F3080 Úvod do fyziky hvězd

Přírodovědecká fakulta
podzim 2011
Rozsah
3/1/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc. (přednášející)
prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Marek Skarka, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.
Rozvrh
Po 12:00–14:50 F3,03015
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F3080/01: St 10:00–10:50 Fs1 6/1017, M. Skarka
F3080/02: Po 18:00–18:50 F4,03017, M. Skarka
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Hlavním cílem kurzu je porozumění základům stavby hvězdného nitra, hvězdných atmosfér a hvězdného vývoje.
Osnova
  • Astrofyzika a její východiska. Přehled základních stavebních prvků vesmíru. Charakteristiky Slunce a jeho místo mezi ostatními hvězdami. Charakteristiky hvězd. Typická hvězda slunečního okolí a oblohy. Výběrový efekt.
  • Definice hvězdy, modely. Mechanická rovnováha ve hvězdě. Odhad tlaku v centru hvězdy. Stav látky ve hvězdném nitru, vlastnosti vysokoteplotního plazmatu. Termodynamická rovnováha. Proč hvězdy září? Smršťování a uvolňování potenciální energie.
  • Vlastnosti ideálního plynu. Odhad teploty v centru hvězdy. Elektromagnetické záření. Charakteristiky a mechanismy jeho vzniku a zániku. Záření absolutně černého tělesa. Vlastnosti fotonového plynu. Odkud se ve Slunci berou fotony?
  • Termonukleární reakce a jejich role v energetice hvězd. Nukleosyntéza. Energetická rovnováha. Přenos energie zářivou difuzí. Opacita a její zdroje.
  • Vztah hmotnost-zářivý výkon. Eddingtonův mezní zářivý výkon. Konvekce ve hvězdách.
  • Závislost charakteristik a životních dob na hmotnosti. Vývoj názorů na stavbu hvězd. Rovnice hvězdné stavby. Příčiny hvězdného vývoje.
  • První představy o povaze hvězd. Počátky hvězdné spektroskopie a astrofyziky. Co jsou hvězdné atmosféry? Jaké jsou důkazy jejich existence?
  • Stavba atomu. Stavba atomu vodíku. Energiové hladiny. Excitace a deexcitace atomů a mechanismy těchto dějů. Spektrum vodíku a jednoelektronových atomů. Vysvětlení spektrálních sérií. Stavba a spektrum složitějších atomů. Vázaně-volné a volně-volné přechody a jejich role při utváření spektra. Interakce atomů se zářením. Záření řídkého a hustého plynu. Proč září plynné hvězdy podobně jako absolutně černé těleso?
  • Vznik spektra ve hvězdné atmosféře. Kontinuum a spektrální čáry. Profily spektrálních čar a mechanismy jejich rozšíření. Modely hvězdných atmosfér.
  • Ionizace a excitace prvků ve hvězdných atmosférách. Boltzmannova a Sahova rovnice. Závislost vzhledu spektra na teplotě a tlaku. Spektrální klasifikace, spektrální a luminozitní třídy.
  • Atmosféra Slunce. Fotosféra, chromosféra, koróna, sluneční vítr.
  • Obecné charakteristiky hvězdného vývoje na příkladu našeho Slunce.
  • Vznik hvězd. Vývoj hvězd až do stadia hvězd typu T Tauri. Jaderný vývoj hvězd od jejich vzniku až po opuštění hlavní posloupnosti. Jaderný vývoj hvězdy od opuštění hlavní posloupnosti až do konce jejího aktívního vývoje.
  • Elektronová degenerace hvězdné látky a její role ve vývoji hvězd. Únik látky z hvězdy a jeho role ve vývoji hvězd.
  • Vznik a vývoj Slunce až do současnosti. Stavba současného Slunce. Předpokládaný budoucí vývoj Slunce. Vývoj názorů na vznik a vývoj Slunce a hvězd.
  • Definice závěrečných stadií vývoje. Přehled možných hvězdných osudů. Degenerovaný plyn a jeho vlastnosti. Stavová rovnice chladné katalyzované látky. Neutronové hvězdy. Černé díry.
Literatura
  • MIKULÁŠEK, Zdeněk a Jiří KRTIČKA. Základy fyziky hvězd. 2005. info
  • An introduction to modern astrophysics. Edited by Bradley W. Carroll - Dale A. Ostlie. 2nd ed. San Francisco: Pearson Addison-Wesley, 2007, 1 v. (vari. ISBN 978-0-321-44284-0. info
Výukové metody
3 hodiny klasických přednášek + 1 hodina cvičení týdně
Metody hodnocení
Předpokladem pro zkoušku je zápočet za aktivní účast na cvičení, což obnáší účast na minimálně 80% cvičení a spočtení předepsaného penza úloh. Studenti kombinovaného studia se mohou domluvit s vedoucím cvičení na jiném režimu, který nevyžaduje fyzickou účast na cvičení. Při vlastní zkoušce si zkoušený vylosuje dvě otázky a má 60 minut na přípravu, během níž může používat libovolné pomůcky včetně vlastních poznámek a skript. Zkouška, jež trvá 30 minut, bývá buď bloková nebo individuální. Je poměrně náročná, jejím cílem je zjistit do jaké míry zkoušený učivu porozuměl.
Navazující předměty
Informace učitele
http://physics.muni.cz/~mikulas/
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
L.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2001, podzim 2003, podzim 2005, podzim 2007, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2017, podzim 2019, podzim 2021, podzim 2023, podzim 2024.