pozorován čtyřikrát • při výbuchu vznikají jádra těžších prvků – ty mohou následně tvořit zárodek dalších hvězd – podobně vzniklo i Slunce
zbytky supernovy pozorované Keplerem v r. 1604
3. Galaxie a galaxie • Jako Galaxie (s velkým počátečním písmenem), se označuje skupina asi 100 miliard hvězd, ve které se nachází na okraji jednoho ze spirálních ramen Sluneční soustava • Slunce je v této Galaxii jen jedna z průměrných hvězd • průměr disku Galaxie je asi 30 kpc, Slunce leží asi 10 kpc od středu • Galaxie je známá pod názvem Mléčná dráha, jak se také nazývá světlý pás hvězd (Galaxie má plochý tvar) viditelný na noční obloze především v létě
známá je např. galaxie M31 v Andromedě, viditelná za dobrých podmínek pouhým okem jako mlhavý eliptický útvar, vzdálenost 700 kpc
5
17.6.2013
poloha galaxie M31
4. Kosmologie • zahrnuje úvahy o vzniku a vývoji vesmíru • vesmír považujeme za homogenní (látka je rovnoměrně rozmístěna) • tuto domněnku potvrzuje objev reliktního záření v roce 1965 – jedná se o elektromagnetické záření odpovídající záření černého tělesa o teplotě 2,7 K a přichází k Zemi ze všech směrů se stejnou intenzitou na vlnové délce odpovídající mikrovlnnému záření
Hubbleův vztah v roce 1929 zjistil E.P.Hubble červený posuv ve spektrálních čárách galaxií – tyto objekty se od sebe vzdalují rychlostí, která je úměrná vzdálenosti galaxie od nás podle vztahu
rozpínání vesmíru
v H.r
kde r je vzdálenost galaxie, v její rychlost vzdalování, H je Hubbleova konstanta, stanovená s velkou odchylkou na což znamená, že galaxie vzdálená 1 Mpc se od nás vzdaluje rychlostí přibližně 75 km.s-1
stáří vesmíru
časová posloupnost vzniku vesmíru
• jestliže se galaxie od sebe vzdalovaly stále stejnou rychlostí i v minulosti, pak lze odhadnout dobu, kdy byly galaxie „v jednom bodě“ (tzv. velký třesk) ze vztahu t
r r 1 v H.r H
• po dosazení vychází doba 13 miliard let • vzhledem k uvažované chybě Hubbleovy konstanty a vzhledem k dalším okolnostem lze tvrdit, že velký třesk nastal před deseti až dvaceti miliardami let
6
17.6.2013
Zdroje • Lepil, O., Bednařík, M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy. Prometheus, Praha 2006 • Otevřená encyklopedie Wikipedia . [online]. Dostupný z URL:
• Hvězdárna Valašské Meziříčí. [online]. Dostupný z URL: • Stručná historie Vesmíru [online]. dostupný z URL:
7
