Vesolje kot celota Seminar iz fizike Branko Beznec

Vesolje kot celota Seminar iz fizike Branko Beznec marec, 2002 Mentor: doc, dr. Mitja Slavinec Vodja: doc. dr. Nataša Vaupotič

Namen seminarja Ste se že kdaj vprašali, zakaj nimajo v nobenem planetariju razstavljenega modela vesolja? Nikjer ni modela, kjer bi si lahko ogledali naše Osončje, njegovo lego v Rimski cesti, krajevno jato, nadjate, skratka celotno do danes znano vesolje. Odgovor je preprost. Takšen model si je težko predstavljati, kaj šele izdelati. S tem prispevkom prikazujem nekaj poskusov, kako osnovnošolcem bolj približati velike oddaljenosti in časovne razsežnosti v vesolju. Seminar je prirejen učnemu načrtu za izbirni predmet astronomija v devetletni osnovni šoli in lahko služi učiteljem kot pripomoček, učencem pa kot učno gradivo.

Vsebina seminarja l l l uvod, Sonce, najbližja zvezda, Sončev sistem, razsežnosti v Osončju – model Osončja, zvezde prve sosede – življenje zvezd, – oddaljenosti zvezd, galaksije, – naša Galaksija – druge galaksije – razdalje do galaksij l časovni razvoj – veliki pok, – širjenje vesolja – kozmični koledar l zaključek l

Vsebina Zvezde Osončje Sonce Galaksije Združbe galaksij Vesolje

Uvod l l l l astronomija je najstarejša znanost, prvi astronomski zapisi pri Kitajcih (pred 4500 leti), Grki, največji astronomi starega sveta (Hiparh 190 – 120 pr. n. š. ), Ptolemej (120 – 180 n. š. ) Zemljo postavi v središče, Kopernik (1473 – 1543) dožene, da Zemlja kroži okrog Sonca, Galileo Galilei (1564 – 1642) opravi s teleskopom načrtnejša in natančnejša opazovanja, Kepler (1571 – 1630) začetnik sodobne astronomije, Newton (1634 – 1727) izpelje gravitacijski zakon.

Razdalje v vesolju vesolje je zelo prostrano v primerjavi z razdaljami na Zemlji, l razdalje v Sončevem sistemu merimo z astronomsko enoto (1 a. e. ), to je povprečna oddaljenost Zemlje od Sonca in znaša l l razdalje v vesolju pa merimo v svetlobnih letih, to je razdalja, ki jo svetloba prepotuje v enem letu in znaša parsek l parsek je razdalja, iz katere bi videli 1 a. e. pod zornim kotom 1 ločne sekunde. En parsek (1 pc) je 3, 26 svetlobnih let ali 30, 9. 1012 km.

Sonce l l l Sonce je naša najbližja zvezda s polmerom približno 100 -krat večjim od Zemlje. razdalja do njega je ena astronomska enota, z avtomobilom bi do njega potovali 200 let, vesoljska sonda bi potrebovala le nekaj mesecev, svetloba pa potrebuje za to pot nekaj več kot 8 minut,

Masa Sonca Maso Sonca (Ms) lahko izračunamo iz tretjega Keplerjevega zakona, če poznamo maso Zemlje (Mz), obhodni časa Zemlje okrog Sonca (to) in srednjo oddaljenost Zemlje od Sonca (d). l Velja: l kjer je G gravitacijska konstanta. Dobimo: masa Sonca = 333 000 Mz. l

Energija Sonca poznamo gostoto svetlobnega toka na Zemlji in oddaljenost Sonca od Zemlje, l energija, ki jo Sonce odda vsako sekundo v okolico: l l Energija Sonca razmerje med energijo, ki jo oddaja Sonce in energijo, ki jo prestreže Zemlja:

Nastanek Osončja l l l naše Osončje je nastalo pred približno 5 milijardami let, nastalo je iz oblakov plina in prahu, velikega nekaj svetlobnih let, podobne oblake plinov lahko s teleskopi opazimo, vsepovsod v naši Galaksiji, glavna sestavina oblaka je bil vodik, zaradi lastne gravitacije se je oblak vedno bolj krčil in proti središču postajal vedno bolj gost in vroč,

Nastanek Osončja v središču oblaka, kjer je bila gostota največja, je rasla protozvezda, zametek današnjega Sonca, l sčasoma je Sonce začelo intenzivno sevati energijo, l neenakomerna porazdelitev snovi v oblaku, l nastanek protoplanetov, l

Nastanek Osončja protoplaneti so nenehno rasli, l zaradi gravitacije so se krčili in postajali gosti in vroči, l temperatura v notranjosti planetov ni dosegla temperature v Soncu, l

Nastanek Osončja vir energije v Soncu so postale jedrske reakcije, l stabilna faza Sonca -velikost, izsev, površinska temperatura postanejo stalni. l

Sončev sistem sestoji iz Sonca, devetih planetov, 61 lun, več kot 2000 asteroidov. Najdemo pa še meteorje, komete, medplanetarni prah in plin. Vesoljsko telo Razdalje z Zemlje Luna 1 svetlobna sekunda Sonce 8 svetlobnih minut Pluton 5 svetlobnih ur najbližja zvezda 4 svetlobna leta

Model Osončja podatki velikost [km] Nebesno telo Položaj Osončja primerjave razdalja od Sonca [milijon km] na razdalji velikost Sonce 1400 000 Merkur 4 480 Venera 12 104 108, 2 jabolčno seme 25 m Zemlja 12 742 149, 6 jabolčno seme 34 m 227, 9 majhno jabolčno seme 52 m Mars 6 794 Jupiter 142 790 Saturn 120 000 košarkaška žoga 57, 9 ½ bucikine glavice 778, 0 žogica za golf 13 m 180 m 1427, 0 žogica za namizni tenis 320 m Uran 50 800 2870, 0 frnikola 650 m Neptun 48 600 4496, 0 frnikola 1 000 m Pluton 3 000 5940, 0 majhno jabolčno seme 1 300 m najbližja zvezda 4, 3 sv. l. košarkaška žoga 9 300 km

Zvezde - prve sosede l l l zvezde so krogle žarečega plina, ki svetijo, tudi z najboljšimi daljnogledi jih vidimo kot bolj ali manj svetle pike, podatke o zvezdah dobimo iz šibke svetlobe, ki prihaja z njih, zvezdo dobro opišemo, če poznamo njen izsev, površinsko temperaturo, maso in radij. vse kar vidimo izven našega sončnega sistema je močno zastarelo

Življenje zvezde nastajajo v oblakih medzvezdnega plina in prahu l oblak je zelo redek, zato je tudi razdalja med zvezdami veliko večja od njihove velikosti, l zunanje motnje, npr odmevi supernov, privedejo do naključnega zgoščevanja snovi v meglici (1), l v teh zgoščinah, globulah, nastajajo protozvezde (2, 3), l

razpad kopice odpihne plin zvezdna kopica zvezda podobna Soncu se pridruži glavni veji konec obdobja na glavni veji zvezda se razširi rdeča nadorjakinja rdeča orjakinja supernova bela pritlikavka planetarna meglica nevtronska zvezda ali pulzar črna luknja

Oddaljenost zvezd oddaljenost bližnjih zvezd lahko določimo z metodo paralakse l za določanje razdalje do zvezd, ki niso dlje od 100 svetlobnih let, l oddaljenost zvezd lahko določimo tudi, če vemo, koliko energije izseva zvezda v prostor in vemo, kako svetla se nam zdi. V vesolju imamo standardne svetilnike - kefeide, ki nam z znanimi podatki močno olajšajo določanje razdalj, l pri zelo oddaljenih galaksijah ne moremo ločiti posameznih zvezd, zato določamo oddaljenost zvezd v teh galaksijah z rdečim premikom. l

Oddaljenost zvezd Zvezda Ozvezdje Oddaljenost [parsek] Oddaljenost [sv. leto] Proksima Kentavra Kentaver 1, 31 4, 2 Rigil Kentavra Kentaver 1, 34 4, 3 Barnardova zvezda Kačenosec 1, 81 5, 9 Wolf 359 Lev 2, 33 7, 6 Lalande 21185 Veliki medved 2, 49 8, 1 Sirij Veliki pes 2, 65 8, 5 Arktur Volar 11 36, 0 Vega Lira 8, 1 26, 5 Kapela Voznik 14 45, 6 Rigel Orion 250 815, 0

Galaksije l l l Spiralna galaksija zvezde niso brez reda razmetane po vesolju - združujejo se v galaksije, skupaj jih veže gravitacija od 17. stoletja pa vse do začetka 20. stoletja so astronomi našli 15 000 meglic, v začetku 20. stoletja se je izkazalo, do so te meglice pravzaprav skupine zvezd, galaksije, tipična dimenzija galaksije je reda velikosti nekaj 10 000 svetlobnih let

Tipi galaksij Eliptične galaksije l so okrogle ali eliptične oblike, l v njih so stare zvezde, l sij se zlagoma in enakomerno zmanjšuje navzven, l sestavljajo jih samo zvezde. Lečaste galaksije l podobne spiralnim galaksijam, l ne vsebujejo prahu, l so večinoma brez plina

Tipi galaksij Spiralne galaksije l spiralne veje se vijejo okrog svetlega jedra, l središčna odebelitev, l sploščeni disk. Spiralne galaksije s prečko l imajo poleg jedra in diska še tretji del valjaste oblike, imenovan prečka

Naša Galaksija l l Pogled na Rimsko cesto z J. Amerike l naša galaksija je spiralna in vsebuje 100 milijard zvezd, vsebuje spiralne veje, zvezde, plin in prah, središče je proti ozvezdju Strelca, v središču je morda tudi črna luknja, najbogatejša zvezdna polja ležijo na južnem delu Rimske ceste, ki ga najlepše vidimo z Južne Amerike

Položaj Sonca v naši Galaksiji položaj vse zvezde, ki jih vidimo na nočnem nebu spadajo v našo galaksijo, l premer naše galaksije je 100 000 svetlobnih let, l debelina 15 000 svetlobnih let, l Sonce D L R • Sonce leži na enem od spiralnih rokavov in je od središča Galaksije oddaljeno 25 000 svetlobnih let, to je dve tretjini njenega polmera • zvezde ležijo v obliki sploščenega diska, debelega kakšnih 2000 svetlobnih let,

Druge galaksije do leta 1924 drugih galaksij niso poznali, l tega leta so opazili, da objekti za katere so mislili, da so meglice, niso sestavljeni iz oblakov prahu in plina, ampak iz zvezd, l s severne poloble lahko opazimo s prostim očesom Andromedino galaksijo, z južne pa Magelanova oblaka l Andromedina galaksija je od nas oddaljena 2 200 000 svetlobnih let, magelanova oblaka pa 150 000 svetlobnih let l Andromedina galaksija krajevna jata

Časovni razvoj vesolja Veliki pok l v 20. stoletju sta nastali dve glavni teoriji o nastanku vesolja, l teorija o velikem poku pravi, da se je vesolje začelo pred 15 milijardami let v eni točki manjši od atoma, l stacionarna teorija pa trdi, da je vesolje stacionarno, l mnogo dokazov obstaja, ki govorijo v prid teoriji velikega poka Umetniški prikaz velikega poka

Širjenje vesolja Kakšna prihodnost čaka vesolje? l l l vesolje se ves čas po velikem poku širi –Hubblov zakon, širjenje vesolja lahko predstavimo z modelom napihovanja balona, galaksije se oddaljujejo druga od druge, vsaka jata se odmika od vsake druge jate, ni privilegiranega položaja, prihodnost vesolja je odvisna od tega kako gosto je. če je snov v vesolju dovolj gosta, bo gravitacijska sila širjenje zaustavila in vesolje se bo začelo krčiti.

Oddaljenost galaksij če bi radi spoznali kako so nastale galaksije se moramo ozreti daleč, kjer so galaksije še mlade, l sliko je posnel Hubblov vesoljski teleskop, ko je bil leta 1996 deset dni neprekinjeno usmerjen v en sam kotiček vesolja v bližini ozvezdja Velikega medveda, l pred tem so mislili, da je ta predel popolnoma temen, saj tam pred tem niso opazili ničesar. l Najgloblji pogled v vesolje

Ali smo v vesolju sami? l l l l Zemlja je običajen planet, okoli običajnega Sonca, naša Galaksija je običajna galaksija na običajnem mestu, tudi mi smo nekaj običajnega, Ali smo sami? Mala verjetnost. pri najmanj 25 zvezdah so odkrili planetne sisteme, Zakaj ne bi mogli odkriti tudi življenja? civilizacije so torej daleč najmanj 100 svetlobnih let, komunikacija traja več 100 let, kljub svetlobni hitrosti …

Časovni razvoj vesolja - primerjava 1. januar veliki pok 1. april oblikovanje naše Galaksije 9. september oblikovanje našega Osončja po 15. decembru Darwinov razvoj vrst 19. december prve ribe in vretenčarji 20. december prve rastline 21. december prve žuželke 23. december prvi plazilci 24. december prvi dinozavri 26. december prvi sesalci 27. december prvi ptiči 28. december izginotje dinozavrov 31. december ob 22 h 30 min prvi ljudje 31. december ob 22 h 59 min Stonehenge 31. december ob 23 h 59 min 50 s egipčanska civilizacija 31. december ob 23 h 59 min 56 s Kristusovo rojstvo 31. december ob 23 h 59 min 59 s renesansa v Evropi 31. december polnoč teorija velikega poka in osvajanje vesolja

Razsežnosti v vesolju v km 1024 rob znanega vesolja 1021 najbolj oddaljene še vidne galaksije 3, 26 milijona svetlobnih let 1018 premer naše Galaksije 1015 3260 svetlobnih let oddaljenost najbližjih zvezd 1012 3, 26 svetlobnih let 109 polmer Plutonovega tira 1 astronomska enota 106 polmer Sonca 103 polmer Zemlje

Zaključek Ljudje so nekoč mislili, da je Zemlja nadvse pomembna, in da leži v središču vesolja. Hitro so dognali, da to ni res. Danes vemo, da sta celo Sončev sistem in naša Galaksija za celotno vesolje nepomembni. Opazujemo galaksije, ki so na milijarde let daleč, tako da jih vidimo takšne kakršni so bile, ko niti Sonca še ni bilo. Spomnimo se še enkrat.