F3080 Úvod do fyziky hvězd

Přírodovědecká fakulta
podzim 2019
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. Andrea Bobalíková (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 13:00–15:50 F1 6/1014
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F3080/01: Po 14:00–14:50 F1 6/1014
Předpoklady
F1251 - Základy astronomie 1
F2252 - Základy astronomie 2
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Hlavním cílem kurzu je porozumění základům stavby hvězdného nitra, hvězdných atmosfér a hvězdného vývoje.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování kurzu schopen
- orientovat se v astrofyzikální problematice
- absolvovat navazující astrofyzikální kurzy
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 získání alespoň 50 % bodů ze zápočtového testu. 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. Studenti jsou hodnoceni podle ústní zkoušky.
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, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2017, podzim 2021, podzim 2023, podzim 2024.