Slnečná sústava a astrofyzika

Slnečnú sústavu tvorí Slnko (99,866% hmotnosti celej slnečnej sústavy) a všetky telesá v jeho gravitačnom poli.- 9 planét: Merkúr, Venuša, Zem, Mars, Jupiter, Saturn, Urán, Neptún, Pluto (môžu však existovať ďalšie) a mesiace takýchto planét, planétky (asteroidy), kométy, meteory, prachové a plynové častice medziplanetárnej látky, umelé družice a kozmické sondy a ďalšie telesá.

(Kométy - / zhluk menších telies, veľkosť niekoľko km / rozpad -> Meteorické roja / zvyšky komét, ktoré vniknú do zemskej atmosféry, zbrzdí sa a rozžeraví - pozorujeme ako meteory / menšie sa vyparí, zvyšky väčších dopadnú na zemský povrch -> meteority).

Telesá slnečnej sústavy zvyčajne porovnávame s parametrami Zeme. Krajina má elipsovitý tvar, Zem je na póloch sploštená - geoidu, nepravidelné teleso, ani gule ani elipsoid. Myslelo sa, že je placka (prvé tvrdenie o guľu Aristoteles).

R _Z = 6378 km M _Z = 5,98 × 10 ²⁴ kg r _Z = 5520 kg × m ^-3 (tab. 177)

fyzikálne zákony, ktorými sa riadi slnečná sústava

• pozri otázku 12 (hlavne Keplerove zákony, môžem Newt. Grav.)

pohyby Zeme

Zem sa otáča okolo svojej osi (striedanie dňa a noci), obieha okolo Slnka (striedanie ročného dôb), s celou slnečnou sústavou obieha okolo stredu Galaxie.

Doba obehu okolo Slnka je rok. Je dlhý necelých 365, 25 dňa. Hviezdny deň je doba otočenie okolo osi, tropický deň je obdobie medzi dvoma vrcholmi Slnka na oblohe. Tropický deň je 24 hodín, hviezdny deň je o štyri minúty kratšia. Rozdiel je spôsobený obehom okolo Slnka, zmenou polohy Zeme.

Zatmenie Mesiaca nastane, keď za splnu vstúpi Mesiac do tieňa Zeme. Mesačný kotúč sa zakrýva a tento jav je viditeľný z celej privrátenej pologule. Keď sa Mesiac v nove dostane medzi Zem a Slnko, nastane zatmenie Slnka. Zatmenie Slnka možno pozorovať len z oblastí, kam dopadá mesačný tieň; ak Mesiac nezakrýva celý slnečný kotúč, nastane čiastočné zatmenie Slnka.

Príťažlivosť Mesiaca a Slnka vyvoláva na privrátenej a odvrátenej strane príliv. Otáčaním Zeme okolo osi prílivová vlna opadá a nastáva odliv. Ak sú Mesiac a Slnko na jednej priamke, dochádza ku skočnému prílivu (najvyššie raz za 14 dní), zvierajú ak pravý uhol, vzniká hluchý príliv (najnižšie, v polovici medzi dvoma skočnými prílivy). Najvyššia príliv je v zálive Fund na východe Kanady, až 16 m.

• A ---- o - P, Slnko nie je v stredu, ale zhruba v jednom z ohnísk. Perihélium - príslní 147 miliónov km, afélium - odslní 152 miliónov

STAVBA SLNEČNÉ SÚSTAVY

• 4,7 miliárd rokov

• 99,9% hmotnosti tvoria Slnka

• Svetelný Rok - Vzsálenost, ktorú svetelný lúč prejde za jeden rok (Od Slnka k Zemi cca 8 min 20 s)

• Vek Krajina - 4,5 miliárd rokov

** **

SLNKO

Slnko sa nachádza asi 30 000 svetelných rokov od stredu Galaxie. Obieha rýchlosťou 220 km / sa jeden obeh dokončí za 230 miliónov rokov. Zrodilo sa pred 5 miliardami rokov a bude trvať ešte asi 7 miliárd rokov, než spáli zásoby vodíka v stredovej oblasti a stane sa červeným obrom, v ktorého žiary zanikne slnečná sústava. Slnko je obyčajná hviezda tvorená hlavne vodíkom a héliom, ale pre život na Zemi má zásadný význam, pretože bez energie dodávanej slnečným žiarením by Zem bola len mŕtvu mrazivú planétou. Slnko je viac ako 100x väčšie ako Zem, Povrchová teplota je 5 700 kelvinov, v stredovej oblasti je teplota asi 15 miliónov kelvinov. Pozorovať môžeme len slnečné atmosféru, ktorá sa skladá z najnižšie ležiace fotosféry, nad ňou je chromosféra a koróna (pozri tiež hviezdy). V týchto vrstvách sa odohrávajú búrlivé deje, súhrnne nazývané slnečné činnosť, ktoré majú nemalý vplyv na náš život.

Fotosféry je najnižšia, viditeľná vrstva slnečné atmosféry, vydáva väčšinu žiarenia. Oblaky žeravé plazmy chladnú a zostupujú do vnútra, kde sa znovu ohreje a stúpa opäť nahor.

Chromosféra - vrstvu plynného vodíka, leží nad fotosféry, za bežných okolností nevidíme. Pri zatmenie slnka septembra ako úzky červený pásik (grécky Chromos je farba).

Koróna - najvyššia vrstva, je rozsiahla, neobyčajne riedka a teplá (2 milióny kelvinov). Pozorovateľná pri zatmení Slnka alebo špeciálnymi ďalekohľady (tzv. Koronograf).

Slnečné škvrny sú tmavšie, chladnejšie oblasti vo fotosféry s priemerom mnohých tisíc km, ich počet kolíše každý deň.

Slnečné erupcie je prudké zahriatie chromosféry a koróny sprevádzané vyvrhnutím veľkého množstva elektricky nabitých častíc a odpálení elektromagnetického žiarenia. Súvisia so slnečnými škvrnami a majú veľký vplyv na pozemský život.

Slnečný vietor je prúd elektricky nabitých častíc unikajúcich z koróny. Zemské magnetické pole chráni povrch Zeme a biosféru pred ničivým slnečným vetrom. V okolí pólov spôsobuje polárnu žiaru.

** **

Slnečná sústava vznikala súčasne so Slnkom. Vlastné gravitácie zmršťovala prach a plyny, zahrievala ich až do teplôt, kedy sa zapálila termonukleárna reakcia transformujúcu vodík na hélium. Zo zvyšného materiálu obklopujúceho Praslunce vznikla ostatné telesá v slnečnej sústave: planéty, ich mesiace, planétky, kométy, meteoroidy rôzne veľkosti.

Planéty sú telesá, v ktorých sa nespustila termonukleárnej reakcie a ktorá sa tak nestala hviezdami. Nevydávajú vlastné svetlo, môžu len odrážať. Obiehajú okolo nich mesiaca (prirodzené družice).

Vnútorné planéty:

Najbližšie Slnku je Merkúr. Je preto ťažko pozorovateľný. Je to pustá a skalnatá planéta bez atmosféry. Teplota na strane privrátenej k Slnku dosahuje 430 ° C, na odvrátenej -170 ° C.

Venuša rotuje opačne než Slnko, má hustú atmosféru prevažne z CO ₂ s oblakmi kvapôčok kyseliny sírovej, ktorá zadržiava množstvo tepla (skleníkový efekt), zo všetkých planét najlepšie odráža svetlo. 470C.

Zem je zatiaľ jediná planéta vo vesmíre, o ktorej vieme, že na nej je život. Pred slnečným vetrom a nebezpečným žiarením ju chráni magnetosféra a atmosféra. Život existuje iba v úzkej vrstve pri povrchu zvanej biosféra. Dve tretiny povrchu pokrýva voda. Krajina má jediného sprievodcu, Mesiac. Mesiac má so Zemou synchrónny rotáciu, je k nej natočený stále rovnakú stranou. Mesiac nemá atmosféru a najvýznačnejšími útvary na povrchu sú svetlé "pevniny", tmavá more (mare) a kruhové krátery po dopadoch meteoritov. Teplota na povrchu za mesačného dňa dosahuje 117 ° C, za noci je - 180 ° C. Počas jednej otočky okolo Zeme za 29,5 dňa pri pozorovaní zo Zeme prejde fázami (nov, prvá štvrť, spln, posledná štvrť). Občas prechádza pri splne tieňom Zeme - nastane zatmenie Mesiaca. Naopak, dopadne ak v nove tieň Mesiaca na povrch Zeme, dochádza k zatmenie Slnka. Mesiac je prvý nebeské teleso, na ktoré vstúpili ľudia.

Mars (červená planéta - podľa zafarbenia) je najviac podobný Zemi, aj keď je značne menšie. Má riedku atmosféru zloženú z CO ₂ a dusíka a atmosférický tlak stokrát menšia ako na Zemi. Nemá kyslík ani ozón - v súčasnej dobe na povrchu život nie je. Veľa scifi, je to najlepšie planéta po Zemi pre života. Okolo pólov sa nachádzajú polárne čiapočky, ktoré počas marťanského leta tají. Povrch je červenkastého (minerály železa) a nájdeme na ňom útvary, ktoré boli v dávnej minulosti vytvorené tečúcou vodou. Na Marse je najvyššia sopka v celej slnečnej sústave, vysoká 24 km. Povrchová teplota sa pohybuje od 0 do - 100 ° C. Okolo Marsu obiehajú dva malé mesiace, Phobos (strach) - súčasťou príbehu populárnej ságy hier Doom a Deimos (hrôza).

Vonkajšie planéty - ďalej od slnka, väčšie, skladajú sa hlavne z vodíka a kamenného jadra.

Jupiter - najväčší a najťažšie planéta, vyžiari takmer 3x viac energie, než dostane zo Slnka. Získava ju gravitačným zmršťovaním a je príčinou búrlivých dejov v atmosfére. V vnútri tečú mohutné elektrické prúdy, ktoré vytvárajú mohutnú magnetosféru, chytá slnečný vietor. Atmosféra sa členia do niekoľkých pásov o rôzne rýchle rotáciu a teplote a najnápadnejším útvarom je Červená škvrna - obrovská búrka, Jupiter má najmenej 16 mesiacov, Ganymeda je najväčší mesiac v slnečnej sústave. Jupiter má nevýrazné prstence.

Saturn Najkrajšie planéta vďaka prstencom. Objavil je Galileo svojím ďalekohľadom. Je to nespočetné množstvo malých čiastočiek ľadu a prachu usporiadaných do tenkej vrstvy. Najväčší mesiac Titan má rozsiahlu atmosféru. Jeho povrch je asi pokrytý tekutými uhľovodíky. Biológovia sa domnievajú, že na Titane sú možné primitívne formy života.

Urán sa skladá z jadra obklopeného ľadom. Obieha okolo neho 15 mesiacov. Rotačná os Uránu leží takmer v obežnej rovine, takže Urán sa vo svojej dráhe "valí". Urán tak otáča k Slnku striedavo severný pól a južný pól (striedajú sa každých asi 42 rokov). Okolo Uránu sa nachádza tiež sústava prstencov.

Neptún bol vypočítaný z nepravidelností (čiže porúch) v dráhe Uránu. Neptún má podobnú stavbu ako Urán, v atmosfére je najnápadnejšie Veľká tmavá škvrna, systém atmosférických búrkou o veľkosti Zeme. Neptún má 8 mesiacov, najväčší je Triton s vlastnou atmosférou.

Pluto bol vyradený z planét slnečnej sústavy, pretože sa jedná o kus ľadu.

** **

Planétky čiže asteroidy sú menšie nepravidelná (okrem najväčších) telesa do priemeru 1000 km, väčšinou v páse medzi Marsom a Jupiterom (planetkový pás). Zemskú dráhu križuje asi 1000 malých planétok s rozmermi až niekoľkých km. Predstavujú nebezpečenstvo, lebo zrážka so Zemou by ohrozila život. Ide pravdepodobne o zvyšky pôvodných protoplanéty (zárodkov planét).

Kométy sú veľké gule špinavého snehu a ľadu o veľkosti niekoľkých km s pevným kamenným jadierka. V okolí slnečnej sústavy sa nachádza tzv. Oortovho oblaku komét, ktoré ich obsahuje asi bilión. Čas od času niektoré kométa zamieri do slnečnej sústavy, v blízkosti Slnka sa z jadra začne jeho povrch odparovať a vytvára sa kóma a dlhý chvost, ktorý pôsobením slnečného vetra mieri od Slnka. Kométa každým preletom stratí množstvo hmoty, takže sa po čase vyčerpá a chvost nevytvára. Niektoré kométy uniknú, tie zachytené gravitáciou Slnka a planét, obiehajú po pretiahnutých eliptických dráhach. Najznámejší kométa je Halleyho kométa s obežnou dobou 76 rokov.

Meteoroidní komplex tvori mikroskopický prach až po telesa s priemerom niekoľkých desiatok metrov, ktoré obiehajú okolo Slnka. Tieto telesá nazývame meteoroidy. Ak sa dostanú do zemskej atmosféry, intenzívne sa zahrejú a začnú žiariť: potom im hovoríme meteor. Menšie častice sa vyparí, u veľkých môžu ich zvyšky dopadnúť na zem; to sú meteority. Môžu byť pozostatky zaniknutých komét.

Na planétach a ich mesiacoch, ktoré majú riedku alebo žiadnu atmosféru, formovali dopady meteoritov výrazne ich povrch a vytvorili na ňom mnoho kráterov.

• astronomická jednotka - stredná vzdialenosť Zeme - Slnko (keby bolo slnko uprostred)

• 1 AU = 1,496 * 1011 m (tab. 184)

HVIEZDY

** **

• obrovské gule s vlastnými zdrojmi energie (ako Slnko), pretože sú vzdialené, javí sa na oblohe ako svietiace body, plynné telesá

Súhvezdie - umelé vytvorenie človekom - pomyselnej spojenie

• žiarenie, ktoré pozorujeme, vzniká v ich fotosférách

• údaje o hviezdach získavame z ich žiarenia: smer, intenzitu a spektrum

Astrometria - určuje polohu objektu podľa smeru lúča

vzdialenosť hviezd

• k určovanie vzdialeností používame trigonometrické meranie vzdialeností, jednotka Parsek (pc)

• podstatou určovanie ročnej paralaxy Pí (uhol, pod ktorým je z danej hviezdy vidieť veľká polos Zeme)

r = 1 / Pí - nie je v tab.

Vzdialenosť je jeden pc, vidíme úsečku s dĺžkou 1 AU pod uhlom 1 ''

• svetelný rok (ly) - vzdialenosť, ktorú svetlo urazí za 1 rok (9,46 * 10 ¹⁵ m) - nie je v tab.

1pc = 3,26 ly

• červený posun - posun spektrálnych čiar k červenej časti spektra (dopplerovský efekt v dôsledku vzďaľovania)

• hmotnosť hviezd - u Slnko určená z rovnosti gravitačnej a dostredivé sily MS = 1,99 * 1030 kg

• u vzdialenejších hviezd používame javu dvojhviezd

• svietivosť L - vyjadruje výkon žiarenia vysielaného hviezdou do priestoru

• spektra hviezd - väčšinou súvislá s absorbčnými alebo emisnými čiarami

• slúži na určovanie rýchlosti vzďaľovania, chemického zloženia a teploty hviezdy

• podľa teploty rozdeľujeme hviezdy do spektrálnych tried O, B, A, F, G, K, M

• zdroj energie - termonukleárnej reakcie v jadre hviezdy - tzv. Protón-protónový reťazec

- u väčších hviezd ako je Slnko prebieha tzv. CNO reťazec

vznik, život a zánik hviezdy

• zmršťovanie medzihviezdneho oblaku prachu a plynu -> zahrievanie -> rozpad na menšie časti - protohviezda -> zmršťovania pokračuje -> zapálenie termonukleárnych reakcií -> po vyčerpaní cca 10% paliva sa hviezda mení v červeného obra -> po vyčerpaní zdrojov sa hviezda začne rúcať -> prudké zvýšenie teploty -> výbuch supernovy -> nasleduje zmrštenia do podoby:

1. bieleho trpaslíka (u menších hviezd)

2. neutrónovej hviezdy (priemer 10 - 50 km, obrovská hustota ako má atómové jadro)

3. čierne diery (u veľkých hviezd) - nevidíme, ale je dokázaná ich existencie gravitačným pôsobením a pohlcovaním plynu a prachu. Sú v jadrách galaxií (vrátane tej našej).

ŠTRUKTÚRA VESMÍRU ****

** **

Galaxie = sústava hviezd (naše Mliečna dráha - 100 miliónov hviezd), spadá tam Slnko a planéty + kozmické žiarenie

• vplyvom rotácie okolo svojej osi má diskový tvar, v jeho strede je guľovité zhustenie = jadro

• vznikla asi pred 15 miliardami rokmi zmršťovaním oblaku prachu a plynu

• rotácia najskôr pomalá (guľové hviezdokopy - najstaršie objekty v galaxii), najmladší sú otvorené hviezdokopy

• priemer disku: 30kpc, hrúbka 2kpc, väčšina hmotnosti je sústredená vo hviezdach

• odhaduje sa, že je vo vesmíre asi 100 miliárd galaxií

• kopy galaxií - zhluky tisícov galaxií, spájajú sa v nadkupy

tvary: špirálová, eliptická, nepravidelná

vesmír

• čiže kozmos = označenie všetkého času, priestoru a energie, jeho skúmaním sa zaoberá kozmológie a astrofyzika

• teória, že vesmírov je viac, túto myšlienku spracováva mnoho scifi filmov

Kozmologický princíp = hmota (galaxie) je vo vesmíre rozložená homogénne, v okolí každého miesta má rovnaké vlastnosti a jeho štruktúra nezávisí od smeru. Stojí na všeobecnej teórii relativity Alberta Einsteina. Dominujú gravitačné sily

• skôr sa myslelo, že je vesmír nemenný, až v 20. storočí sa potvrdila jeho expanzia

-> Hubbleov vzťah

rýchlosť vzďaľovaní galaxií je priamo úmerná ich vzdialenosti r.

v = H * r; H ... Hubblov zákon = 80km * s ^-1 * Mpc ^-1 - nie je v tab!

pr .: Galaxie o vzdialenosti 10 Mpc sa vzďaľuje rýchlosťou 800km / s.

-> Reliktné žiarenie - potvrdzuje rozpínavosť vesmíru, jedná sa o zostatkovej rádiové žiarenie, ktoré má v kozmickej priestore homogénna intenzitu. Vlnová dĺžka tohto zvyškového žiarenia sa zväčšovala a v súčasnosti mu odpovedá teplota 2,7km

na počiatku vesmíru - pred 15. miliardami rokov - vesmír mal vysokú hustotu a teplotu -> - Veľký tresk (výbuch, ktorý nastal v celom vesmíre súčasne, o jeho podstate nemáme podrobné informácie.) ** ** -> rozpínanie vesmíru (dôkazom reliktné žiarenie)

Súčasná fyzika hypoteticky opisuje vesmír od zlomkov sekundy po veľkom tresku.

1. sekunda - 2 * 10 ¹⁰ K, dominovala plazma

vesmír sa rýchlo rozpínal a ochladzoval, v pôvodnej látke muselo byť viac častíc, ako antičastíc, z tohto prebytku sa teraz vesmír skladá. Energia žiarenia stále klesá.