Transcript astro_mejniki_20stoletje

Astronomsko društvo Vega
Nekateri astronomski mejniki 20. stoletja
predstavitev za skupino Repatice in kometi
Gregor Vertačnik
Ljubljana, oktober 2011
Kazalo












Einsteinovi teoriji relativnosti
Hertzsprung-Russellov diagram
Hubblov zakon
Veliki pok
Radijska astronomija
Jedrske reakcije v zvezdah
Vesoljski poleti
Kvazar
Mikrovalovno sevanje ozadja
Pulzar
Hubblov teleskop
Ekstrasolarni planeti
Einsteinovi teoriji relativnosti
Einsteinovi posebna (1905)
in splošna (1915 oz. 1916)
teoriji relativnosti
 prva uporaba besedne
zveze: Alfred Bucherer,
1906
 “nadgradnja” Newtonove
klasične mehanike
 4D prostorčas, vse
dimenzije relativne

Oče obeh teorij relativnost – Albert
Einstein. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Einstein

posebna teorija relativnosti:
 zakoni fizike so enaki za vse
opazovalce, ki se medsebojno
enakomerno premikajo
 hitrost svetlobe v vakuum je vedno
enaka ne glede na premikanje
opazovalcev in vira svetlobe (c)

neposredni učinki obeh postulatov:
 sočasna dogodka za enega opazovalca
nista nujno sočasna za drugega
 počasnejše tiktakanje ure za hitreje
premikajočega se opazovalca
 skrajšanje dolžin
 energija in masa sta ekvivalentni
(E = m c2)
 noben objekt, sporočilo ali silnica ne
more preseči hitrosti c
STR omejuje območje soodvisnosti
dogodkov. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity

splošna teorija
relativnosti vključuje
gravitacijo in njen vpliv
na prostorčas:
 pospešeno gibanje in
stanje v gravitacijskem
polju sta ekvivalentna
 ure tečejo počasneje v
gravitacijskem polju
 precesija tirnic
 ukrivitev svetlobnega žarka
 vrtinčenje prostorčasa
okrog vrtečih se objektov
 vesolje se razširja
Simulacija ukrivljanja prostorčasa okrog črne
luknje. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity

velikega pomena v
svetu osnovnih delcev,
kozmologije in
astrofizike:
 nevtronske zvezde
 črne luknje
 gravitacijski valovi

do 1960 velike težave
z razumevanjem STR
zaradi zapletene
matematične
obravnave
Prva slika nevtronske zvezde v vidni
svetlobi. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star
Hertzsprung-Russellov diagram



Ejnar Hertzsprung in Henry
Norris Russell, okoli 1910
diagram absolutne
magnitude/izseva zvezd v
odvisnosti od spektralnega
tipa/površinske temperature
empirični prikaz evolucije zvezd:
 glavna veja (zlivanje vodika v
jedru zvezde)
 vodoravne veje orjakinj (zlivanje
helija)


sprva napačna interpretacija
evolucije zvezd (gravitacijsko
krčenje, model jedrskega zlivanja
šele v 30. letih 20. stol.)
metoda za določanje
oddaljenosti kopic
Zvezdna kopica Gostosevci. Avtorske pravice:
NASA/ESA/AURA/Caltech , vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pleiades
Shematski prikaz Hertzsprung-Russellovega diagrama. Vir:
http://www.le.ac.uk/ph/faulkes/web/stars/o_st_overview.html
Hubblov zakon


Alexander Friedmann, 1922 in
Georges Lemaitre, 1927 (oba s
splošno teorijo relativnosti) in
Edwin Hubble, 1929 (empirično)
širjenje vesolja:
 oddaljevanje objektov sorazmerno z
njihovo razdaljo
 bistveno na večjih vesoljskih razdaljah

Hubble določil zakon empirično, na
podlagi svojih opazovanj,
opazovanj Vesta Shliperja in
Miltona Humasona – rdeči premik
46 galaksij
Edwin Hubble. Vir:
http://www.wwu.edu/dep
ts/skywise/hubble.html
argument v prid teoriji Velikega poka
 Hubblova konstanta dandanes okoli 70
km/s/Mpc
 zlasti meritve eksplozij supernov tipa Ia
kažejo, da se vesolje pospešeno širi

Shematski prikaz razvoja
vesolja. Avtorske pravice:
NASA/WMAP Science
Team
Veliki pok








ideja: Georges Lemaître, Hipoteza o
prvotnem atomu, 1931
izraz: Fred Hoyle v radijski oddaji, 1949
Lemaîtrova ideja izhaja iz Einsteinove
splošne teorije relativnosti in predpostavk o
homogenem in izotropnem vesolju (izpeljal
že Friedmann, 1924)
eksplozija prostorčasa
prvi empirični dokaz Hubblov zakon
meritve potrjujejo teoretične napovedi
nastajanja kemičnih elementov v mladem
vesolju
po odkritju kozmičnega sevanja ozadja l.
1964 prevladujoča teorija zgodnjega
razvoja vesolja
Veliki pok se je zgodil 13,7 milijarde let
nazaj
Georges Lemaître. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Geo
rges_Lema%C3%AEtre
Radijska astronomija
Karl Jansky, radijski valovi iz
Rimske ceste, 1933
 odkritje šuma s periodo
23h56m v čezatlantski
radijski zvezi
 po posvetovanju z
astrofizikom Skelettom in
uporabo astronomske karte
ugotovil, da šum izhaja iz
središča Galaksije
 James S. Hey l. 1942 odkril
radijske valove s Sonca

Karl Guthe Jansky. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Karl
_Guthe_Jansky
najpomembnejše
odkritje v
radioastronomiji:
kozmično sevanje
ozadja, 1964
 radijski teleskopi
so velike antene
 pogosta uporaba
radijskih
interferometrov,
velika ločljivost

Sistem radijskih teleskopov Very Large Array v Novi
Mehiki (ZDA). Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_telescope
Jedrske reakcije v zvezdah



ideja: Arthur Eddington, 1920,
zlivanje vodika v helij
verjetnost za jedrsko reakcijo
(odbojna elektrostatska vs.
močna jedrska sila), George
Gamow, 1928
reakcija ogljik-kisik-dušik
(masivnejše zvezde), Carl von
Weizsaecker, 1938:
 združitev štirih vodikovih jeder v
helijovo
 ogljik, kisik ali dušik kot katalizator
Hans Bethe. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hans_B
ethe

reakcija proton-proton (Soncu
podobne in lažje zvezde),
Hans Bethe, 1939:
 dve vodikovi jedri v devterij (en
proton se spremeni v nevtron)
 devterij in proton se zlijeta v
jedro helija 3
 štiri poti od helija 3 do helija 4
 0,7 % mase se pretvori v
energijo


odmeven članek o nastanku
težjih elementov, Burbidge,
Burbidge, Fowler in Hoyle,
1957
Bethe dobitnik Nobelove
nagrade za fiziko l. 1967
Reakcija proton-proton. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Proton
-proton_chain
Vesoljski poleti





oče izvedljive ideje: Konstantin
Ciolkovski, 1903 (Odkrivanje
vesoljskih prostranstev s pomočjo
reakcijskih naprav)
Robert H. Goddard, 1919 (Metoda
za doseganje izjemnih višin),
Lavalova šoba
Herman Potočnik Noordung
(Problem potovanja po vesolju,
1929)
V-2 l. 1944 dosegla višino 100 km
4. 10. 1957 SZ izstrelila Sputnik 1
Potočnikova skica vesoljske ladje.
Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Herm
an_Poto%C4%8Dnik





12. 4. 1961 Jurij Gagarin
prvi človek v vesolju (en
obhod okrog Zemlje v
Vostoku 1)
prvi pristanek vesoljske
sonde na drugem planetu:
Venera 3, 1. 3. 1966
20. 7. 1969 prvi pristanek
človeka na Luni
prva vesoljska postaja:
Salyut 1, 19. 4. 1971
12. 4. 1981 prvi polet
Vesoljskega čolnička,
Izstrelitev Vesoljskega čolnička Discovery. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Space_shuttle
zadnji 2011
Kvazar


oče ideje o črni luknji na podlagi
relativnostne teorije: Karl
Schwarzschild, 1916
kvazar (“quasi-stellar radio
source”):
 odkritje konec 50. let 20. stol. v
obliki radijskih izvorov
 Maarten Schmidt l. 1963 izmeril
izjemno oddaljenost kvazarja 3C
273
 zelo energetsko aktivno galaktično
jedro, svetleč akrecijski disk okrog
masivne črne luknje
 do tisočkrat svetlejši od Galaksije,
sorazmerno majhen objekt (reda
Osončja)
Posnetek zelo oddaljenega kvazarja z
vsaj 1 milijon let dolgim repom v
rentgenski svetlobi. Vir:
http://chandra.harvard.edu/photo/2002/
1127/index.html
Mikrovalovno sevanje ozadja
l. 1941 je McKellar izmeril
temperaturo ozadja (2,3 K)
 kozmično sevanje ozadja so l.
1948 napovedali Gamow,
Alpher in Herman
 Arno Allan Penzias in Robert
Woodrow Wilson sta l. 1964
nedvoumno odkrila
mikrovalovno sevanje kot
stalen in vsepovsod prisoten
šum pri valovni dolžini 7,35 cm
 L. 1978 sta Penzias in Wilson
prejela Nobelovo nagrado za
fiziko

Penzias in Wilson pred slavno radijsko
anteno. Vir:
http://bustard.phys.nd.edu/Phys171/le
ctures/cmbr.html






23. aprila 1992 so znanstveniki predstavili analizo meritev satelita
COBE in izmerjeno anizotropijo v temperaturi sevanja
na podlagi meritev satelita COBE (spekter, anizotropija) sta J. C.
Mather in G. F. Smoot l. 2006 prejela Nobelovo nagrado za fiziko
kozmično mikrovalovno sevanje ozadja je elektromagnetno
sevanje, ki zapolnjuje vse vesolje in izhaja iz nekaj stotisoč let
starega vesolja
valovna dolžina sevanja se je povečala, danes vidno kot sevanje
črnega telesa pri 2,7 K (vrh sevanja pri 1,9 mm)
sevanje skoraj enakomerno iz vseh smeri, odstopanja v
temperaturi reda 1/100.000 potrjujejo napoved teorije velikega
poka
pomembno za vrednotenje kozmoloških modelov
Meritve KMSO s satelitom WMAP.
Avtor: NASA / WMAP Science
Team, vir:
http://wmap.gsfc.nasa.gov/media
/101080/
Pulzar



ideja za nevtronsko zvezdo:
Walter Baade in Fritz Zwicky,
1934 (odkritje nevtrona leto
prej)
odkritje pulzarja: Jocelyn Bell
Burnell in Antony Hewish, 1967
pulzar:
 okrajšava za “pulsating star”
 močno namagnetena nevtronska
zvezda premera ~20 km
 hitro vrteč (1 ms-10 s) zaradi
ohranitve vrtilne količine
sesedlega jedra masivne zvezde
 seva močna elektromagnetna
snopa vzdolž magnetne osi
Shematski prikaz pulzarja. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulsar


za odkritje pulzarja je Hewish l. 1974 prejel
Nobelovo nagrado za fiziko
odkritje dvozvezdja pulzar-nevtronska
zvezda z vse manjšo orbito:
 potrditev gravitacijskih valov in Einsteinove
splošne teorije relativnosti
 leta 1993 Nobelova nagrada za odkritje tega
pulzarja
Hubblov vesoljski teleskop





prva ideja o vesoljskem teleskopu:
Hermann Oberth, 1923
astrofizik Lyman Spitzer ml. l
.1946 objavil članek, v katerem je
predlagal izgradnjo vesoljskega
teleskopa
NASIN program Large Space
Telescope odobren 1969, kasneje
se je okleščenemu projektu
pridružila ESA
prva izstrelitev predvidena že
oktobra 1986, a preložena zaradi
nesreče s Challengerjem
v tirnico okrog Zemlje izstreljen
24. 4. 1990 z Vesoljskim
čolničkom Discovery
Hubblov vesoljski teleskop. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Spac
e_Telescope







reflektor tipa Cassegrain, zrcalo
premera 240 cm
569 km nad tlemi, obhod v 97
minutah (8 km/s)
več inštrumentov, ki merijo v
različnih valovnih dolžinah
sprva neostre slike zaradi sferične
aberacije glavnega zrcala
od popravila (sistem korekcijskih
leč COSTAR) decembra 1993
teleskop nepogrešljiv pri
raziskovanju vesolja
pripomogel k številnim odkritjem
in bistveno izboljšal poznavanje
vesolja (starost, kvazarje, temno
energijo …)
doslej je izšlo več kot 6.000
znanstvenih člankov, ki temeljijo
na podatkih HST
Stebri stvarjenja – ena najlepših
Hubblovih slik. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Spa
ce_Telescope
Ekstrasolarni planeti





že Bruno in Newton špekulirala o
obstoju planetov okrog drugih
zvezd
od 1855 dalje več “lažnih” odkritij
negotovo odkritje planeta okrog
Game Kefeja l. 1988 (Bruce
Campbell, G. A. H. Walker in S.
Yang; dokončno potrjeno l. 2003)
prvo odkritje planetov okrog
pulzarja l. 1992 (Aleksander
Wolszczan in Dale Frail)
prvo odkritje planeta okrog
običajne zvezde l. 1995 (51 Pegaz
b, Michel Mayor in Didier Queloz)
Umetniška predstavitev lunarnega sistema
okrog planeta Ipsilon Andromeda d. Vir:
http://en.wikipedia.org/wiki/Extrasolar_pla
net

metode:
 dopplerjeva metoda
(radialna hitrost zvezde
prek spektralnih črt)
 navidezni prehod planeta
prek zvezde (tudi
nepravilnosti v prehodih)
 gravitacijsko mikrolečenje
(sprememba mikrolečenja
zaradi spreminjanja
položaja zvezde)
 neposredno slikanje
 …
Slika treh planetov okoli
zvezde HR 8799. Avtorji:
NRC-HIA, IDPS, Keck, vir:
http://en.wikipedia.org/wi
ki/Extrasolar_planet
Meritve radialne hitrosti zvezde Pegaz 51.
Vir: exoplanets.org

trenutno (do 19. 10. 2011) znanih 694
takšnih objektov:
 večina velikostnega reda Jupitra in zelo
blizu zvezd spektralnih tipov F, G in K
 odkrivanje Zemlji podobnih planetov
zelo težavno zaradi majhnosti
 dva z možnostjo obstoja življenja






spektroskopske meritve omogočajo
ugotavljanje sestave ozračja (voda,
natrij, metan, ogljikov dioksid)
lun okrog tega planetov še niso odkrili
vesoljski teleskop Kepler našel še več
kot 1000 novih kandidatov
po meritvah satelita Kepler vsaj 50
milijard planetov v Galaksiji
več kot polovica Soncu podobnih zvezd
gosti planete
še veliko več znanja bo prinesla misija
Gaia (marec 2013)
Shema satelita Kepler. Vir:
http://kepler.nasa.gov/Mission/QuickGuide/
Viri in literatura

























http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_astronomy
http://www.public.asu.edu/~warrenve/s20_ast.html
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/407602/nebula/61220/20th-century-discoveries
http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_scientific_discoveries
http://en.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung%E2%80%93Russell_diagram
http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law
http://en.wikipedia.org/wiki/Big_bang
http://en.wikipedia.org/wiki/Spaceflight
http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background_radiation
http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device
http://hubblesite.org
http://www.jwst.nasa.gov/
http://en.wikipedia.org/wiki/Extrasolar_planet
http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_nucleosynthesis
http://en.wikipedia.org/wiki/CNO_cycle
http://en.wikipedia.org/wiki/Proton-proton_chain
http://en.wikipedia.org/wiki/Relativity_theory
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulsar
http://en.wikipedia.org/wiki/Quasar
http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity
http://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity
http://en.wikipedia.org/wiki/Venera_3
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_planetary_exploration
http://kepler.nasa.gov/