s://is. muni.cz/auth/el/sci/podzim2021/F1251 Astronomie (= astron + nomos = hvězda + počítat,zákon) - věda o vesmíru, jeho složkách, vzniku a vývoji I znalost oblohy, fází Měsíce, jasných hvězd, kalendáře předešla * písmo o tisíce let! Astronomie - vznik před cca 6000 lety - nejstarší věda! - starší než literatura PROČ? Čím astronomie přispěla lidstvu? - astronomie = potřebná, praktická - jediná věda v okolí člověka, která hledá zákonitosti a popisuje periodické děje na obloze a jejich střídání (den a noc, roční období, fáze Měsíce) - zemědělství (Nil -heliaktický východ Síria) - orientace, určování polohy, navigace - měření času - předpověď chování Slunce, - internet (wifi), energetika ... - astrologie - víra, že děje na obloze určují lidský život a chod dějin - potřeba - nutnost předvídat polohy hvězd, Slunce, Měsíce a planet na obloze "Astrologie si nezasluhuje, aby jí člověk věnoval svou pozornost, avšak lidé žijí v klamné představě, že k matematikovi patří" (Johannes Kepler) "Pravda, astrologie je bláznivá holčina, avšak, milý bože, kampak by se poděla její matka, vysoce rozumná astronomie, kdyby tuto bláznivou dcerku neměla!..., ...A příjmy matematiků jsou ostatně tak ubohé, že by matinka určitě hladověla, kdyby dceruška nic nevydělávala." (Johanes Kepler) kolem 30000(?) př.n.l. - nejstarší zaznamenaná astronomická pozorování (Orion na klu mamuta (stán 32-38tis. iet). kresby v jeskyni Lascaux (13-15 tis. iet)... kolem 9000 př.n.l. - vznik Góbekli Tepe (Turecko) kolem 8000 př.n.l. - kalendár Warren Field (Skotsko) kolem 5500 př.n.l. - první(?) použití gnómónu 3500 př.n.l. - kamenná observatoř Makotŕasy MÄKOTRASY ASTRONOMICKY ORIENTOVANÉ LINIE kolem 3000 př.n.l. - první písemné materiály o astronomii (Egypt, Čína, Mezopotámie a Střední Amerika) 2697 př.n.l. - nejstarší zachovaný záznam o zatmění Slunce (Čína) kolem 2000 př.n.l. - první slunečně-měsíční kalendáře v Egyptě a Mezopotámii - svatyně Stonehenge (Anglie) - poprvé vykreslená „souhvězdí" starověkými astronomy 6. st. př.n.l. Pythagoras a Thales z Miletu spekulují, že Země je koule 340 př.n.I. Aristoteles: O nebi kolem 280 př.n.l. - Aristrachus ze Sámu předpokládá, že Země obíhá kolem Slunce (heliocentrismus); první odhad vzdálenosti Země-Slunce kolem 240 př.n.l. - Eratosthenes měří obvod Země kolem 130 př.n.l. Hipparchos objevuje precesi a sestavuje první katalog hvězd (kolem 1000 nejjasnějších hvězd) 45 př.n.l. - zavedení juliánskeho kalendáře (čistě sluneční kalendář) v římské říši (na radu řeckého astronoma Sosigena) kolem 140 n.l. - Ptolemaios - teorie geocentrismu, Almagest Abychom si rozuměli Obloha a hvězdná obloha směr = polopřímka, spojující oči, kterými sledujeme svět kolem sebe, s daným objektem obzor = krajina, kterou obzíráme, v našem dohledu (budovy, stromy, kopce) obloha = množina všech směrů mířících nad obzor (vycházejí z 1 bodu, z pozorovatele); na obloze lze pozorovat objekty: - pozemské (mraky, letadla) - pohyb libovolným směrem - kosmické (Slunce, Měsíc, hvězdy...) - pohyb od východního obzoru k západnímu (neoznačovat jako zdánlivý!) Slunce, Měsíc, planety se nepohybují přesně stejně rychle jako hvězdy. hvězdná obloha - vzdálená kulisa, síť, k níž vztahujeme pohyby blízkých objektů (Slunce, Měsíce, planet...) Venuše' 'Jupiter ■h, letadlo j Měsíc Abychom si rozuměli Obloha x hvězdná obloha obloha = všechny směry, kterými se díváme nad krajinu hvězdné obloha - síť tvořená vzdálenými hvězdami 1a obloze - za několik hodin od východu#na západ ia hvězdné obloze - o několik stupňů vůči hvězdnému pozadí ■ fcaran i--■— - Velký pes Sirius iRigfeL mpas Abychom si rozuměli Dvě nejčastější otázky laiků: - jak je to jasné? - jak je to daleko? Jak je to jasné? pomocí veličiny hvězdná velikost m - jednotka 1 magnituda [mag] při rozdílu hvězdných velikostí 5 mag, je jeden objekt 100krát jasnější F F mi-m2 = -2,5 log resp. -1 = w-oMm,-m2) F2 F2 1 2 3 4 5 6 Abychom si rozuměli Otázky zasvěcených: - jakou to má hmotnost? - jaký to má zářivý výkon? Jednotky hmotnosti, výkonu 1 kg - nová definice od 20. 5. 2019 (pomocí Planckovy konstanty) Kilogram je jednotka hmotnosti v SI. Je definována fixací číselné hodnoty Planckovy konstanty h, aby byla rovna 6,626 070 15x10~34, je-li vyjádřena jednotkou J s, rovnou kg m2 s~1, kde metr a sekunda jsou definovány pomocí c aňvCs. Sekunda, značka „s", je jednotka času v SI. Je definována fixací číselné hodnoty cesiové frekvence A vCs, tedy frekvence přechodu mezi hladinami velmi jemného rozštěpení neporušeného základního stavu atomu cesia 133, aby byla rovna 9 192 631 770, je-li vyjádřena jednotkou Hz, rovnou s~1. 1 (2015) = 1,327 124 4 x 1020 m3s2 G(2014) = (6,674 08±0,000 31) x 1011 m3kg-1S"2 => 1 M@ (2015) = 1,988 475 x 1030 kg Obdobně: 1 (C^M){? = 3,986 004 x 1014 m3 s2 1 (^3í)jN = 1,266 865 3 x 1017 m3 s2 1 £^ = 3,828 x 1026 W (nominální) Jak je to daleko? Délkové jednotky v astronomii hlavní jednotka SI: 1 m - nová definice od 20.5.2019 Metr, značka „m", je jednotka délky v SI. Je definována fixací číselné hodnoty rychlosti světla ve vakuu c, aby byla rovna 299 792 458, je-li vyjádřena jednotkou m s~1, kde sekunda je definována pomocí cesiové frekvence A vCs. (vedlejší) jednotky: astronomická jednotka, světelný rok, parsek a ještě (nominální) poloměr Slunce 121^ = 6,957 x 108 m https://www.iau.org/static/resolutions/IAU2015 Enqlish.pdf http://www.iau.org/publications/proceedinqs rules/units/ astronomická jednotka (au, dříve také AU, a.j.) - střední vzdálenost Země od Slunce 1 au (a.j.) = 149 597 870 700 m (přesně) (GAIAU 2012) - pamatovat přibližnou hodnotu 150 milionů km použití - Sluneční soustava, planetární soustavy, ale také dvojhvězdy Délkové jednotky v astronomii světelný rok (ly, dříve také sv.r.) - vzdálenost, kterou světlo šířící se vakuem urazí za 1 rok; výjimečně i světelný den, světelná hodina ... éÉÍs použití - hvězdný vesmír parsek- vzdálenost, ze které je vidět úsečku o délce 1 au (postavenou kolmo k zornému paprsku) pod úhlem 1" = paralaxa objektu, vzdáleného 1 pc je 1" použití - hvězdná a galaktická astronomie; kpc, Mpc, Gpc <3 pozorovaná hvězda 77 = 1/r tan(r): 1 AU 1 pc 1 patsec 1 AU Zemí Paralaxa lidský zrak - pár očí 7 - 8 cm od sebe => do 30 - 50 m - prostorový vjem - u blízkých předmětů - pohled ze dvou různých směrů; úhel mezi těmito směry = paralaxa Odhad vzdálenosti na Zemi - do cca 50 m, lze využít paralaxu (člověk s oběma očima) - nad 50 m - paralaxa malá, prostorový vjem se ztrácí; odhad vzdálenosti na základě zkušenosti, pomáhá atmosféra (zamlžený obzor, známé velikosti, vzdálenosti) Prostý odhad nestačí přímá měření vzdáleností - jen pro blízké objekty (triangulace, radiolokace) pro vzdálenější objekty kvalifikovaný odhad vzdáleností - ale POZOR! výběrový efekt - předpoklad - slabší hvězdy jsou od nás dál utajené předpoklady - všechny hvězdy jsou stejné - zeslabování (tzv. extinkcé) světla hvězd ve vesmíru se nelze spoléhat na odhady vzdáleností, nelze uplatnit zkušenosti ze Země - ani ve volném prostoru, ani na vesmírných tělesech! => musíme vzdálenosti měřit, určovat nepřímé zjišťování vzdáleností kosmický „žebříček vzdáleností" - měření postupně se zvětšujících vzdáleností ve vesmíru; - pro různé vzdálenosti různé metody - jedna slouží ke kalibraci následující Metody měření vzdáleností triangulační metoda - současné měření směrů ze 2 stanovišť => rozdíl směrů= = paralaxa => paralaxa + vzdálenost stanovišť => vzdálenost stanoviště - místa na Zemi, Země v různých časech, objekty Sluneční soust. radlolokace - ve Sluneční soustavě; měření doby mezi vysláním a příjmem rádiového impulsu (rychlost = c) => vzdálenost „terče" cefeldy-zvláštní typ proměnných hvězd v Galaxii i cizích galaxiích standardní svíčky - supernovy, zákrytové dvojhvězdy - vzdálenosti (extra)galaktické Hubbleův vztah 1929 Edwin Hubble - rychlost vzdalování objektů v\e úměrná vzdálenosti r Hubbleův vztah v= Hr, H = Hubbleova konstanta. HST Key Project £001 Distance (MP<=) Typické velikosti a vzdálenosti objektů Objekt kvarky elementární částice atom molekula člověk planeta hvězda galaxie Typická velikost Typická vzdálenost 10-18m 10-15m 10-10m 10-9m 1 m 107 - 108 m řádově au 108 - 109 m řádově pc 104 pc řádově 105 pc ■ Foto: P. Horálek