DOSE

1
DOSEŽKI SODOBNE ASTRONOMIJE IN ASTROFIZIKEStane
Arh

• Operacijo delno financira Evropska unija iz
  Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo za
  izobraževanje, znanost, kulturo in šport.
  Operacija se izvaja v okviru Operativnega
  programa razvoja cloveških virov za obdobje
  20072013, razvojne prioritete Razvoj cloveških
  virov in vseživljenjskega ucenja prednostne
  usmeritve Izboljšanje usposobljenosti
  posameznika za delo in življenje v družbi
  temeljeci na znanju.

2
Kje smo?

• Živimo v casu izjemnih astronomskih odkritij, kar
  potrjujejo podeljene Nobelove nagrade.
• Vsak dan množica novih podatkov (1 ura -gt 30 let
  obdelave)
• SMO NA PRAGU OBLIKOVANJA NOVEGA RAZUMEVANJA SVETA
  IN DOJEMANJA ŽIVLJENJA V NJEM. Cas je podoben,
  kot v 16 stoletju.
• Odkrivamo nove planete in vprašanje casa je, kdaj
  se bomo soocili z izvenzemeljskim življenjem.

3
NAPREDEK TEHNIKE

• Teleskopi z velikimi zrcali (10 m Keckov t. ,
  Havaji).
• Aktivna optika, ki popravlja sproti napake.
• Teleskopi v vesolju
• Svetlobno obcutljivi detektorji (CCD kamere)
• Možnost merjenja v vsem EM spektru (infrardeca
  s., vidna svetloba, ultravijolicna s., rentgenska
  s., gama sevanje, radijski valovi, mikrovalovno
  sevanje)
• Opticni kabli
• Racunalniško spremljanje

4
Zgodovina

• Do 15. stoletja je bilo nebo nespremenljivo,
  cisto
• Soncev mrk na Kitajskem leta 2137 pr.n.š.
• Arhimed matematika v naravoslovje (6. stol.
  pr.n.š.). Planeti krožijo okoli Sonca. Zemlja je
  okrogla.
• Ptolomej (2. stol. pr.n.š.) geocentricni sistem.
• Nikolaj Kopernik (1473 1543) heliocentricni
  sistem. Zvezde so dalec od Zemlje paralaksa.
• Johanes Kepler (1571 1630) matematicni zakoni
  - planeti se gibljejo okoli Sonca po elipsah.

5
Zgodovina

• Galileo Galilej (1564 1642) uporabil teleskop
  (1609) za opazovanje neba. Trdni dokazi, da se
  vse ne vrti okoli Zemlje (Jupitrove lune). Luna
  ima gore in kraterje. Videl mnogo novih zvezd.
  Sonce ima pege. Venera ima mene. Opazoval
  supernovo.
• Isaac Newton (1643 1727) je leta 1687 v svoji
  knjigi pojasnil z gravitacisolju vejo kroženje
  planetov okoli Sonca. V vljajo enaki zakoni kot
  na Zemlji.

6
Zgodovina

• Albert Einstein (1879 1955). Posebna teorija
  relativnosti (1906). Splošna teorija relativnosti
  (1915) kozmološka konstanta.
• Edwin Hubble (1889 1953) Andromedina meglica je
  ena izmed galaksij. Vesolje se širi (1929) -
  Hubblov zakon. Vesolje naj bi nastalo pred 6
  milijardami let z velikim pokom Habblova
  konstanta.
• Arno Penzias in Robert Wilson odkrila prasevanje
  (2,7 K) leta 1965, kar je potrdilo teorijo
  prapoka.
• Stephen Hawking (1642) teorija crnih lukenj

7
Sonce

• Je nam najbližja zvezda. Oddaljena je 150
  milijonov km. Premer je 1,4 milijona km.
• Je milijonkrat vecji od Zemlje. Je 300 tisockrat
  težji od Zemlje.
• Gostota svetlobnega toka na Zemlji 1,37 kW/m2
  (enaka osvetlitev kot 100 W žarnica nekaj cm od
  lista papirja).
• Na površini Sonca 63 MW/m2 (desetina TE Šoštanj).
  Temperatura 5800 K.
• Starost je 5 milijard let.

8
Velikost Sonca
9
Velikost Sonca

• http//www.kiroastro.com/writings/perspective

10
Velikost Sonca

• http//www.kiroastro.com/writings/perspective

11
Sonce-energija

• Zlivanje vodikovih jeder v helijeva (4 H -gt He).
  Iz 1 kg H dobimo 0,993 kg He in 600 bilijonov J
  (proizvodnja NEK v 10 dneh)
• Primankljaj mase v energijo E m. c2
• Majhna medsebojna razdalja med jedri in velike
  hitrosti (gt100 km/s).
• T 15 milijonov K, p 3. 1014 Pa
• Visok tlak in teža zunanjih plasti sta si v
  ravnovesju.
• Kontrolirana jedrska reakcija z višjo
  temperaturo se poveca razdalja med jedri.
• Vsako sekundo zgori na Soncu 600 milijonov ton
  vodika.

12
Sonce v ultravioletni svetlobi

• Vir http//en.wikipedia.org/wiki/Sun
• Granule, prominence
• Sonceve pege

13
Prerez Sonca

• Vir http//en.wikipedia.org/wiki/Sun

14
Rojstvo zvezd

• Zvezda je plinska krogla, ki jo drži skupaj
  lastna težnost.
• Temperatura oblakov med zvezdami je med 10 100
  K.
• Gravitacijsko krcenje oblaka sproži eksplozija
  supernove.
• Rotacijska energija se med zgostitvijo ohranja
• Skrcen oblak zaradi hitrega vrtenja razpade na
  vec delov. Zvezde se rojevajo v rojih in ne
  posamezno. Ena tretjina zvezd je dvojnih.
• Skrcen oblak (globule) ne prepušca vidne
  svetlobe. Oddaja pa infrardeco, ker se pri
  krcenju greje.
• Hitrost krcenja je odvisna od mase protozvezde.
  Sonce je potrebovalo 30 milijonov let, da je
  prišlo do spajanja H.

15
Orionova meglica
16
Masa zvezd

• Protozvezda z desetimi masami Sonca se dovolj
  skrci v 300 tisocih letih, da postane zvezda.
• Zvezde imajo maso med 0,08 do nekaj deset mas
  Sonca.
• Povprecna masa zvezde je 0,5 mase Sonca.
• Sonce je netipicno in se uvršca med 10 najbolj
  masivnih zvezd.
• Zvezde z vecjo maso hitreje porabijo gorivo.
• Protozvezde s premajhno maso ne dosežejo pri
  krcenju dovolj visoke temperature in ne morejo
  biti zvezde (Jupiter). Plini v notranjosti imajo
  kovinske lastnosti (elektroni).

17
Življenje zvezd

• Vse zvezde v kopici so iz enake snovi milijon H
  atomov, 100000 He, 800 kisikovih atomov, 500 C,
  100 N atomov.
• Življenje zvezd je odvisno od njihove mase.
• Najbolj masivne zvezde imajo površinsko
  temperaturo 40000 K, Sonce 5800 K, zvezde z
  najmanjšo maso pa le 2800 K.
• Zvezd s 100 masami Sonca ni.

18
Zvezde z maso desetih Sonc

• V jedru ima T 25 milijonov K in sveti za 2000
  Sonc. Vodika ima za 10 krat vec, a ga porablja
  10000 krat hitreje od Sonca.
• Ko zmanjka H v sredici, se skrci. Pri 120
  milijonih K se He jedra spajajo v nestabilna
  berilijeva, v katero mora dovolj hitro trciti še
  He jedro -gt dobimo oglikovo jedro.
• V ovojnici zvezdinega jedra, kjer je še dovolj
  vodika, se le ta spaja v He jedra pri 15
  milijonih K.
• Sprosti se vec energije, kot jo zvezda izgubi z
  izsevom, zato se ovojnica razpne in ohladi -gt
  rdeca orjakinja (Betelgeza)

19
Zvezde z maso desetih Sonc

• Ko zacne primanjkovati He, temperatura s krcenjem
  naraste na 600 milijonov K. Trki C jedr s He
  rodijo težje elemente O, Ne, Mg
• Ko zmanjka tudi C, se jedro še bolj skrci in
  pepel v sredici postane novo gorivo. Vendar se
  veriga konca pri železu, ki je najbolj vezano
  jedro v naravi. Zvezda izgoreva po plasteh, kot
  pri cebuli (-gt C -gt He -gt H).
• Ko so vse zaloge izcrpane, je železno jedro zelo
  gosto. Jedro se ne krci in se ne more segreti,
  je podhlajeno. Posledica je spontan razpad
  železovih jedr v helijeva, za kar potrebuje
  energijo. Jedro kolapsira. Zaradi velike gostote
  se združujejo elektroni in protoni v nevtrone -gt
  eksplozija supernove. Svetloba in nevtrini
  odrinejo ovjnico.

20
Supernova iz leta 1054 v Raku

• Vir http//en.wikipedia.org/wiki/Supernova
• V sredini je pulzar, to je
• hitro se vrteca nevtronska
• Zvezda.
• Plini sevajo zaradi
• vzbujenih atomov.

21
Ostanek supernove iz leta 1604 (Kepler)
22
Zvezde z maso desetih Sonc

• Ovojnica se širi s hitrostjo 10000 km/s. Po eni
  uri po eksploziji se že dovolj razredci, da
  svetloba uite v vesolje. Odprta sredica izseva v
  nekaj tednih toliko svetlobe, kot bi jo sicer v
  milijonih letih. Sveti, kot vse zvezde v
  galaksiji skupaj.
• Na razpolago je dovolj energije, da v ovojnici
  nastanejo težji elementi od železa zlato,
  srebro, svinec, uran.
• Na leto vidimo izbruhe supernov v kakih 50 drugih
  galaksijah.
• Leta 1987 v Velikem Magellanovem oblaku (70 000
  sv.l.)

23
Zlivanje jedr v zvezdah
  gorivo za jedrsko zlivanje(npr. železo) temperatura v milijonih K    gostota (kg/cm³)   trajanje fuzije
H 40 0,006   10 milijonov let  
He 190 1,1 1 milijon let
C 740 240 12.000 let
N 1600 7400 12 let
O 2100 16.000 4 leta
S/Si 3400 50.000 1 teden
železova sredica 10.000   10.000.000   -
24
Zvezde z maso desetih Sonc ali vec

• Sredica zvezde z maso med 8 in 20 masami Sonca
  konca kot nevtronska zvezda (premer je samo 10
  km). Gostota snovi je enaka gostoti v atomskih
  jedrih.
• Sredica zvezde z maso nad 20 Sonc se
  gravitacijsko skrci do crne luknje.

25
Zvezde z maso Sonca

• Ko zvezda porabi H, se skrci in se zacne v
  sredici spajati He v C. Ker je nastaja vec
  energije, kot jo zvezd izseva, se ovojnica
  napihuje in ohlaja. Imamo rdeco orjakinjo. Sonce
  bo naraslo do Marsove orbite.
• V jedru zvezde z maso Sonca temperatura ne doseže
  600 milijonov stopinj, potrebnih za spajanje C.
  Ob krcenju jedra se ovojnica razmika in postane
  prozorna. Dobimo planetarno meglico sredi
  plinskega obroca sveti gola sredica bele
  pritlikavke. Sredica se scasoma ohladi in postane
  nevidna. V naši galaksiji poznamo okoli 1000
  planetarnih meglic.

26
Obrocasta planetarna meglica v Liri

• Vir http//sl.wikipedia.org/wiki/ObroC48Dasta_m
  eglica

27
Planetarna meglica Macje oko v Zmaju

• Virhttp//sl.wikipedia.org/wiki/Planetarna_meglic
  a

28
Življenje Sonca

• http//qvcproject.blogspot.com/2011_10_01_archive.
  html

29
Hertzsprung-Russellov diagram

• Vir http//sl.wikipedia.org/wiki/SlikaH-R_diagra
  m_-edited-3.gif

30
delavnica

• Opazovanje Sonca

31
Veliki pok

• Zacetek vesolja je težko razumljiv, vendar imamo
  veliko opazovalnih dejstev, ki podpirajo teorijo
  o velikem poku
• Razmerje med zastopanostjo vodika in helija v
  vesolju
• Mikrovalovno sevanje ozadja.
• Hubblov zakon.
• Gravitacijsko lecenje.
• Razvoj galaksij.
• Nocno nebo je crno, ker je vesolje še mlado in
  naš pogled ne seže dovolj dalec. Vesolje se še
  širi. V starem vesolju bi nebo bilo posejano z
  enakomerno svetlobo, svetlo kot Sonce.

32
Razmerje vodika in helija

• Pri temperaturi 10 milijard K delci in antidelci
  niso bili enako zastopani. Na vsako milijardo
  antinevtronov je bil en nevtron presežka, kar
  izracunamo iz današnjega razmerja med gostoto
  sevanja ozadja in gostoto snovi. Tudi protonov je
  bilo nekoliko vec.
• Okoli minute po poku je bilo vesolje že prehladno
  za rekombinacijo materije in antimaterije, vendar
  je milijarda K bila dovolj za eksplozivni
  nastanek helija.
• Ker je bilo protonov 5 krat vec od nevtronov z
  racuni pridemo do razmerja He H 1 12. To pa
  je dejansko razmerje.

33
Mikrovalovno sevanje

• Vodik postane neprozoren pri temperaturi
  približno 4 000 K (primer Sonce).
• Ko se je vesolje ohladilo na okoli 4000 K je
  postalo prozorno. Zaradi širjenja ima danes
  vesolje temperaturo le 2,74 K in valovna dolžina
  davnih fotonov je v obmocju mikrovalovnega
  sevanja radijskih valov. Sevanje je šibko in
  prihaja iz vseh strani, ker vesolje nima
  središca.
• Vesolje se je povecalo za 1500 krat, od trenutka,
  ko je postalo prozorno.
• Zaradi gibanja izvora svetlobe stran od nas se
  valovna dolžina daljša in frekvenca zmanjša.
  Dobimo premik k rdecemu delu spektra.

34
Mikrovalovno ozadje (COBE)

• http//en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_Background_Exp
  lorer

35
Hubblov zakon

• Bolj ko so galaksije oddaljene, hitreje se
  oddaljujejo od nas
• Oddaljenost galaksije in njena hitrost sta
  povezani z enacbo
• v H . R
• Obratna vrednost Hubblove konstante nam da cas
  preleta svetlobe. Natancnost meritev se
  izboljšuje, zato tudi tocnost za vrednost H
  H 71 km/s/Mpc
• Iz te vrednosti pa se izracuna starost vesolja
  (1/H).

36
Gravitacijsko lecenje

• http//sl.wikipedia.org/wiki/Gravitacijska_leC48
  Da
• Einsteinov križ
• Gravitacijsko lecenje kvazarja

37
Gravitacijsko lecenje
38
Gravitacijsko lecenje

• Gregor Vek, Gravitacijske lece, seminar

39
Nastanek galaksij

• Ne vemo, ali so bile prvo zvezde ali prvo
  galaksije.
• Galaksije so nastale iz zgošcin v prvotnem
  vesolju. Kako?
• Neznatna odstopanja v temperaturi, ki jih je
  izmeril satelit COBE, nam bosta odgrnila pogled
  na velikost in rast spremembe gostote snovi, ki
  so pripeljale do nastanka galaksij.

40
Potek velikega poka

• lt 10-43 s - Plankov cas, ko se je dogajalo
  karkoli kvantna fluktuacija (nedolocenost casa
  in energije). Vesolje si je sposodilo lahko vso
  mirovno energijo in jo pozabilo vrniti.
• 10- 43 s - odcepila se je gravitacijska
  sila
• 10- 43 s 10- 35 s kozmološka inflacija.
  V casu 10- 38 s se je odcepila mocna sila in se
  je sprostilo pri tem ogromno energije.
  Eksponentno širjenje vesolja od velikosti protona
  do velikosti pomarance.
• 10- 35 s 10- 32 s inflacija je
  preprecila sesedanje vesolja vase (crna luknja)
  in ga je razgnalo navzven. Vesolje se je povecalo
  za 1027 krat.

41
Potek velikega poka

• 10- 32 s 10- 12 s - T 1025 K.
  Asimetrija pri pojavljanju materije in
  antimaterije pojavi se višek kvarkov (eden na
  109 ).
• 10- 12 s 10- 6 s - T 1015 K.
  Locita se EM in šibka sila. Pojavijo se prvi
  leptoni. Premer vesolja je že 1014 m.
• 10- 6 s 10- 4 s - izginili
  antikvarki. Kva rki se združujejo v hadrone
  (protoni in nevtroni)
• 10- 4 s 1 s - izginili antileptoni

42
Potek velikega poka

• 1 s 100 s - T 109 K. Dovolj
  hladno za nastanek jedr (75 H, 25 He in malo
  Li). Vezani nevtroni ne razpadajo vec. Imamo še
  plazmo.
• 3 20 min - vesolje se je
  razširilo in ohladilo, da so prenehala nastajati
  atomska jedra. Zato ni težjih jedr.
• Do 10 000 let - obdobje sevanja. Vecina
  energije je bila v fotonih, snov je bila v
  manjšini.
• Po 10 000 letih - zacelo se je obdobje
  snovi

43
Razvoj vesolja

• 380 000 let - T 3000 K. Vesolje se
  je dovolj ohladilo, da so nastali prvi atomi H in
  He. Ker ni bilo vec prostih elektronov, se je
  zaprto kozmološko sevanje sprostilo po vesolju.
  Tu je izvor prasevanja.
• Do 400 milijonov let - temacno obdobje, ker še
  ni bilo zvezd. Zvezde nastanejo iz oblaka
  medzvezdnega plina, ki se zacne zaradi motnje
  krciti pod vplivom lastne gravitacijske sile.
  Velike zvezde so hitro koncevale svoj življenski
  cikel.
• Zvezde so združene v kopice ali galaksije.
  Galaksije so združene v jate ali v grupe
  galaksij.

44
Razvoj vesolja
45
Kemijski elementi

• Masni deleži elementov v bližnjem vesolju
• 73 H, 25 He, 2 težjih elementov
• Masni deleži v našem telesu
• 50 C, 20 O, 11,5 H, 8,5 N, 10 težji
  elementi,
• Naše telo je iz zvezdnega pepela.

46
Sestav vesolja

• Opazovanja, merjenja in izracuni so dali sestav
  vesolja
• 74 temne snovi
• 22 temne energije
• 4 obicajne, nam poznane snovi
• Temna snov? Svojo prisotnost izdaja le z
  gravitacijsko silo.
• Temna energija? Povzroca, da se vesolje širi
  pospešeno.

47
Astrofizika

• S fizikalnimi zakoni poskuša razumeti in
  razložiti naša opažanja v vesolju.
• Opazujemo zvezde, meglice, galaksije.
• Meritev ne moremo ponoviti.
• Ne moremo eksperimentirati.
• Uporabljamo matematicno fizikalno modeliranje.

48

• Hvala za pozornost !