1. ZÁKLADNÍ POJMY ASTROFYZIKYMgr. Monika Bouchalová

Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.1

FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIAASTROFYZIKA

III/2-2-2-11Tento digitální učební materiál (DUM) vznikl na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo

CZ.1.07/1.5.00/34.0794 s názvem „Výuka na gymnáziu podporovaná ICT“.

Zpracováno 2. března 2013

ZÁKLADNÍ POJMY ASTROFYZIKY

Klasická astronomie,

řecky (astron) hvězda a (nomos) zákon, česky též hvězdářství, je věda, která se zabývá jevy za hranicemi zemské atmosféry, především určováním poloh nebeských těles. Astrofyzika

je obor fyziky, který zkoumá vesmír, jeho struktury, objekty a procesy v něm probíhající.

ZÁKLADNÍ POJMY ASTROFYZIKY

Induktivní postup – měření poloh nebeských těles teorie

Deduktivní postup – teorie výpočet polohy tělesa v budoucnu porovnání se skutečností

Přesnost a spolehlivost výsledků (velmi neurčité)

• objekty jsou velmi daleko• výpočty jsou časově a objemově náročné• fyzikální systémy (např. atmosféry hvězd a planet) jsou

nestabilní (malá odchylka na začátku způsobí velkou na konci)

HISTORIE Klaudios Ptolemaios – asi 85 - asi 165

o řecký, astronom a astrolog, který žil a pracoval v egyptské Alexandrii

o jeho popis sluneční soustavy byl považován za správný po celých patnáct století

o pokládal Zemi za střed vesmíru, okolo něhož obíhají Slunce, Měsíc, planety a hvězdy, (byl zastáncem geocentrického systému)

o zavedl 48 souhvězdí

Obr.: 1Obr.: 2 - Ptolemaiova představa vesmíru, jehož středem je Země.

HISTORIE Mikuláš Koperník – 1473 – 1543

o narodil se v Polsku, matka Němka, otec spornýo byl astronom, matematik, právník, stratég a lékařo tvůrce heliocentrické (sluncestředné) teorie

Obr.: 3Obr.: 4

Tycho Brahe – 1546 – 1601o je považován za nejpřesnějšího

pozorovatele hvězdné oblohy, byl překonán až šedesát let po vynalezení dalekohledu

o vytvořil originální kosmologickou teorii: Země je středem vesmíru, kolem ní obíhá jen Slunce a Měsíc, ostatní planety obíhají kolem Slunce (kompromis mezi geocentrickou teorií Ptolemaia a teorií heliocentrickou Koperníka)

o na základě jeho pozorování (především poloh Marsu) mohl později Jan Kepler formulovat své zákony oběhu planet(před tím se ale střetl s Tychonovými dědici a naměřená data získal až po zákroku císaře)

HISTORIE

Obr.: 5

HISTORIE

PŘEKLAD: "Měl bych odhalit a zvěřejnit světu událost objevení

a pozorování čtyř planet, dosud nikdy neviděných od počátku světa až do našich časů…

Z toho jsem učinil závěr a to bez zaváhání, že se tyto tři hvězdy na obloze pohybují kolem Jupiteru,

stejně jako se Venuše a Merkur pohybují kolem Slunce; což se nakonec po mnoha následných pozorováních ukázalo jasným jako denní svit…

…Tato pozorování navíc ukázala, že nebyly tři, ale čtyři bloudivá hvězdná tělesa vykonávající své kroužení

kolem Jupiteru."Obr.: 6 - Stránka z Galileem publikovaného objevu měsíců, březen 1610.

Galileo Galilei – 1564 – 1642 o podporoval Koperníkův heliocentrický systém o jako prvním použil dalekohled k pozorování oblohy.o objevil Jupiterovy čtyři největší měsíce

HISTORIE Galileo Galilei – 1564 – 1642 o zaznamenal, že Venuše vykazuje stejnou sadu fází jako Měsíc,

usoudil, že Venuše nemůže kroužit kolem Země v konstantní vzdálenosti

o pozoroval sluneční skvrny (čínští astronomové již dříve)

o pozoroval pohoří a krátery na Měsíci o pozoroval Mléčnou dráhu považovanou

dosud za mrak a zjistil, že se skládá z velké spousty hvězd namačkaných na sebe tak těsně, že se ze Země jeví jako mrak

Obr.: 7

HISTORIE Johannes Kepler 1571 – 1630o v roce 1600 přichází Kepler do Prahy a stává se asistentem Tychona

Brahe a po jeho smrti císařským matematikem a astrologem. o Na Braheho podnět propočítal dráhu Marsu a po dlouhých

výpočtech objevil první dva ze svých zákonů. o za svůj život sestavil na 800 horoskopů za účelem finančního zisku

Obr.: 8

FYZIKÁLNÍ ZÁKONY, KTERÝMI SE ŘÍDÍ SLUNEČNÍ SOUSTAVA

KEPLEROVY ZÁKONY – zákony popisující pohyby planet1. Planety se pohybují po elipsách málo odlišných od kružnic;

v jejichž společném ohnisku je Slunce. 2. Plocha opsaná průvodičem planety (spojuje střed planety se středem

Slunce) za jednotku času je vždy stejná. Důsledkem zákona je skutečnost, že pohyb planety po eliptické trajektorii kolem Slunce není rovnoměrný. V perihéliu P je rychlost planety největší, v aféliu A nejmenší.

Perihélium Afélium

FYZIKÁLNÍ ZÁKONY, KTERÝMI SE ŘÍDÍ SLUNEČNÍ SOUSTAVA

KEPLEROVY ZÁKONY – zákony popisující pohyby planet3. Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru

třetích mocnin délek hlavních poloos jejich drah.

T1, T2 – oběžné doby dvou planet r1, r2 – jejich střední vzdálenosti od Slunce(dráhy planet jsou málo odlišné od kružnic)

Þ lze vypočítat poměrné vzdálenosti planet od Slunce, známe-li oběžné doby.

Tzemě = 1 rokrzemě = 1AU

32

31

22

21

rr

TT

FYZIKÁLNÍ ZÁKONY, KTERÝMI SE ŘÍDÍ SLUNEČNÍ SOUSTAVA

NEWTONŮV GRAVITAČNÍ ZÁKON

Dva hmotné body o hmotnosti m1, m2 se navzájem přitahují gravitačními silami Fg, jejichž velikost je přímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti r. gravitační konstanta = 6,67 . 10–11 N m2 kg–2.

221

g rmm

F

FYZIKÁLNÍ ZÁKONY, KTERÝMI SE ŘÍDÍ SLUNEČNÍ SOUSTAVA

KOSMICKÉ RYCHLOSTI1. kosmická rychlost (kruhová) vk = 7,9 kms–1.těleso se pohybuje po kruhové trajektorii kolem Země, Při větších rychlostech těleso přechází na pohyb kolem Země po elipse, až do vp.

2. kosmická rychlost (parabolická /úniková) vp = 11,2 km s–1 Eliptická trajektorie se mění na parabolickou a těleso se trvale vzdaluje od Země (je však v gravitačním poli Slunce) 3. kosmická rychlost v = 16,7 km s–1

Po překročení této rychlosti, těleso opouští sluneční soustavu. Pro lety ve vesmíru se využívá zákonu setrvačnosti a gravitace. Motory se používají jen při startu, brzdění a korekcích kurzu.

Jinak družice letí setrvačností a pro zrychlení využívají gravitace planet → gravitační praky.

2vv kp

rMvk

MĚŘENÍ VZDÁLENOSTIAstronomická jednotka – střední vzdálenost Země od Slunce1AU = 150.106 km = 8 min 19 světelných s

Světelný rok – vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok. 1ly = 63 240 AU = 9 460 106 km

Roční paralaxa – úhel, pod kterým bychom z hvězdy viděli poloměr trajektorie Země, postavený kolmo na směr paprsků (poprvé použito v letech 1830 – 1840)

[п] = pc (parsek) paralaxa a sekunda1´´=1 pc = 3,09.1013 km = 2,06.105 AU = 3,26 lyČím je hvězda blíže k Zemi, tím je její paralaxa větší. Největší známou paralaxu má hvězda

Proxima Centauri - asi 0,772´´ = 1,3 pc.

ZÁKLADNÍ POJMYRotace planet Planety se otáčejí kolem své osy.• Většina – ve směru oběhu kolem Slunce.• Venuše – opačně.• Uran – má osu v oběžné rovině - valí se.

Ekliptika – zdánlivá dráha Slunce na obloze

Rovina ekliptiky je rovina, ve které obíhá Země kolem Slunce. Hmotná tělesa obíhají po elipsách, čili v rovině. Tato rovina se s časem téměř nemění, a proto je vhodná pro definování soustavy souřadnic (ekliptikální souřadnice). Nebeský rovník je vůči rovině ekliptiky skloněný o 23,5°

Sluneční den (Opakuje se poledne.)je doba mezi dvěma průchody Slunce místním poledníkem (jihem), je 4 minuty delší než Hvězdný den (23 hod. 56 min.) je dobou, za kterou se Země otočí o 360o

okolo své osy (vzhledem k hvězdám). Rozdíl je dán tím, že během dne se Země pohne o cca. 2,5 milionu km na své oběžné dráze okolo Slunce, takže opětovné "přiklonění" ke Slunci trvá o něco déle než je vlastní 1 otáčka. Rozdíl se nasčítá během roku na přesně jeden den. Země tedy vykoná ročně 365 otáček vůči Slunci a 366 vůči hvězdám (365 vzhledem ke Slunci + 1 oběh). Proto se Sluneční a hvězdný čas sejdou pouze jednou za rok.

ZÁKLADNÍ POJMY

Obr.: 9

α

Hvězdná oblohaMyšlená kulová plocha o velkém poloměru, na kterou se promítají obrazy vzdálených hvězd. Bod na obloze je směrem…

Vzdálenost dvou bodů měříme ve stupních.

Hvězdná obloha se zdánlivě otáčí kolem světových pólů – bodů, ve kterých hvězdnou oblohu protíná osa zemské rotace. Na severu míří přibližně k Polárce Souhvězdí = oblast na obloze s přesně vymezenými hranicemi.Dvě hvězdy z jednoho souhvězdí nemusí být blízko sebe.

ZÁKLADNÍ POJMY

Zeměhvězda A

hvězda B

Zvěrokruh – zvířetník – zodiakKdyž Země obíhá okolo Slunce, promítá se obraz Slunce do různých míst hvězdné oblohy

I přes jejich souhrnný název neplatí, že by měl mít pouze zvířecí názvy .

Souhvězdí zvířetníku 13 je třeba odlišovat odznamení zvířetníku 12Původně se souhvězdí se znameními kryla, ale vlivem precese se značně vzdálila. Do znamení zvířetníku nepatří Hadonoš, který ve zvířetníku leží.

ZÁKLADNÍ POJMY

Obr.: 10

Vstupy Slunce do zvířetníkových souhvězdí:

Beran 18.4. Býk 13.5. Blíženci 21.6.Rak 20.7.Lev 10.8. Panna 19.6.Váhy 30.10.Štír 22. 11. Hadonoš 29.11.Střelec 18.12. Kozoroh 19 . 1.Vodnář 16. 2. Ryby 11.3.

ZÁKLADNÍ POJMY

Obr.:

Použitá literaturaLiteraturaMACHÁČEK, M.: Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika. Prometheus, Praha 1998 ISBN 80-7196-091-8LEPIL, O. a kol.,: Fyzika – sbírka úloh pro střední školy. Prometheus, Praha 2010 ISBN 978-80-7196-266-3http://planety.astro.cz/soustava/1861-planety-slunecni-soustavyObrázky: [1] [Souhvězdí a znamení. In: [online]. [cit. 2013-03-04]. Dostupné z:

http://www.orloj.eu/img/kalendarium/souhvezdi/obr.2_Ptolemaios.jpg [2] [Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-04].

Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3a/Ptolemaicsystem-small.png/250px-Ptolemaicsystem-small.png

[3] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-04]. Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/Nikolaus_Kopernikus.jpg/180px-Nikolaus_Kopernikus.jpg

[4] [online]. [cit. 2013-03-04]. Dostupné z: http://galaxie.web2001.cz/astronomie/obrazky/heliocentr.gif [5] [online]. [cit. 2013-03-04]. Dostupné z: http://i.lidovky.cz/10/021/lngal/PKS30f0c2_TychoBrahe.jpg [6] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-07].

Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Galileo_by_leoni.jpg [7] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-07].

Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/87/Galileo.script.arp.600pix.jpg.jpg GGG [8] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-07].

Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Johannes_Kepler_1610.jpg [9] [online]. [cit. 2013-03-07]. Dostupné z: http://planety.astro.cz/obr/planety/zeme/zemeaslunce01.jpg [10] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-07].

Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8c/Ecliptic_with_earth_and_sun_animation.gif/800px-Ecliptic_with_earth_and_sun_animation.gif