Wszechświat wokół nas Wszechświat wokół nas

(1)

Wszechświat wokół nas Wszechświat wokół nas

Waldemar Ogłoza Waldemar Ogłoza

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

>dla studentów

>> zajęcia

>> zajęcia W.Ogłoza W.Ogłoza

(2)

W.Ogłoza- Wszechświat wokół 2

1. 1. Najciekawsze zjawiska astronomiczne, Najciekawsze zjawiska astronomiczne, jakie moŜna obserwować gołym okiem jakie moŜna obserwować gołym okiem

2. 2. Nasz dom Nasz dom – – Układ Słoneczny Układ Słoneczny

3. 3. Kosmiczna drabina Kosmiczna drabina – – jak zmierzyć odległość do jak zmierzyć odległość do najdalszych obiektów we Wszechświecie

najdalszych obiektów we Wszechświecie 4. 4. Największe instrumenty astronomiczne na Największe instrumenty astronomiczne na

przestrzeni dziejów przestrzeni dziejów 5. 5. Tajemnice kalendarza Tajemnice kalendarza

6. 6. Kosmiczne zoo Kosmiczne zoo – – przegląd najciekawszych obiektów przegląd najciekawszych obiektów kosmicznych

kosmicznych

7. 7. Poszukiwanie Ŝycia we Wszechświecie Poszukiwanie Ŝycia we Wszechświecie

8. 8. Historia i przyszłość Wszechświata (elementy Historia i przyszłość Wszechświata (elementy kosmologii)

kosmologii)

9. 9. Astronomiczne scenariusze końca świata Astronomiczne scenariusze końca świata

(3)

W.Ogłoza- Wszechświat wokół nas

3

(4)

Jan Kochanowski – „Phenomena”

Pięć gwiazd inszych zostało, które nie naleŜą Do tej liczby, lecz wolno z Zodyjakiem bieŜą:

Tych trudno jedną z drugiej na wysokim niebie Upatrować, bowiem sie nie trzymają siebie.

Ich lata są leniwe, a gdy się rozyjdą,

Nierychło ku onemu kresowi zaś przyjdą.

Tych się ja opisować swym piórem nie waŜę, Gwiazd nie błędnych i koła i znaki pokaŜę.

Planety czyli gwiazdy błądzące

(5)

5

Planety czyli gwiazdy błądzące

(6)

Planety widoczne gołym okiem:

Merkury

Wenus

Ziemia

Mars

Jowisz

Saturn

(7)

7

Merkury w blasku słonecznym się chowa,

Wenus rano lub wieczorem świecić jest gotowa.

Ziemia ma KsięŜyc, co błyszczy nocami tylko tam ludzie dotarli swymi rakietami.

MoŜe na Marsa wyprawa się uda i zobaczymy tam pustynne cuda?

Pas planetoid dalej się rozpościera, i duŜe planety od małych oddziela.

Olbrzymi Jowisz ma plamę czerwoną, a Saturn się szczyci pierścieni koroną.

Urana i Neptuna, dzieci jeśli chcecie, moŜecie zobaczyć jedynie w lunecie.

A blade Komety, gdy nadejdą chmury

wiszą nad Szopkami warkoczem do góry.

Wszystkie te obiekty, od początku do końca,

krąŜą sobie razem dookoła Słońca!

(8)

Droga planet na niebie

(9)

9

(10)

(11)

11

(12)

(13)

13

Widoczność Wenus na niebie:

→263 dni po zachodzie Słońca

→ brak przez 8 dni

→ 263przed wschodem Słońca

→ brak przez 50 dni

cykl powtarza si ę co 584 dni

bardzo rzadko, przy wyjątkowo przejrzystym powietrzu Wenus widać w ciągu dnia na błękitnym niebie

nigdy o północy!

(14)

Wenus

Z mitologii rzymskiej: Wenus = grecka: Afrodyta W staroŜytnej Grecji: dwie nazwy:

Hesperos (hesperos = wieczór, zachód, Hesperia – kraina na zachodzie, dla Greków – Italia) = Gwiazda Wieczorna

Fosforos (phosphoros = noszący światło, przydomek bogini dzierŜących światło) W języku polskim:

Gwiazda Wieczorna Gwiazda Zwierzęca, (bo świeci dla zwierząt), Gwiazda Wilcza, Jutrzenka Wieczorna

Gwiazda Poranna, Jutrzenka, Zorza Poranna, Jutrznia, Gwiazda Zaranna

Jutrznia - Pierwsza godzina modlitwy brewiarzowej, odmawiana przed wschodem Słońca

Przysłowie: Na jutrznie naboŜny na msze pyszny

na nieszpór pijany

(15)

Ammizaduqi Kodeks Drezdeński

15

(16)

(17)

17

Babilon Majowie Obserwacje zjawisko:

* poranna 245 236 263 [dni]

8.25 8 [mies.]

brak widoczności 90 90 50

3 3

* wieczorna 245 250 263

8.25 9

brak widoczności 7 8 8 (0-20)

Okres synodyczny 587 584 583.92

____________________________________________________________

5 okresów synodycznych = 2920 dni = 99 miesięcy (obserwacje 2919.6 = 98.87 miesięcy)

1 okres synodyczny = 5 dób słonecznych na Wenus ciąŜa 250-270 dni

13 x 20 = 260

(18)

JuŜ Olimpowi niesie Jutrzenka zaranie,

Wejście słońca zwiastując nieśmiertelnym w niebie, Gdy hukliwych król woźnych przyzywa do siebie

I kaŜe ród Achiwów zwoływać do rady

Homer, „Iliada” księga druga

Gdy świt róŜanopalcą urodził Jutrzenkę Syn Odysa się z łoŜa porwał, wdział sukienkę

Chędogą, a przez ramię zawiesił miecz srogi, Pięknymi postołami białe opiął nogi

Homer, Odyseja, pieśń druga

Eos [tj.Jutrzenka] z łoŜa ślicznego Tytona gdy wstała, Na bogów i na ludzi zdrój światła wylała,

Homer, Odyseja, pieśń piąta

(19)

19 Gdy zaś wrócił i został sam jeden, ktoś zmagał się z nim aŜ do wschodu jutrzenki, a

widząc, Ŝe nie moŜe go pokonać, dotknął jego stawu biodrowego i wywichnął Jakubowi ten staw podczas zmagania się z nim.

Księga Rodzaju, 32,25

Czy połączysz gwiazdy Plejad, rozluźnisz więzy Oriona Czy wypuścisz o czasie Gwiazdę Poranną

i wywiedziesz Niedźwiedzicę z dziećmi?

Czy znane ci prawa niebios,

czy wyjaśnisz ich pismo na ziemi?

Księga Hioba, 9,9

KimŜe jest ta, która świeci z wysoka jak zorza, piękna jak księŜyc, jaśniejąca jak słońce, groźna jak zbrojne zastępy?

Pieśń nad pieśniami 6, 10

JakŜe wspaniale wyglądał gdy wracał do ludu przy wyjściu z Domu Zasłony

Jak gwiazda zaranna pośród chmur, jak księŜyc w pełni w dniach świątecznych

Mądrość Syracha 50, 5-6

JakŜe to spadłeś z niebios Jaśniejący, Synu Jutrzenki?

JakŜe runąłeś na ziemię, ty, który podbijałeś narody?

Księga Izajasza 14,12

Gwiazdo Zaranna módl się za nami

Litania Loretańska do Matki Boskiej

cytaty wg Biblii Tysiąclecia, wyd.III, „Pallotinum” 1980

(20)

Pryskają nieczułe lody I przesądy światło ćmiące;

Witaj, jutrzenko swobody, Zbawienia za tobą słońce!

A. Mickiewicz „Oda do młodości”

A z tamtej strony księŜyc przezierał bladawy, Gwiazdy toną w błękicie po nocnym obiegu.

Spojrzę... jak raz nade mną świeci gwiazdka wschodnia;

O, znam ja dobrze, witamy się co dnia!

A. Mickiewicz „Dziady Część IV”

JuŜ mrok zapada, nigdzie drogi ni kurhanu,

Patrzę w niebo, gwiazd szukam, przewodniczek łodzi;

Tam z dala błyszczy obłok? tam jutrzeńka wschodzi?

To błyszczy Dniestr, to weszła lampa Akermanu.

A. Mickiewicz „Stepy Akermańskie”

Umilknął; z wieŜy słychać tylko jęki;

W milczeniu długie przeciekły godziny, Noc rozrzedniała i promyk jutrzeńki JuŜ zarumienił lica cichej wody

A. Mickiewicz, „Konrad Wallenrod”, II, 293

I innej muzyki w niebie

Nie chcę od wschodu jutrzenki

Słyszeć do zachodu słońca;

(21)

21

Gdy zmrok zapadnie i gwiazda wieczorna zabłyśnie,

A na sercu nie zdjęty cięŜar smutku ciśnie, Wtedy dusza rozwija długie marzeń zwoje I na nich wypisuje całe dzieje swoje

Julian Korsak „Fantazja”

Wieczorna gwiazdo, jasnej nocy najpiękniejsza

Ozdobo, cnej Wenery świeco naśliczniejsza!

Ciemniejszaś ty księŜyca, a ile ciemniejsza, Tyle nad insze gwiazdy niebieskie

jaśniejsza;

Szymon Szymonowic Sielanka szósta

Kiedy jutrzenka wstaje tobie ranna, Błogosławione i wino, i chleb.

I pieśń nadbiega z dolin triumfalna, Bo w ciszy mijał ten co w boju legł.

Cz.Miłosz „W malignie” (1940 r.)

Naprawdę po ciebie nie sięga dłoń Ŝadna, Przed lustrem na palcach unosząc się stań.

Na dworze jutrzenka i gwiazda poranna, i dzwonią wesoło dzwoneczki u sań

Cz. Milosz „Walc” (1942 r.)

(22)

(23)

23

(24)

Okres synodyczny dla planety wewnętrznej: 1/S = 1/P - 1/T

gdzie:

S- okres synodyczny obiegu planety wewnętrznej

(np. od koniunkcji dolnej do następnej koniunkcji dolnej)

P – okres gwiazdowy obiegu planety wokół Słońca. Dla Wenus: P = 224,70 doby

T – okres gwiazdowy obiegu Ziemi wokół Słońca: T= 365,25 doby

S _W = 583,93 doby ≈≈≈≈ 1 rok 7,5 miesiąca

8 obiegów Ziemi wokół Słońca trwa: 2922,0 dni 5 okresów synodycznych trwa: 2919,6 dni

warunki widoczności Wenus powtarzają się co 8 lat

(25)

25

1

2 3 4

5

(26)

(27)

27

(28)

Wenus widoczna w czasie

zaćmienia

(29)

29

Ramon Gomez de la Serna

"Myśli rozbrykane"

*******

Jutrzenka zawsze się dziwi, Ŝe widzi nas jeszcze przy Ŝyciu

*******

Astronomowie przemilczają, Ŝe Wenus, gdy na nią patrzą,

pokazuje im język jako ciekawskim natrętom

(30)

Przejścia Wenus przed tarczą Słońca w latach 1700 – 2200

• 6 czerwca 1761

• 3 czerwca 1769

• 9 grudnia 1874

• 6 grudnia 1882

• 8 czerwca 2004

• 6 czerwca 2012

•11 grudnia 2117

• 8 grudnia 2125

Cykl 243 lat: 121,5 - 8 – 105,5 – 8

(31)

31

Model geocentryczny

(32)

Model geocentryczny

Ptolemeusz

(33)

33

Model geocentryczny

• Planety i Słońce obiegają Ziemię

• Planety poruszają się po okręgach

• Prędkość obrotu

jest stała

(34)

Model Ptolemeusza

• Dla dokładności

wprowadzono róŜne komplikacje jak np.:

epicykle (koła

wyŜszego rzędu)

(35)

35

Deferenty, epicykle, ekwanty ...

Skomplikowana struktura geometryczna, niezbędna dla wyjaśnienia ruchu

wstecznego planet przy

zastosowaniu jednostajnie

obracających się okręgów

(36)

(37)

37

(38)

polskie wydało go plemię, wstrzymał słońce,

ruszył ziemię!

Jan Nepomucen Kamiński (1777-1855),

(39)

39

Mikołaj Kopernik

1473-1543

(40)

(41)

41

Model Kopernika

• Dzieło : „O obrotach sfer niebieskich”

• Ziemia nie jest centrum Wszechświata!

• Zachowano kołowe

orbity i część epicykli

(42)

(43)

43

Niektóre z tez Kopernika:

• „ Środek Ziemi nie jest środkiem świata, ale jedynie środkiem cięŜkości i środkiem drogi KsięŜyca

• Wszystkie drogi gwiazd błędnych otaczają Słońce

• Cokolwiek ruchomego dostrzegamy na całym firmamencie, nie pochodzi z jego własnego jakoby ruchu, ale wywołane jest ruchem Ziemi

• Jakikolwiek ruch wydawałoby się wykonywać Słońce,

zjawisko takie nie pochodzi z własnego jego ruchu, lecz jest złudzeniem powstałym wskutek ruchu Ziemi

• Dostrzegane u błędnych gwiazd cofanie się wstecz i posuwanie naprzód nie jest własnym ich ruchem, ale złudzeniem, pochodzącym z obrotów samej Ziemi”

(M.Kopernik)

(44)

Ruch wsteczny jako wynik

ruchu planety i ruchu Ziemi

(45)

45

Kopernik o swoich przyszłych krytykach:

„ ...., którzy albo odczuwają wstręt do nauk Ŝadnego zysku nieprzynoszących, albo pomimo nawoływania do oddania się filozofii z zamiłowaniem, z powodu tępoty umysłu pomiędzy filozofami wyglądają jak trutnie między pszczołami”

(M. Kopernik, list do PapieŜa Pawła III”

(46)

Krytyka Kopernika

• „.. Ów Kopernik, w swojej głupocie, chce zburzyć wszystkie zasady astronomii” (M.Luter)

• „Niektórzy sądzą, Ŝe to znakomite wypracować rzecz tak absurdalną, jak ów sarmacki astronom, który porusza Ziemię i zatrzymuje Słońce. Zaiste władcy powinni powściągnąć utalentowaną

lekkomyślność.” (F. Melanchton)

(47)

47

Astrometryczne oszacowanie odległości ciał niebieskich

Tycho Brahe

(48)

Ruchy paralaktyczne gwiazd

Paralaksa ( ππππ )

W trakcie ruchu rocznego Ziemi gwiazdy zakreślają na niebie

małe elipsy. Ich kształt zaleŜy od połoŜenia gwiazdy względem

ekliptyki, a kątowy rozmiar wielkiej półosi ( ππππ ) zaleŜy od odległości

do gwiazdy

(49)

49

Model świata Tycho Brahe

(50)

Paralaksy trygonometryczne gwiazd

• Pierwszą paralaksę zmierzył F.W. Bessel

(1838) dla gwiazdy 61 Cyg . Wynosi ona π ^{= 0.26”}

• Największa paralaksa do najbliŜszej gwiazdy (Proxima Cen) wynosi π ^{= 0.77233”}

• Jej odległość D od Słońca wyraŜona w parsekach wynosi:

D = 1/ π = 1.295 pc

• Najdokładniejsze pomiary paralaks wykonał satelita Hipparcos (brak

niekorzystnych efektów atmosferycznych np.: seeingu).

(51)

51

Paralaksa geocentryczna -efekt wirowania Ziemi

DuŜa Średnia Mała

Ziemia

KsięŜyc Atmosfera

paralaksa

(52)

„ Niezmierna rozległość nieba w porównaniu z rozmiarami Ziemi”

(M.Kopernik, „O Obrotach”)

Ziemia jakkolwiek bardzo wielką jest bryłą, Ŝadnego nie ma porównania z wielkością nieba, co moŜna poznać choćby po tym, Ŝe koła poziome

(które Grecy nazywają horyzontami) przecinają kulę nieba na dwie równe części, co by się zdarzyło,

gdyby rozmiary Ziemi były

znaczniejsze w porównaniu z niebem

...

(53)

53

Galileusz

(54)

Warunki widoczności Wenus

(55)

55

Fazy Wenus

Schemat zmienności faz Wenus

Współczesne zdjęcia i rysunek Galileusza

(56)

Galileszowe księŜyce Jowisza

-miniatura Układu Słonecznego

(57)

57

Aberracja światła

- nieoczekiwane odkrycie

• W roku 1725 J. Bradley odkrył, Ŝe w ciągu roku gwiazda zatacza na niebie niewielką elipsę,

której rozmiary zaleŜą od jej połoŜenia względem płaszczyzny orbity Ziemi

• Jest to efekt dodania wektora prędkości światła (Ŝółty) i prędkości Ziemi (zielony)

ββββ

(58)

Wiatr rzeczywisty i pozorny Aberracja światła

Wiatr rzeczywisty:

jest taki jak go czuje osoba nieruchoma.

Wiatr pozorny:

jest odczuwany przez osobę poruszającą się (np.: przez motocyklistę). RóŜni się on od rzeczywistego kierunkiem i prędkością tym bardziej im szybciej jedzie motocyklista.

Podobne zjawisko dotyczy teŜ światła

Obserwowany kierunek rozchodzenia

się światła jest zaleŜny od wektora

prędkości obserwatora. Zjawisko to

nazywa się aberracją światła

(59)

59

Badania Układu Słonecznego

• Badania bezpośrednie

(np.: sondy kosmiczne, meteoryty itp.)

• Obserwacje form krajobrazu

(budowa i ilość kraterów, wylewy magmy itp.)

• Metody porównawcze pomiędzy

poszczególnymi ciałami w naszym układzie jak i

z układami wokół innych gwiazd

(60)

Układ Słoneczny dziś

Planety (okrągłe orbity, dominacja grawitacyjna, małe nachylenia orbit):

Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun

Planety karłowate (ich masa była wystarczająca do uzyskania kulistego kształtu):

Ceres, Pluton, Eris (dawniej Xena)

Strefa ciepła:

obiekty kamienne

Strefa zimna: obiekty gazowe i lodowe

(61)

61

Kratery – el Diablo w Arizonie

(62)

Ewolucja Układu Słonecznego

1. Kolaps grawitacyjny pierwotnego obłoku gazowo- pyłowego

2. W centrum tworzy się protogwiazda czyli przodek Słońca 3. Łączenie się ziaren pyłowych pod wpływem grawitacji w

coraz większe struktury

4. Tworzenie się planet (Zderzenia i łączenie się planetyzymali)

5. Oczyszczanie wewnętrznych regionów Układu Słonecznego:

- „wielkie bombardowanie”,

- wyrzucanie ciał poprzez mechanizm „procy grawitacyjnej” tworzenie się obłoku Oorta

6. Zmiany w pierwotnej budowie poszczególnych ciał

(63)

63

Model rozwoju Układu Słonecznego.

Mgławica pierwotna – początki kondensacji

planet

(64)

Chondryt węglisty

skład chemiczny dokładnie taki jak Słońca (oprócz gazów)

(65)

65

Mgławica pierwotna – wizja artysty

formowanie się planetyzymali pod wpływem sił

grawitacji

(66)

Dyski protoplanetarne wokół innych gwiazd

- obserwacje M42 w Orionie

(67)

67

Oczyszczanie wnetrza Układu Słonecznego

Im bliŜej Słońca tym szybciej krąŜą ciałą i tym szybsza dynamiczna skala czasu.

Większość planetyzymali bądź połączyła się tworząc planety, bądź została wyrzucona na bardzo rozległe orbity.

Odrzucanie odbywało się dzięki „grawitacyjnej procy”

czyli przysieszeniu jakie doznaje obiekt przy bliskim przejściu w pobliŜu duŜej masy. (V

_1f

> V

_1i

)

Odrzucone ciała tworzą tzw obłok Oorta będący

rezerwuarem komet .

(68)

Wiek ciał Układu Słonecznego

• Najstarsze skały na Ziemi 3.9 mld lat

• Ziarna cyrkonu (4.2) w „młodszych”

skałach 3.6

• Chondryty 4.5

• Słońce 4.5 - 5 mld lat

(69)

69

Tycho, Kopernik

Najmłodsze z wielkich kraterów, jasne smugi materii wyrzuconej podczas uderzenia nie zdąŜyły

ulec erozji

(70)

Pochodzenie kraterów:

wulkany lub meteoryty

(71)

71

Wulkanizm

• Czas aktywności wulkanicznej zaleŜy od masy ciała centralnego

•Planetoidy wystygły 4.4 mld lat temu

•KsięŜyc 2.8

•Mars 1.1

•Ziemia i Wenus – aktywne do chwili obecnej

•WYJATKI: Niektóre małe ciała (Io, Tryton) są nadal aktywne ze względu na procesy podgrzewania

podgrzewania.

(72)

Eratostenes

widać starą skorupę częściowo pokrytą nowym

wylewem magmy (mała ilość kraterów)

(73)

73

Mimas

(74)

Japetus

(75)

75

Jowisz

Ślady upadku komety

Levy-Shoemaker

(76)

Planetoidy

•Wewnątrz dysku planetyzymale uformowały planety

•Pas planetoid – wpływ

grawitacji Jowisza i Saturna

uniemoŜliwił powstanie planety pomiędzy Marsem i Jowiszem

•Zewnętrzne fragmenty dysku nadal istnieją (pas Kuipera)

•Część drobnych ciał została

wyrzucona na odległe orbity

tworząc obłok Oorta

(77)

77

Rodzaje planetoid

• ZaleŜność od masy.

(przetapianie wnętrza przy dostatecznym ciśnieniu)

• ZaleŜność od historii kolizji.

(procesy sklejania, rozbijania)

• ZaleŜność od odległości od Słońca.

(ogrzewanie, dynamiczna skala czasowa

dysku, itp.)

(78)

Mirinda

ciało zostało rozbite i ponownie się uformowało

z wymieszanych fragmentów

(79)

79

Gaspra

planetoida „strefy ciepłej”

(80)

216 Kleopatra

Planetoida typu „psia kość” dowodzi moŜliwości

łączenia się ciał małych w większe

(81)

81

Eros

(82)

Hyperion

lodowo –pyłowe ciała strefy zimnej

(83)

83

Itokawa

(84)

Enceladus

(85)

85

Elementy składowe Układu Słonecznego

(86)

Pas Kuipera – wizja artysty

relikt z początków procesu formowania się planet

(87)

87

Obiekty pasa Kuipera

Eris

(88)

Komety: mieszanka lodu i pyłu

parują zbliŜając się do Słońca !

Komety poruszają się po orbitach eliptycznych

ZbliŜając się do Słońca lód paruje tworząc otoczkę (głowę) komety Warkocz komety to efekt

oddziaływania głowy komety z promieniowaniem

korpuskularnym Słońca (wiatr słoneczy) oraz z fotonami (zjawisko ciśnienia światła)

W przybliŜeniu warkocze komet

skierowane są zawsze w kierunku

odsłonecznym

(89)

89

Komety:

Jądro komety

Halley’a (1986)

(90)

Model komety krótkookresowej

w a rk o cz

Jądro

(brudny śnieg)

Skorupa pyłowa

Głowa

ge jz er y

Ogrzewanie od Słońca

powoduje parowanie lodu i unoszenie się pyłu (głowa)

Wiatr słoneczny (promieniowanie korpuskularne Słońca) i ciśnienie światła formują warkocz komety.

Skorupa pyłowa

ogranicza parowanie do rejonów szczelin i

pęknięć tworząc gejzery

(91)

91

(92)

Rodzaje meteorytów

• Kamienne (92%) :

Chondryty 84%

Achondryty 8%

• śelazne (7%)

• Kamienno-Ŝelazne (1%)

• Najłatwiej rozpoznać Ŝelazne i ich znamy

najwięcej!!

(93)

93

Meteoryty Ŝelazne

(94)