Úvod do astronómie

L. Kornoš

FMFI UK Bratislava 26. 09. 2019

kornos@fmph.uniba.sk

Zdroje informácií

• KOZMOS – populárno-vedecký časopis

• Quark, Vesmír, ...

• Wikipedia – v rôznych jazykoch (En, Cz, Sk)

• SR, ČR stránky popularizačných zariadení • Hvezdárne a planetáriá

• informácie o činnosti, aktivitách, aktuality

• Slovenská astronomická spoločnosť http://sas.astro.sk/

• Česká astronomická společnost http://www.astro.cz/

• Slovenský zväz astronómov http://www.szaa.org/ • ako príklad projekt : svetelné znečistenie – zachráňme noc

• napr. Parky tmavej oblohy (ďalšie parky?)

• článok: Toto sú 3 najtmavšie miesta na Slovensku

Park tmavej oblohy Poloniny – od r. 2010

Svetelné znečistenie SK

Zdroje informácií

• oficiálne inštitúcie vo svete, SR, ČR

• Press Release • ESO, NASA, HST, ALMA, rôzne univerzity a ústavy

• ESO – možnosť prepnúť jazyk na Cz

• rôzne kozmické misie, napr. • New Horizons, Rosetta, Down, Cassini

• Juno, OSIRIS-REx

• APOD – Astronomy Picture of the Day http://apod.nasa.gov/apod/astropix.html

• v Cz, menej pohodlné http://www.astro.cz/apod/

Bennu

OSIRIS REx, NASA

klik ↑

Messier 96

HST

Hmlovina Sloní chobot

Enceladus – Cassini

Astronómia

• ástron – hviezda, nómos - zákon • v záznamoch najstarších civilizácií stopy o pozorovaní objektov na oblohe

• usadlý spôsob života, pestovanie plodín – vyžadovalo poznať opakujúce sa javy v prírode

• ročné obdobia, dĺžka dňa – kulminácia Slnka, dĺžka roka, objavenie sa Síria - záplavy na Níle

• pohyby nebeských telies, mesačný a slnečný kalendár – dlhodobé pozorovania dávali slušnú presnosť

• predpovede zatmení, pohyb blúdivých hviezd – planét

• geocentrický systém ako jedna z prvých predstáv vesmíru

• Úvodné stránky z Encyklopédie astronómie (1987) – náčrt histórie

Astronómia

• staršia ako fyzika • dala podnet na vznik fyziky

• Kepler, Galilei, Newton – začiatok modernej fyziky • základy pohybu nebeských telies • rozvoj matematiky • fyzikálne vlastnosti a chemické zloženie objektov vo vesmíre • hviezdy sú tvorené takými istými atómami ako Zem ! • vysvetlenie pôvodu energie hviezd (A. Eddington) • vznik ďalších chemických prvkov - nukleogenéza • Slnko v sústave hviezd – Mliečna cesta • vznik vesmíru – kozmológia, gravitačné vlny, ...

• astronómia je dnes súčasťou fyziky

Astronómia a jej súčasti

• veda o vesmíre • vývoj, stavba a rozloženie • pohyb a vzájomné interakcie vesmírnych objektov

• predmet výskumu – objekty

• Slnečná sústava • hviezdy, hviezdokopy, medzihviezdne mračná • galaxie, kopy a superkopy galaxií • všetky druhy žiarenia • vesmír ako celok • od elementárnych častíc až po superkopy galaxií: 10-30 – 1050 kg

• ... načrtli sme hierarchiu Vesmíru – je úplná?

Oblasti výskumu – Astrometria

• prvé poznatky o vesmíre sú z pozičnej astronómie • pohyb telies po oblohe – dlhodobé záznamy • objav precesie zemskej osi – posun súhvezdí

• astrometria – do 19. stor. dominantná • získavanie polôh objektov vizuálne, neskôr zlepšenie prístrojmi a

fotografiou, katalógy - zvýšenie presnosti

• na základe stále presnejších pozorovaní nové fundamentálne poznatky s dosahom do astrofyziky

napríklad

• Tycho Brahe – Keplerove zákony (pohyb Marsu)

• astronomické potvrdenie teórie relativity

• vzdialenosti vo vesmíre + jasnosť = uvoľnená energia – aké procesy?

• štruktúra hviezdnych sústav – hviezdokôp a galaxií • usporiadanie, pohyby hviezd, hmotnosť, farba (teplota), vek

Guľová hviezdokopa omega Centaurus

Oblasti výskumu – Astrometria

• pohyb Slnka v Galaxii, najbližšie okolie Slnka, tvar Galaxie – hviezdy v okolí a ich pohyb, vlastnosti

• parametre dvojhviezd – astrofyzikálne laboratórium

• rozloženie okolitých galaxií, rotácia galaxií, rozloženie kôp galaxií a pohyb galaxií okolo spoločného ťažiska, tmavá hmota .... rozpínanie vesmíru a jeho zrýchľovanie

• extragalaktické objekty – rotácia Zeme !!!

• dynamika Slnečnej sústavy – pohyb objektov, družíc, meranie vzdialeností • Zem – Mesiac – laser (1 cm !)

• astrometria bola a stále je základom mnohých odvetví astronómie • vývoj pozorovacích metód, nových prístrojov • astrometrické družice – Hipparcos, Gaia - skokové zlepšenie presnosti

Apollo

Oblasti výskumu – Nebeská mechanika zrod modernej fyziky

Johannes Kepler

(1571–1630)

Isaac Newton

(1642–1727)

Galileo Galilei

(1564–1642)

kinematika pohybu dynamika

Oblasti výskumu – Nebeská mechanika astrodynamika

• problém dvoch telies - Newton

• potreby praxe – moreplavba

• teória pohybu Mesiaca

• výpočet zatmení Mesiaca a Slnka (kedy a aké)

• previerka Newtonovho gravitačného zákona

• návrat kométy Halley

• pohyb planét – Urán, objav Neptúna

• stáčanie dráhy Merkúra – Einsteinova gravitácia, iné gravitácie? (oblasť slabej gravitácie)

Oblasti výskumu – Nebeská mechanika astrodynamika

• zákonitosti pohybu telies

• gravitačné aj negravitačné sily • únik plynov z jadra kométy

ESA

Oblasti výskumu – Nebeská mechanika astrodynamika

• zákonitosti pohybu telies

• gravitačné aj negravitačné sily • únik plynov z jadra kométy • tlak žiarenia zo Slnka (prachové zrnká, družice)

• výpočet dráh • asteroidy, kométy

• ohrozenie Zeme

• zákonitosti pohybu telies

• dynamika dvojhviezdnych a viacnásobných sústav, • exoplanéty, vývoj ich sústav (modely aj našej Sln. sústavy)

• kozmická navigácia – ako trafíme na Mars?

Oblasti výskumu – Astrofyzika

• nástup v 19. storočí – fotografia do astronómie • nové detaily – akumulácia svetla

• požiadavka na kvalitné ďalekohľady • šošovkový – 1 m • zrkadlá monolitické alebo mozaika zrkadiel

• veľká zberná plocha, dlhé expozície, eliminácia vplyvov atmosféry a deformácií prístroja a optických súčastí

Oblasti výskumu – Astrofyzika

• prudký rozvoj detektorov – CCD, veľkoplošné mozaiky (chladenie)

• digitálne spracovanie záznamov

• zo Zeme – obmedzenie atmosférou – viditeľné, IR, rádio

• na obežnej dráhe – detekcia celého elmag spektra

Techniky:

• spektroskopia

• fotometria

• polarimetria, atď.

svetelná krivka asteroidu

Elektromagnetické spektrum

Oblasti výskumu – Astrofyzika

• rádio – IR – optická – UV – Rtg – gama astronómia

• rastúca teplota objektov

• elementárne častice – fyzika kozmického žiarenia

• neutrínová astronómia (napr. supernova 1987)

• detekcia energetických častíc – spŕšky v atmosfére, Cerenkovo žiarenie

• gravitačné vlny

• gravitačné šošovky

• magnetické polia

• sondy k objektom v Slnečnej sústave, odber vzoriek

• zber prachu vo vysokej atmosfére a v medziplanetárnom priestore

• atď

Ciele výskumu – Astrofyzika

• štruktúra objektov – stavba vnútra a povrchu • týka sa všetkých objektov – fyzika hviezd, Slnka, meteorov, ...

• fyzikálne vlastnosti • hmota, teplota, farba, odrazivosť, zdroje energie, ...

• vzájomná interakcia objektov dvojhviezdy, zrážky objektov (galaxie, hviezdy, Sl. s.)., vzťahy Slnko – Zem, ...

• magnetické a elektrické pole objektov (povrch Slnka, magnetary, ..)

• prúdenie hmoty, prenos energie (napr. vo hviezdach, v dvojhviezdach)

• chemické zloženie objektov (Slnko – 75% vodíka, 24% He)

• atď !!! (plazma, zmena formy hmoty, toky elementárnych častíc (neutrína), ...)

Slnko – vnútorná stavba, prenos energie

Slnko – povrchové štruktúry

Jaxa / NASA

Meteor

Vesta

NASA

Teplota – farba hviezd

Binárny systém

Zrážka dvoch galaxií

Kompozitná snímka: HST – viditeľná (modrá) ALMA – infračervená oblasť (žltá, oranžová) Kombinácia dvoch oblastí el.-mag. žiarenia – zviditeľňuje doteraz skryté oblasti hmoty

NGC 4038 a 4039

Ďalšie oblasti výskumu

Stelárna astronómia • štruktúra Galaxie

• William Heschel – prvý model Galaxie

• galaktická a extragalaktická astronómia

Kozmogónia • vznik a vývoj telies a planetárnych a exoplanetárnych sústav

Kozmológia – vznik a vývoj Vesmíru, rozpínanie, tmavá hmota ? • Big Bang ..... až ???

Astrobiológia – podmienky existencie života, zóny života ( voda v

tekutom skupenstve), vznik života

Archeoastronómia – archeologické stavby, pozorovania, záznamy

Rozmery vo vesmíre

• bežné ľudské rozmery • meter, km, 100 km, 1000 km • dm, cm, mm

• Zem – Mesiac 400 000 km

• Zem – Slnko 150 000 000 km = 1 AU • astronomická jednotka

• Slnko – Pluto 40 AU

• Slnečná sústava 150 000 AU

• Slnko – Proxima Centauri 4.2 svetelné roky • 1 sv. rok = ly = 63 000 AU (light year)

Paralaxa – meranie vzdialenosti

Rozmery vo vesmíre

• rozmer Galaxie ~ 150 000 ly

• Galaxia – M31 ~ 2 000 000 ly

• vesmír ~ 13 miliárd svetelných rokov

• 10-6 m – mikroskop

• 10-10 m – Rtg, rozmer atómu

• 10-15 m – rozmer protónu (jadro atómu vodíka)

Astronómia na Slovensku

• 1465/1467 – Matej Korvín – Universitas Istropolitana (Academia)

• najstaršia univerzita na území Slovenska (cca do 1491) • pôsobil aj matematik, astronóm (a aj astrológ ) Johannes Müller-

Regiomontanus (nemecký učenec) a ďalší

• 1635 – arcibiskup Pázmány (Pázmaň) – Trnavská univerzita

• matematika, astronómia • rektor Martin Szentiványi – prvá astronomická pozorovateľňa (1674) • Maximilián Hell – pozorovanie prechodu Venuše (1761) • 1753 – astronomické observatórium • univerzitné učebnice – Koperníkov heliocentrický systém

• 1871 – gróf Mikuláš Konkoly-Thege v Hurbanove prvé moderné astronomické, geofyzikálne a meteorologické observatórium

• 3 refraktory (šošovkové ďalekohľady) • vedecké pozorovania vrátane spektroskopie, fotometrie • Slnko, hviezdy, meteory • 1924 – 60 cm reflektor Carl Zeiss Jena

Astronómia na Slovensku

• 1940 – Antonín Bečvář – český astronóm a klimatológ - výstavba observatória na Skalnatom Plese, 60 cm reflektor z Hurbanova • svetoznáme hviezdne atlasy • Atlas Eclipticalis, Borealis, Australis, Coeli

• originálne vyobrazenie hviezd, v modifikáciách dodnes !

UK v Bratislave (1919)

• 1941 – prednášky z astronómie na UK • 1944 – Astronomický ústav na Prírodovedeckej fakulte UK – Bečvář

• dnes astronómia na FMFI UK a UPJŠ

• 60 cm ďalekohľad na Skalnatom Plese – 70. roky rozobraný • od 1989 – v prevádzke na AGO Modra

Antonín Bečvář – Atlas Coeli

Astronómia na Slovensku dnes

profesionálne pracoviská

• AsÚ SAV Tatranská Lomnica • Observatórium Skalnaté Pleso

• Lomnický štít

• FMFI UK Bratislava • AGO Modra

• UPJŠ Košice , Prírodovedecká f. – spolupráca s Vihorlatskou hvezdárňou, Kolonica

Astronómia na Slovensku

popularizačné pracoviská

• Slovenská ústredná hvezdáreň Hurbanovo (planetárium)

• Hlohovec, Partizánske, B. Bystrica, Humenné, Levice, Medzev, Michalovce, Nitra, Prešov, Rimavská Sobota, Roztoky, Trebišov, Sobotište, Žiar n. Hronom, Žilina, Kysucké Nové Mesto a ďalšie

• viacero astronomických kabinetov, klubov

• pozorovateľne

• akcie – na stránkach www

• Ebicykel – cyklistika po hvezdárňach (vek účastníkov 15-100 rokov)

• úžasná práca medzi deťmi zákl. a stred. škôl, krúžky, prednášky, pozorovania, letné expedície – tisícky detí

Astronomický ústav SAV

• Odd. MPH • fyzika a dynamika malých telies Sl. s. a vývoj Sl. s.

• Odd. Fyziky Slnka • štruktúry a javy vo fotosfére, chromosfére a koróne,

vzplanutia, erupcie, zelená čiara Fe v koróne – časové rady, spektroskopia

• Stelárne odd.

• viacnásobné hviezdne systémy, tesné páry, horúce hviezdy, exoplanéty

• široká medzinárodná spolupráca

Observatórium Skalnaté Pleso

1.3m Cassegrain-Nasmyth

0.61m reflektor typu Newton fotometria asteroidov

Observatórium Lomnický štít

Dvojitý koronograf

Astronomické observatórium Kolonica

1 m zrkadlový ďalekohľad premenné hviezdy, kataklyzmické dvojhviezdy fotometria

50 cm zrkadlový ďalekohľad UPJŠ premenné hviezdy fotometria, spektroskopia

Astronomické a geofyzikálne observatórium FMFI UK v Modre – Piesok

60 cm reflektor fotometria asteroidov

70 cm reflektor pozorovanie kozmického odpadu

AMOS – celooblohový systém

Ďakujem za pozornosť

Vaše otázky?

Oblasti výskumu – Astrometria

• fundamentálna astrometria • definícia základnej súradnicovej sústavy na oblohe

• základ merania

• základné katalógy hviezd (200 ročné rady pozorovaní) • Greenwich – pasážnik

• definícia astronomických konštánt veľkosť astronomickej jednotky, dĺžka roka, hmotnosti planét, ...

• astrometria bola a stále je základom mnohých odvetví astronómie • vývoj pozorovacích metód, nových prístrojov, astrometrické

družice – Hipparcos - skokové zlepšenie, Gaia

Guľová hviedokopa M80