Waldemar Og ł ł oza oza

Wszech

Wszech ś ś wiat wok wiat wok ó ó ł ł nas nas

Waldemar Og

Waldemar Og ł ł oza oza

www.as.up.krakow.pl www.as.up.krakow.pl

>dla student

>dla student ó ó w w

>> zaj

>> zaj ę ę cia cia W.Og W.Og ł ł oza oza

1. 1. Najciekawsze zjawiska astronomiczne, Najciekawsze zjawiska astronomiczne, jakie mo

jakie mo ż ż na obserwowa na obserwowa ć ć go go ł ł ym okiem ym okiem

2. 2. Nasz dom – Nasz dom – Ukł Uk ł ad Sł ad S łoneczny oneczny

3. 3. Kosmiczna drabina Kosmiczna drabina – –

jak zmierzy

jak zmierzy ć ć odleg odleg ł ł ość o ść do najdalszych do najdalszych obiekt

obiekt ó ó w we Wszech w we Wszech ś ś wiecie wiecie

4. 4. Najwi Najwi ę ę ksze instrumenty astronomiczne na ksze instrumenty astronomiczne na przestrzeni dziej

przestrzeni dziej ó ó w w 5. 5. Tajemnice kalendarza Tajemnice kalendarza

6. 6. Kosmiczne zoo Kosmiczne zoo – – przegl przegl ąd najciekawszych obiekt ą d najciekawszych obiektó ów w kosmicznych

kosmicznych

7. 7. Poszukiwanie Poszukiwanie ż ż ycia we Wszech ycia we Wszech ś ś wiecie wiecie

8. 8. Historia i przysz Historia i przysz ł ł o o ść ść Wszech Wszech świata (elementy ś wiata (elementy kosmologii)

kosmologii)

1

1 km

1

1

2

20 km

2

3

689 km

4

5

12 756 km

5

Doświadczenie Eratostenesa

- pomiar rozmiarów Ziemi

D

αααα = 7.5

• αααα

Odległość D pomiędzy studnią w Synae (Assuan) a Aleksandrią wynosi 5000 stadionów (1 stadion =157.7 m)

Oba miasta leżą w przybliżeniu na jednym południku (Koło Wielkie)

Rów nik Promienie słoneczne

(równoległe!)

cień

Ziemia

W Synae Słońce

było w Zenicie,

a w Aleksandrii nie!

6

– 40 5 00 0 km

6

36 3 00 0 – 40 5 00 0 km

8

00 – 40 0 00 0 00 0 km

8

55 0 00 0 00 – 40 0 00 0 00 0 km

9

00 0 km

9

15 0 00 0 00 0 km

„ Tranzyt” Wenus na tle tarczy Słońca

metodą wyznaczenia odległości Ziemia – Słońce James Gregory (1663)

Edmond Halley(1716)

S Z

W

∆

∆

9

58 8 00 0 00 0 – 81 6 00 0 00 0 km

III prawo Keplera

Kwadraty czasów obiegów (P

i P

) dwóch dowolnych ciał mają się do siebie tak, jak sześciany długości wielkich

półosi ich orbit (a

i a

)

P

a

=

P

a

(P wyrażone w latach, a -w jednostkach astronomicznych Jeśli 2 ciało to Ziemia to: P

=1 rok i a

=1 AU,

wtedy dla ciał obiegających Słońce mamy: P ² = a ^{3 )}

10

4 30 0 00 0 00 0 km

10

14

14

15

15

Jasność obserwowana i absolutna

Związek obserwowanych i absolutnych

wielkości gwiazdowych (m i M) z odległością obiektu od Ziemi

M = m + 5 - 5 log D

gdzie D to rzeczywista odległość gwiazdy

wyrażona w parsekach

Metoda cefeid

•W 1908 Henrietta Leavitt (1868-1921) odkryła

•zależność jasności absolutnej M od P okresu

•zmian jasności gwiazd zmiennych typu Cefeid 1.35

- ) -2.78log(P M =

D m

M = + 5 − 5 log

Mierząc jasność obserwowaną cefeid (m) oraz okres ich

zmienności (P) można obliczyć jasność absolutną gwiazd (M) a w konsekwencji ich odległość (D)

Metodę wykorzystano do pomiaru odległości gromad kulistych i najbliższych

galaktyk Grupy Lokalnej

Okres P

15

18

19

Galaktyki sąsiednie

20

Galaktyki gromady lokalnej

21

Lokalna supergromada

Metoda supernowych

•Supernowe typu Ia to wybuchy gwiazd

wywołane przekroczeniem masy krytycznej przez jedną z pary gwiazd na skutek akrecji masy z drugiej gwiazdy. Niezależnie od

tempa akrecji czy pierwotnych rozmiarów gwiazd, wybucha zawsze obiekt o masie równej masie krytycznej. Nic dziwnego, że taki wybuch jest doskonałą świecą

standardową widoczną na wielkie

odległości. Typ wybuchu rozpoznaje się po cechach widma i przebiegu zmian jasności.

Stosowalność metody ogranicza się, niestety, jedynie do galaktyk w których zauważono wybuch takiej supernowej.

•Rysunek:

21

Supernowa

21

Supernowa

22

Najbliższe supergromady

22

Przesunięcie ku czerwieni

Ekspansja Wszechświata

•Dla wielkich odległości z może być większe od 1,

•wtedy stosuje się wzory przybliżone:

•V=c ln (1+z) do z=5

Ekspansja Wszechświata

• Prawo Hubble’ a (Edwin Hubble 1889-1953)

• Inne galaktyki oddalają się od Drogi Mlecznej

• proporcjonalnie do ich odległości.

• V = H D (H= 72 km/s / MPc)

Ekspansja Wszechświata

•W małych skalach dominują ruchy własne galaktyk, obiegających środek masy naszej lokalnej gromady.

•W większych odległościach prawo Hubble’a widać znacznie wyraźniej.

•Stała Hubble’a (H= 72 km/s / MPc) jest miarą tempa ekspansji

Wszechświata

Ekspansja Wszechświata

•Prawo ekspansji nie oznacza, że żyjemy w wyróżnionym punkcie przestrzeni. Podobnie wygląda Wszechświat widziany z dowolnej galaktyki, gdyż wszystkie oddalają się od siebie nawzajem.

•Podobnie zachowują się kropki narysowane na powierzchni nadmuchiwanego balonu.

•W czasie nadmuchiwania rosną odległości pomiędzy wszystkimi kropkami.

•Skoro galaktyki się oddalają a my je widzimy to albo Wszechświat powstał niedawno (teoria Wielkiego Wybuchu) albo też istnieje

wiecznie, ale ciągle tworzy się w nim materia

(hipoteza stanu stacjonarnego)

22

Przesunięcie ku czerwieni

23

12 3 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 km

24

24

Mikrofalowe promieniowanie tła

W 1965 roku Arno Penzias i William Wilson z Bell Laboratory uruchomili swój radioteleskop, który miał służyć do obserwacji radioźródeł w Drodze Mlecznej. Zauważyli, że ze wszystkich kierunków rejestrują mikrofalowy szum.

Okazało się, że ten mikrofalowy szum

odpowiada promieniowaniu termicznemu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2.73 K.

Istnienie tego promieniowania potwierdza teorię Wielkiego Wybuchu, Stanowi ono relikt gorącego promieniowania wypełniającego niegdyś Wszechświat.

W rozkładzie promieniowania na niebie

powinno być widać pierwotne fluktuacje wokół których gromadziła się materia tworząca

pierwsze galaktyki.

Mikrofalowe promieniowanie tła

W ekspandującym Wszechświecie rośnie

długość fal fotonów które się w nim poruszają.

Około 100 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu nastąpił “rozdział” promieniowania od materii.

Temperatura spadła do 3000 -4000 K co

doprowadziło do powstania neutralnych atomów wodoru. Materia stała się przezroczysta dla

promieniowania. Promieniowanie miało na

początku temperaturę 3000 K i “stygło” na skutek wydłużania się długości fali spowodowanej

ekspansją Wszechświata. Obecna temperatura tego promieniowania reliktowego powinna

wynosić 2.7 K Rozkład intensywności odpowiada

ściśle prawu Plancka.

Mikrofalowe promieniowanie tła

•Mapa promieniowania uzyskana dzięki satelicie WMAP. Poniższe

zdjęcie odpowiada światłu wysłanemu 380 tysięcy lat po Wielkim

Wybuchu.

44 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 km

24

24

1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 … ? km

57?

Obrazki:

Slajdy 2,3,4,5,6,7,8: Google Maps.

Slajd 9: Mapa hipsometryczna Polski – autor: Aotearoa (GNU Free Documentation License).

Slajd 10: Mapa Europy – na podstawie Wikipedii (Creative Commons).

Slajd 11: Zdjęcie z Apollo 17 – NASA, Apollo 17, NSSDC.

Slajdy 15,16: Mars – NASA (kompozyt 102 obrazów z orbitera Viking 1; pośrodku Valles Marineris).

Slajdy 22,24,28,29,30: Maggie Masetti/NASA.

Slajd 31: Supernowa Keplera; złożenie zdjęć w podczerwieni (Spitzer), świetle widzialnym (Hubble) i rentgenach (Chandra) – NRL/ESA, R. Sankrit and W. Blair (Johns Hopkins University).

Slajd 32: Supernowa 1994D w galaktyce NGC4526, zdjęcie z Teleskopu Hubble'a –

NASA/ESA, The Hubble Key Project Team, The High-Z Supernova Search Team.

Slajd 37: 66,976 galaktyk leżących blisko płaszczyzny równika, z 205,443 w przeglądzie SDSS – Sloan Digital Sky Survey.

Slajd 38: Hubble Ultra Deep Field – NASA/ESA/S. Beckwith(STScI) and The HUDF Team.