Slide 1

Kosmoloogia (astrofüüsika)
Füüsika VI


Slide 2

Astrofüüsikas
kasutatavad
mõõtühikud


Slide 3

Kosmilised mõõtühikud
• Astronoomiline ühik
See on keskmine kaugus Maast Päikeseni
1 AU = 149 597 870 700 m ≈ 150 mln. km

• Valgusaasta
Teepikkus, mille valgus läbib vaakumis
(liikudes kiirusega ca 300 000 km/s) ühe
aastaga

• Parsek
Kaugus, millelt vaadates paistab Maa
orbiidi raadius paistab nurga all 1
kaaresekund


Slide 4

Inimkonna ettekujutuse
areng maailmaruumi
ehitusest primitiivsest
kuni tänapäevaseni


Slide 5

Primitiivne käsitlus


Slide 6

Geotsentrism
• Geotsentrismile panid aluse 4. saj BC kreeka
filosoof Platon ja Aristoteles, seda täiendas
2. saj AD Ptolemaios

• Geotsentristlikus käsitluses, asus
maailmaruumi keskpunktis Maa, mille
ümber tiirlesid Kuu, planeedid ja Päike.
Tiirlevaid taevakehi ümbritses nn
kinnistähtede vöönd
• Geotsentrism oli pikka aega (sisuliselt kuni
17. sajandini) ainuke katoliku kiriku poolt
aktsepteeritud käsitlus maailmaruumi
ehitusest.


Slide 7

Geotsentrism


Slide 8

Planeedi näiv liikumine (Ptolemaios)

Platoni-Aristotelese mudel ei selgitanud piisavalt planeetide näivat
liikumist (tähtede taustal tehtavaid „silmuseid“) taevavõlvil.
Ptolemaios korrigeeris mudelit, pannes planeedid omakorda
tiirlema ümber Maa tiirleva masskeskme


Slide 9

Heliotsentrism
• Heliotsentristlike mudelite algeid on esitanud mitmed
teadlased: Phytagorase õpilane Philolaus, aga ka
idamaade astronoomid (Mu’ayyad al-Din al-’Urdi,
Nasir al-Din Tusi jt), kuid
• terviklikule heliotsentrismile pani aluse 1543.
aastal Poola päritolu teoloog ja loodusteadlane
Nicolaus Copernicus (Mikolaj Kopernik)
• Heliosentristlikus käsitluses, asus
maailmaruumi keskpunktis Päike, mille ümber
tiirlesid Maa, koos tema ümber tiirleva Kuuga ja
teised planeedid. Ka selles mudelis ümbritses
tiirlevaid taevakehi nn kinnistähtede vöönd


Slide 10

Heliotsentrism
• Heliotsentrismi areng oli pikka aega
pidurdatud kartuses sattuda kirikuvande
alla ja/või koguni tuleriidale.
• Täieliku võidu saavutas heliotsentrism
alles pärast seda kui Johann Kepler
sõnastas 1609. (III seadus 1619.a) aastal
planeetide liikumist kirjeldavad
seadused, mida omakorda üldistas Isaac
Newton 1687. aastal oma ülemaailmse
gravitatsiooniseadusega


Slide 11

Heliotsentrism


Slide 12

Kepleri I seadus
Kõik planeedid tiirlevad mööda elliptilisi
orbiite, mille ühes fookuses on Päike

NB! Tegelikkuses erinevad planeete orbiidid ringjoonest väga vähe (st
elliptilisus on väga väike!)


Slide 13

Kepleri II seadus
• Joon, mis ühendab Päikest ja planeeti (raadius)
katab planeedi liikumisel mistahes võrdsete
ajavahemike jooksul võrdsed pindalad
• vt animatsiooni

• Planeet liigub pikki oma orbiiti erineva
joonkiirusega – mida lähemal ta on Päikesele,
seda kiiremini planeet liigub


Slide 14

Kepleri III seadus
• Planeetide pikemate pooltelgede kuubid
suhtuvad teineteisesse nagu nende
tiirlemisperioodide kuubid:

𝐓𝟏𝟐 𝐚𝟏𝟑
= 𝟑
𝟐
𝐓𝟐
𝐚𝟐


Slide 15

Lõpmatu universum
• Ühena esimestest sõnastas 1. saj BC oletuse,
et maailmaruum on lõputu Rooma filosoof
Lucretius
• Põhjalikuma traktaadi selle kohta esitas
1583. aastal Giordano Bruno:
„Maailmaruum on kõigis suundades
ühesugune ning on täidetud Päikesele
sarnanevate tähtedega, mille ümber tiirlevad
samuti planeedid.“ Kahjuks sai Giordano
Bruno süüdistuse ketserluses ja lõpetas oma
elu tuleriidal
• 18. saj. avastas William Herschel, et tähed on
koondunud süsteemi – Galaktikasse
(Linnutee, Milky Way), millest väljapool neid
ei esine.


Slide 16

Lõpmatu universum
• Peagi avastati ka teisi galaktikaid (Suur- ja
Väike Magalhaes’i pilv, Andromeda Udukogu
jpt), mis paistsid asuvat kõikvõimalikes
suundades ühtlaselt.
• Siis tõestati, et galaktikad moodustavad
omakorda suuremaid süsteeme: galaktikaparvi ja superparvi, millest väljaspool
galaktikaid ei esine.
• Analüüsinud teadaolevate galaktikasüsteemide jaotumist Universumis, näitas Tartu
Ülikooli astrofüüsikute töörühm Jaan
Einasto juhtimisel 1990-de keskel, et need
süsteemid moodustavad mesilaskärge
meenutava struktuuri


Slide 17

Lõputu universum


Slide 18

Paisuv universum
• Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria ühe
lahendi (nn Friedmanni lahend 1922.a)
kohaselt ei saa Universum olla staatilises
olekus vaid peab kas paisuma või kokku
tõmbuma

• Galaktikate liikumist uurides avastas 1922.
aastal Edwin Hubble, et kõik galaktikad
eemalduvad üksteisest – see avastus andis
kinnituse paisuva universumi teooriale.
• See, kas Universum paisub lõpmatuseni või
asendub mingil hetkel kokkutõmbumisega
sõltub Universumi massist. Kahjuks ei osata
täna veel täpselt Universumi massi hinnata.


Slide 19

Taevas


Slide 20

Kui kõrgel on taevas?
• Meeleline taju ütleb, et Maad katab
kuplikujuline taevas, millel (mille taustal?)
liiguvad erinevad objektid:
▫
▫
▫
▫
▫
▫

Pilved
Päike
Kuu
Planeedid
Tähed
Galaktikad

• Tegelikult on taevas „paigal“ ja objektide (va
pilved) liikumine on tingitud hoopis Maa
liikumisest:

▫ tiirlemisest ümber Päikese perioodiga 1 aasta
▫ pöörlemisest ümber tiirlemistasandiga 66º33’
nurga all asuva telje perioodiga 1 ööpäev
▫ ja telje pretsessioonist orbiidi tasandi normaali
ümber perioodiga 25 725 aastat


Slide 21

Kuidas kirjeldada taevast?
• Taevas asuvate objektide kirjeldamiseks
kasutatakse taevakoordinaate:
▫ Horisondiline süsteem, mis on iga vaatleja
jaoks unikaalne
▫ Ekvatoriaalne süsteem, mis on kõigi
vaatlejate jaoks sama

• Taevas „asuvad“ tähed on jaotatud 88
tähtkujusse
▫ Tegelikult võivad samasse tähtkujusse
kuuluvad tähed asuda teineteisest vägaväga kaugel – me näeme neid lähestikku
vaid seetõttu, et nendelt lähtuv valgus tuleb
meieni samast suunast


Slide 22

Varjutused


Slide 23

Kuuvarjutus


Slide 24

Kuuvarjutuse kulgemine
(27.10.2004; Hockley, Texas, USA)

21.18

21.22

21.45

21.24

21.40

21.27

21.33

21.28

21.30


Slide 25

Päikesevarjutus


Slide 26

Fotosid päikesevarjutusest


Slide 27

Päikesevarjutused Eestis
• Päikesevarjutus on suhteliselt
haruldane loodusnähtus.
• Viimane täielik päikesevarjutus oli
22.07.1990, sellest eelmine 21.08.1914,
üle-eelmine 3.05.1715
• Järgmine täielik päikesevarjutus on
Eestis nähtav 16.10.2126
• Vt ka NASA tabelit päikesevarjutuste toimumiste
kohta Maailmas:
http://eclipse.gsfc.nasa.gov/eclipse.html


Slide 28

Kuidas Universumi
kohta teadmisi
saadakse?


Slide 29

Silm
• Kuni 17. sajandini oli ainukeseks
võimaluseks saada Universumi kohta
informatsiooni ainult silmadega
vaadeldes.
• See ongi põhjus, mis vanemates
mudelites on vaid Päike, Kuu ja 5 planeeti
(kuni Saturnini) ning ca paartuhat
kinnistähte, mis moodustasid 88 tähtkuju


Slide 30

2. Läätsteleskoop (Galilei, 1609)


Slide 31

3. Peegelteleskoop (Newton, 1688)


Slide 32

Lääts- ja peegelteleskoobid
• Peale teleskoopide leiutamist Galilei ja Newtoni
poolt, algas massiline tähtede ja planeetide
avastamisperiood
• Inimkonna teadmised maailmaruumist
avardusid järsult


Slide 33

4. Raadioteleskoobid (1930ndad)


Slide 34

5. Teleskoopide süsteemid (Very Large
Array)


Slide 35

Raadioteleskoobid
• Peale elektromagnetlainete avastamist
hakati taevast skaneerima ka eriliste
antennide – raadioteleskoopidega ning
avastati, et lisaks valgusele kiirgavad tähed
ka infrapuna- (soojus) ja ultaviolettkiirgust,
aga ka raadiolainete sagedusel, samuti
röntgenkiirgust.

• Teleskoopide ühendamisel arvutite abil
süsteemideks tekkis võimalus uurida veelgi
kaugemal ja veelgi väiksema
kiirgusintensiivsusega objekte.


Slide 36

6. Kosmoseteleskoobid
Kosmoseteleskoop
HUBBLE’i
Chandra
kosmoseteleskoop

Kosmoseteleskoop
Spitzer


Slide 37

Kosmoseteleskoobid
• Kosmoseteleskoobid tiirlevad Maalähedasel
orbiidil, kus nende mõõteriistu ei sega
maapealsed valgusallikad ega ka Maa
atmosfäär – see võimaldab saada infot veelgi
kaugematest ja nõrgematest
kiirgusallikatest.
• Tähtsaimad kosmoseteleskoobid on:

▫ Hubble 1990 (peamiselt nähtav valgus ja UV
kiirgus)
▫ Chandra 1999 (peamiselt röntgenkiirgus)
▫ Spitzer 2003 (peamiselt IR kiirgus)


Slide 38