Informace z vesmíru
Informace z vesmíru
• elektromagnetické záření - světlo
• kosmické záření – primární a sekundární, např. sluneční vítr
• gravitační vlny
• vzorky hornin
• meteority
Meteority
22. 10. 2024:
Databáze meteoritů – 76 553 položek
z toho: 707 měsíčních, 391 marsovských meteoritů,
ale několik také z planetek (http://www.lpi.usra.edu/meteor/)
28 v ČR, 7 v SR
doloženy případy pozorování průletu atmosférou
a nálezu následného meteoritu;
poprvé 1957 Příbram (Ceplecha),
2010 Košice,
2011 Benešov (Spurný),
2013 Čeljabinsk
2005 – 1. meteorit na jiné planetě (Mars)
meteorit z Měsíce
meteorit z Marsu ALH84001;
řetízkovité struktury v meteoritu
(rozměry 20-100 nm)
železnokamenný
meteorit
kamenný
chondrit
chondrule
Widmanstättenovy
obrazce
Typy meteoritů:
• kamenné - chondrity,
- achondrity,
- uhlíkaté chondrity
• železné
• železnokamenné
Největší meteorit na světě
Hoba - nález 1920, Namibie
hmotnost > 60 tun, Fe+Ni
stáří max. 80 000 let
Dovoz vzorků
z Měsíce:
1969-1972 USA – Apollo – 6 posádek – 382 kg vzorků
1970-1976 Sovětský svaz – automat Luna – 0.32 kg vzorků
2020 Čína - Chang‘e 5, 6 – 1.731 kg +1.935 kg vzorků (i z odvrácené strany)
z komet:
1999 start Stardust - výzkum komety Wild-2 a sběr prachových částic v meziplanetárním
prostoru a při průletu kómou komety. Návratové pouzdro přistálo na Zemi v lednu 2006.
1998 Hayabusa - přistání na planetce Itokawa a odběr vzorků; při návratu r. 2010 se
modul zřítil na povrch Země, ale v troskách se vzorky planetky Itokawa podařilo najít.
z planetek:
2014 start Hayabusa 2, září 2018 – přistání na Ryugu, 2019 – odběr vzorků, návrat se
vzorky 6.12.2020
2016 start OSIRIS-REx – 3.12.2018 na dráze u Bennu, 20.10.2020 odběr vzorků
24.9.2023 návrat se 121.6 g vzorků (2x více než plánovali)
Dovoz vzorků
částice slunečního větru:
2001 start sondy Genesis – plán: 3 roky sběr částic slunečního větru.
Návratovému pouzdru se neotevřel padák => modul byl silně poškozen
srážky družic a kosmických lodí s mikročásticemi
plány:
NASA (Asteroid Redirect Mission - ARM) – odchytit asteroid, dotáhnout k Zemi nebo Měsíci a na oběžné dráze blíže
prozkoumat (uzavřeno 2017)
Plánované cíle odběrů: planetka Kamoʻoalewa, trpasličí planeta Ceres, Mars (Čína), Phobos (Japonsko), Mars
(NASA+ESA), kometa (NASA), Měsíc a Mars (Rusko), Měsíc (Indie)
Kosmický vítr aneb nálety částic
Kosmické záření
1912 objev - Victor Franz Hess - během balonového výstupu v Ústí nad Labem
– intenzita roste s výškou („výškové záření“);
primární (před dopadem do atmosféry Země)
- 90 % protony, 9 % jádra hélia a 1 % esekundární
– vznik v 12-15 km nad zemí,
z 1 primární částice až 106 sekundárních částic a fotonů gama záření (spršky
záření 1938 Pierre Victor Auger)
původ není zcela jasný – ale v r. 2017 – kosmické záření s nejvyššími energiemi
má extragalaktický původ
http://www.auger.org/
Kosmický vítr aneb nálety částic
Sluneční vítr
proud částic z koróny - protonů,  částic a elektronů;
rychlost 300 až 700 km/s;
hustota - obvykle 3 až 15 částic/cm3, ale může narůst
i o několik řádů http://www.aurora-service.eu/aurora-forecast/
https://www.swpc.noaa.gov/products/aurora-30-minute-forecast
https://aurora-alerts.com/
Hvězdný vítr
Neutrina
Gravitační vlny
1. detekce: 14.9.2015;
do r. 2024 desítky detekcí – katalog Gravitational
Wave Candidate Event Database (GraceDB)
https://gracedb.ligo.org/,
https://www.ligo.org/detections/O3bcatalog.php
Rainer Weiss, Kip Thorne, Barry Barish
Nobelova cena za fyziku 2017
17. srpna 2017 GW170817
1. případ s následným pozorováním
v různých oblastech elmg.
spektra
70 observatoří na 7 kontinentech!
multi-messenger astronomy
mnohopásmová astronomie
Elmg. záření - příčné vlnění, charakteristika - kmitočet (frekvence), vlnová délka
x
částice, tzv. fotony, charakteristika - energie a hybnost
Max Planck (1900) - energie fotonu ~ kmitočtu záření
vysvětlení pozorovaných jevů za předpokladu:
- vlnové povahy (např. ohyb záření),
- částicového charakteru (např. fotoefekt)
=> dualismus vlna-částice
základní vztahy c = , E = h
c - rychlost šíření světla v daném prostředí (ve vakuu
maximální 299 792,458 km·s–1),
h - Planckova konstanta (h = 6,62607015·10–34 J·s).
energie fotonu je kvantována
kvantum energie se mění (v závislosti na kmitočtu záření)
Elektromagnetické záření
Nejrozšířenější formou, jakou nám okolní vesmír o sobě předává informace!
Záření Rozsah vlnových délek
rádiové 1 m až 100 km
mikrovlnné 1 mm až 1 m
infračervené 750 nm až 1 mm
viditelné 400 nm až 750 nm
ultrafialové 50 nm až 400 nm
rentgenové 0,1 nm až 50 nm
gama méně než 0,1 nm
Elektromagnetické záření
rozdělení podle vlnových délek
Kdo byl první?
1800 - William Herschel - objev IR záření - rtuťový teploměr vložený
do slunečního spektra ukazuje zvýšené hodnoty i za viditelným
červeným okrajem spektra
1801 - Johann Wilhelm Ritter – UV záření
1887 - Heinrich Hertz - rádiové záření (laboratorní – generoval záření
o vlnové délce 10-100 m)
konec 19. st. – Wilhelm Röntgen (8.11.1895)
1900 – Paul Ulrich Villard – objev  záření (1914 Rutherford, Andrade)
1931 - Karl Jansky - mimozemské rádiové záření
(z centra Galaxie)
Okna do vesmíru
- astronomický pořad – Okna vesmíru dokořán
- oblasti elektromagnetického záření, ve kterých
jsou získávány informace o kosmických
objektech
otevírání oken:
1931 - rádiové – Karl Jansky
1946 - UV - Richard Tousey - spektrometr na V2
ultrafialové spektrum Slunce
1966 - UV, rtg., gama - Lyman Spitzer - OAO
počátek 21. století - všechna „okna“ otevřena
Okna v atmosféře
zemská atmosféra = filtr - propouští jen některé oblasti spektra => atmosférická
okna
záření s nejkratšími vlnovými délkami ( až UV) pohlcuje především atm. ozon
optické okno – velmi úzké
infračervené okno – částečně propustné, velká část IR a mikrovlnného záření
pohlcena molekulami vody a kyslíku
rádiové okno - rádiové záření kosmických objektů s  řádově 10-3 až 10 m
delší vlnové délky - nepropouští zemská ionosféra
Proč a jak tělesa září?
Jak vzniká záření?
změna energetického stavu atomu, molekuly, elementární částice:
vyzářením (emisí)
pohlcením (absorpcí) kvanta elektromagnetického záření.
změna energie závisí na způsobu vzájemného působení částice a okolí
částice vázané - v atomu nebo molekule – jen určité energie
částice volné – přechody mezi dvěma libovolnými energetickými stavy
(případně jeden stav je „volný“ a druhý vázaný).
Záření vázaných částic
Přeskok elektronu mezi energiovými hladinami => tvorba diskrétního záření
=> spektrální čáry
Absorpce – pohlcení fotonu o dané energii, odpovídající rozdílu mezi dvěma
energiovými hladinami (excitace atomu)
Emise – vyzáření fotonu o energii dané rozdílem mezi dvěma energiovými
hladinami
spektrální čáry vodíku
Záření volných částic
jen elektricky nabité částice, pohybující se zrychleně
např. volné elektrony
– průlet kolem kladného iontu => zakřivení trajektorie,
změna rychlosti => změna hybnosti => vyzáření
fotonu s energií h (tzv. brzdné záření)
– pohyb elektronu v magnetickém poli => Lorentzova síla
=> zakřivení trajektorie a vyzařování elektronu
charakter záření závisí na rychlosti elektronu
•v«c => cyklotronové záření - všesměrové záření na
kmitočtu odpovídajícím frekvenci oběhu elektronu v urychlovači
•v≈ c => synchrotronové záření - relativistické efekty;
prakticky spojité spektrum záření.
Krabí mlhovina - silný zdroj synchrotronového záření, které registrujeme v rádiovém oboru spektra.
Tepelné záření – záření absolutně černého tělesa
absolutně černé těleso AČT – zavedl Kirchhoff (1860)
pozor!
tělesa jsou „černá“, když nezáří x AČT září (a jeho barva závisí na teplotě)
AČT - idealizovaná představa: prázdná nádoba s malým otvorem
a dutinou tvaru koule, kužele nebo válce.
záření uvnitř dutiny
– po nesčetných odrazech na stěnách se pohltí
–„plyn“ v tepelné rovnováze se stěnami nádoby
=> přísluší mu jistá teplota => jde o rovnovážné tepelné záření.
Každé těleso zahřáté na jakoukoli teplotu září => září i AČT.
Energie vyzářená jednotkovou plochou AČT za sekundu závisí
jen na teplotě a nezávisí na materiálu či tvaru stěn.
Z experimentů:
čím vyšší teplota T absolutně černého tělesa,
1. tím více vyzařuje (celkově i v jednotlivých vlnových délkách);
2. tím více se posouvá ke kratším vlnovým délkám maximum
vyzařování => změna zabarvení zářiče (od červené (chladný) až po
modrobílé pro žhavý)
matematicky: Wienův posunovací zákon (1893)
𝜆 𝑚𝑎𝑥 =
𝑏
𝑇
(b = 2,898.10–3 m·K)
Celkové množství vyzářené energie ~ T4 Stefanův-Boltzmannův zákon (1884)
𝐿 = 4𝜋𝑅2 𝜎𝑇4  = 5,67.10-8 Wm-2K-4
Tepelné záření – záření absolutně černého tělesa
Záření AČT - Planckův zákon (1900) = závislost monochromatického jasu na
kmitočtu či vlnové délce záření
Jak se dá AČT využít?
zdroj záření (např. hvězdy) - v prvním přiblížení = AČT
proč?
vlastnosti AČT lze poměrně snadno matematicky popsat
Proč je Slunce na okrajích temnější?
= důsledek Stefanova-Boltzmannova zákona
ve fotosféře - teplota látky s výškou klesá
při pohledu doprostřed slunečního kotouče dohlédneme do jisté hloubky
(= tloušťka plynu, přes kterou se ještě proderou fotony, které k nám směřují)
do stejné hloubky dohlédneme i na okraji, ale tam jen do oblastí s nižší
teplotou!
Okrajové ztemnění