Uvod u astronomiju i astrofiziku - fizika.unios.hr · Astronomija i drevne civilizacije Početak...

Uvod u astronomiju i astrofizikuDoc.dr.sc. Marina Poje Sovilj

Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera

Odjel za fiziku

http://petapixel.com/2015/02/14/nasa-time-lapse-shows-5-years-suns-life-3-

glorious-minutes/

5 godina života Sunca u 3 minute

O kolegiju .....

STRUKTURA KOLEGIJA

PREDAVANJA: 30 sati

VJEŽBE: 15 sati

PRAKTIČNA NASTAVA

ECTS BODOVI

izborni kolegij koji nosi 4 ECTS boda

SADRŽAJ KOLEGIJA

Uvod, Povijesni osvrt na razvoj astronomije

Kako poimati zvijezde i zviježđa

Osnovne metode određivanja udaljenosti

Gibanja Zemlje

Mehanika gravitacije

Astronomija planeta

Astronomski instrumenti

Sferna astronomija

Sunce i svemirska klima

Fizika zvijezda

Kozmologija

Promatranja (praktična nastava)

PREPORUČENA LITERATURA

Vujnović, V. ; Astronomija 1 , Školska knjiga, Zagreb, 1994.

Vujnović, V. ; Astronomija 2 , Školska knjiga, Zagreb, 1994.

Vujnović, V. ; Astronomija (za učenike osnovne škole), Element, Zagreb, 1997.

Vujnović, V. ; Zvjezdane vatre dalekog svemira: fizikalna astrognozija, Profil, Zagreb, 2009.

Hester, J.,Burstein , D., Blumenthal, G., Greeley, R., Bradford, S., Voss, H. ; 21st Century Astronomy, W.W.Norton&Company, New York, 2006.

Nastavni materijali http://www.fizika.unios.hr/uaa/nastavni-materijali/

OBAVEZE STUDENATARedovito pohađanje (minimalno 70 %) i praćenje

nastave - predavanja i vježbi koje neće biti strogo odvojene!

POLAGANJE ISPITA

2 PARCIJALNA PISMENA ISPITA (KOLOKVIJA) TIJEKOM SEMESTRA

+

STUDENTSKI SEMINAR

+

DISKUSIJA (USMENI ISPIT)

Teme seminarskih radova će ubrzo biti oglašene!

PISANI SEMINAR+PPT

PROMATRAČKI KALENDAR ožujak 2018.

MERKUR I VENERA 02. – 04. ožujka 2018.Nakona zalaska SuncaNisko na zapadnom horizontu

SATURN I MARS10. i 11. ožujka 2018.Prije izlaska Sunca.Jugoistočni horizont.Naći Mjeseci pomoću njega planete.

MERKUR najveća istočna elongacija15. ožujka 2018.Nakon zalaska Sunca.Nisko na zapadnom horizontu.

MERKUR I VENERA, MLADI MJESEC19. ožujka 2018.Nakon zalaska Sunca.Nisko na zapadnom horizontu.

PROLJETNI EKVINOCIJ20. ožujka 2018.

UVOD U ASTRONOMIJU I ASTROFIZIKU

Astronomija…..

grč. astro+nomos = zakon zvijezda

Znanost koja proučava porijeklo, evoluciju te fizikalna i kemijska svojstva svih objekata izvan Zemljine atmosfere.

Jedna od najstarijih prirodnih znanosti!

Promatranje svijeta oko sebe!

Astronomija i drevne civilizacije Početak davno prije svih pisanih dokumenata – tragove nalazimo u spiljskim

crtežima (Bik, Kasiopeja, Veliki Medvjed).

Prirodna potreba proučavanja izmjena dana i noći, godišnjih doba, plavljenja rijeka....

Važnost astronomije očituje se u ostavštinama drevnih civilizacija (npr. Stonehenge -starost više od 4000 godina!)

Spilja Lascaux, Francuska

Starost crteža oko 17 000 godina!

Plejade (Vlašići)

Aldebaran (α Tau)

Astronomija i drevne civilizacije Aurignacijska kultura

(starije kameno doba), prema nalazištu Aurignac, Francuska

kultura 30 000 - 23 000 g.pr.Kr. Mjesečeve faze urezane u kost

Astronomija i drevne civilizacije Vučedolska kultura

bakreno doba, isto vrijeme kao i egipatska i mezopotamijska kultura

najpotpuniji indo-europski kalendar? - teško shvatljivozbog precesije Zemlje njihovo je nebo bilo drugačije oddanašnjeg!

datiran oko 2600 g.pr.Kr. Zviježđa koja simboliziraju godišnja doba kao prva

obilježja na večernjem nebu (Orion, Plejade, Blizanci,Ribe, Kasiopeja, Labud)

Astronomija i drevne civilizacijeStonehenge

Brončano doba Nekoliko fazi gradnje od 2900 - 1600 g.pr.Kr. Pretpostavlja se da je to vrlo složeni

kalendar i zvjezdarnica – (ljetni/zimski solsticij; pomrčine Sunca i Mjeseca)

Slične lokacije drugdje u svijetuCoracol, Meksiko (kultura Maja); 1000. g.n.e.

Big Horn Medicine Wheel, Wyoming, USA

Astronomija i drevne civilizacije

Astečka kultura

Jedan je bio ritualni, imao je 260 dana i zvao se tonalpohualli. Bio je podijeljen u 13perioda po 20 dana. Drugi sunčani (xiuhpohualli) imao je 365 dana (godina počinjehelijakalnim izlaskom Plejada).

Ovaj kalendar dijelio se na 18 mjeseci po 20 dana. Ovome se treba pridodat i 5 dananazivanih nemontemi.

Mayanski kalendar - proučavali Venerin ciklus – ratovanje?

Kalendar Asteka je bazaltni kamen težak 25 tona ipromjera 3,7 metara ili 12 stopa. Pronađen je 1790.godine i smješten u Antropološkom muzeju u Meksiku.

Astronomija i drevne civilizacijeKineska astronomija

Oko 3000 g.pr.Kr.

Opažaju i predviđaju pomrčine

Opisane Sunčeve pjege

Koriste oruđa i instrumente pri promatranju –Pekinški opservatorij

Opisani kometi

Profesionalni promatrači neba

Surađuju sa islamskim kolegama

Opisali supernovu 1054. (maglica Rakovica u Biku M1)

Danas… vlastiti svemirski program !

Astronomija i drevne civilizacijeIndijska astronomija

Astroteologija: SUNCE (Surija), MJESEC (Chandra), ZVIJEZDE i PLANETI su također bogovi

mjerenje vremena; vjerski razlozi (pravilno doba za prinošenje žrtava)

najraniji arheološki nalazi – početak 8. tisućljeća pr. Kr. prvo razdoblje indijske astronomije - najstariji pisani izvor -

zbirka prastarih tekstova obrednoga i književnoga karaktera(prema predaji nastala prije 3100. g. pr. Kr.)

srednje razdoblje indijske astronomije – dodiri s babilonskomastronomijom

treće razdoblje indijske astronomije – utjecaj grčke astronomije

Astronomija i drevne civilizacijeEgipatska astronomija

Nabta Playa 5000.g.pr.Kr. Poplave Nila – Sirius tzv. helijakični izlasci Siriusa (istodobni izlaci sa Suncem) što se

događa jednom godišnje

Giza 2700-2500 g.pr.Kr.

Veza piramida i Orionovog pojasa

Astronomija i drevne civilizacije

Babilonska astronomija

Dijele krug u 360°, zatim 60 minuta i 60 sekundi

Heksagezimalni brojevni sustav

Sumerani – klinasto pismo – 3500 g.pr.Kr.

Predviđaju pomrčine Sunca

Astroteologija: Mjesec je bog Nanna, Sunce i zvijezde također bogovi

Amisadukina Venerina tablica – 7 st.pr.Kr.

Sunčani i vodeni satovi

Zigurat iz Ura

Astronomija i drevne civilizacije

DVORSKI ASTRONOMI

Računanje povoljnih trenutaka za ratovanje, putovanje...

Izrada horoskopa ?! – sredstvo financiranja....

FENIČKA I MINOJSKA KULTURA

Izrazito pomorske civilizacije – orijentacija prema zvijezdama

Astronomija i drevne civilizacijeGrčka astronomija

Tales (6.st.pr.Kr.) predviđa pomrčine Sunca opisuje zviježđe Malog medvjeda

Anaksimen (585. – 525. g.pr.Kr.) opisuje razlike između planeta i zvijezda uvodi pojam „nebeska sfera”

Platon („Plećati” pravo ime Aristokle) (585. – 525. g.pr.Kr.) Sokratov učenik, Aristotelov učitelj gibanje po kružnici „Vi koji ne volite geometriju ne ulazite!”

Aristotel (384. – 322. g.pr.Kr.) Zemlja u središtu Svemira Zemlja je okrugla – DVA DOKAZA: POMRČINE SU KRUŽNE+PUTOVANJEM NA SJEVER promjena visine zvijezde; odredio polumjer od 7400 km

Astronomija i drevne civilizacijeGrčka astronomija

Aristarh (310. – 230. g.pr.Kr.) zagovara heliocentrizam i ideje pitagorejaca (Filolaj) – prognan! odredio omjer udaljenosti Sunca i Mjeseca

Apolonije (265. – 170. g.pr.Kr.) epicikli; ekscentrične kružnice udaljenost Zemlje i Mjeseca

Eratosten (276. – 194. g.pr.Kr.) voditelj aleksandrijske knjižnice odredio opseg Zemlje (39 690 km – vrlo točno!)

Hiparh (190. – 120. g.pr.Kr.) – najveći grčki astronom i opažač godina traje 365 i ¼ dana katalog i magnitude zvijezda spominjao i nagađao o precesiji

Astronomija i drevne civilizacijeGrčka astronomija

Klaudije Ptolomej ili Ptolemej (83. – 161.g.) GEOCENTRIČNI MODEL + EPICIKLI ALMAGEST = „Veliki Zbornik” detaljno opisana 48 zviježđa Epicikli za objašnjavanje retrogradnog gibanja planeta Složena kružna gibanja po epiciklu i diferentu Njegov je model svemira smatran standardom do

KOPERNIKOVE REVOLUCIJE

Astronomija i drevne civilizacije

48.g.pr.Kr. u požaru uništena aleksandrijska knjižnica! Brojni svici rukopisa bili su pisani na gotovo svim tada poznatim jezicima

(grčki, latinski, aramejski, hebrejski, jezici naroda mezopotamije, arapskii indijski).

Upravitelji knjižnice bili su geograf i matematičar Eratosten, filologAristofan iz Bizanta, astronom Aristarh te gramatičar Zenodot iz Efeza.Pjesnik Kalimah načinio je svojevrsni katalog knjižnice pod nazivom Tablice(Pinakes).

U vrijeme rimskog građanskog rata, Egipat se umiješao u sukob. Došlo je ido sukoba između rimske i egipatske vojske te je tom prilikom Cezar daozapaliti egipatsku flotu u luci, a vatra se proširila na obalu i zapalila knjižnicukoja je većim dijelom uništena (prema povjesničaru Plutarhu).

Kasnije je Marko Antonije, kako bi udovoljio kraljici Kleopatri nadomjestiodio uništene knjiške građe preseljenjem oko 200 000 svitaka iz Pergamskeknjižnice

Srednji vijek u Europi

Crkva prihvaća geocentrični model!

Mračni srednji vijek

Sva znanja ponovno dolaze tek u 12. i 13. stoljeću preko Arapa prevodeći njihove spise na latinski jezik.

Većina terminologije (nazivi većine zvijezda) u astronomiji je upravo iz arapskog jezika!

Srednji vijek u arapskom svijetuBagdad, Damask, Kairo, Maroko, Španjolska (Cordoba, Toledo)

Spojili znanje s Istoka i Grčke

Al –Hvarizmi (780. – 850.)

Astronomske tablice, kvadratna jednadžba

Algebra – indijska notacija 0

Al – Battani (858. – 929.) Damask

Odredio kutne promjere Sunca i Mjeseca, nagib ekvatora prema ekliptici

Al – Biruni (973. – 1048.)

Mliječna staza = “mnoštvo zvijezda”

Određuje Zemljin polumjer = 6339,6 km

Ulugh – beg (1394.- 1449.)

vladar Samarkanda gdje je i izgradio zvjezdarnicu

Odredio položaje oko 1000 zvijezda i svrstao ih u tablice

Renesansa – povratak u Europu!

Peurbach (1423. – 1461.) i njegov učenik

Geocentrični sustav

Müller - Regiomontanus (1436. – 1476.)

“Efemeride” tablice položaja Sunca, Mjeseca i planeta za period 1474. –1506. kojima su se služili i pomorci:

Kolumbo 1492. otkriva Ameriku

Vasco da Gama 1498. oplovljava Afriku i nalazi put za Indiju.

Renesansa – povratak u Europu!Nikola Kopernik (1473. – 1543.)

Ruši geocentričnu teoriju – HELIOCENTRIZAM

De revolutionibus orbium celestrium (objavljen nakon smrti)

Opisuje 3 osnovna gibanja Zemlje (oko svoje osi, oko Sunca i oko okomice na ekliptiku)

Pomični epicikli za Merkur i Veneru

Tycho Brahe(1546. – 1601.) Uvjereni geocentrist

1572. opaža supernovu

30 godišnje opažanje – točnost od lučne minute

Zaključuje da su neke od zvijezda veće od Sunca

Kepler mu je učenik!

Renesansa – povratak u Europu!Nikola Kopernik (1473. – 1543.)

Pravilno objašnjenje RETROGRADNOG GIBANJA planeta:

PTOLEMEJEVI EPICIKLI postali nepotrebni!

Renesansa – povratak u Europu!

Johann Bayer (1572. – 1625.)

Nebeski atlas - Uranometria

Označavanje zvijezda u zviježđima grčkim slovima, glavna zvijezda α

Johannes Kepler (1571. – 1630.) 1604. i on opaža supernovu

1619. : Harmonice mundi

Keplerovi zakoni:

Renesansa – povratak u Europu!

Galileo Galilei (1564. – 1642.)

Slobodni pad, kosi hitac

Unaprijedio teleskop: opisuje kratere na Mjesecu,

Venerine faze, Sunčeve pjege

Jupiterovi sateliti – dokaz heliocentričnosti! MEDIČIJANSKI PLANETI

1633.g. osuđen na kućni pritvor (1992.g. mu se ukida kazna ?!)

Sir Isaac Newton (1642. – 1727.) Gravitacijska sila – klasična fizika

1687. godine - Philosophiae naturalis principia mathematica

Reflektorski teleskop

“Ako sam i vidio dalje od drugih to je zato što sam stajao na ramenima divova”

Renesansa – povratak u Europu!

Ch. Huygens (1629. – 1695.) 1655. otkrio Saturnov satelit Titan

Poznat po svojoj valnoj teoriji svjetlosti

1667. godine opservatorij Pariz

1675. godine opservatorij Greenwich

1700. godine opservatorij Berlin

Cassini (1625. – 1712.) i Römer (1644. – 1710.) djeluju na pariškom opservatoriju

Opažaju Jupiterove satelite, određuju vremena njihovih ulaska u sjenu – okultacija

Iz tih podataka Römer određuje astronomskom metodom brzinu svjetlosti

Renesansa – povratak u Europu!

E. Halley (1656. – 1742.) 1705. određuje identičnost kometa koji se pojavio 1426., 1531., 1607. i 1682. i

određuje mu period od 76 godina – Halleyev komet

prema Newtonovim formulama (bili su prijatelji + Hook)!

metoda mjerenja udaljenosti planeta tranzitom preko sunčevog diska

J. Bradley (1693. – 1762.) 1747. otkrio nutaciju – utjecaj Mjeseca kao fine periodičke promjene u

precesiji Zemlje.

Renesansa – povratak u Europu!

Ch. Messier (1730.-1817.)

1784. katalog (popis maglica M1-M110) i danas se koristi!

MESSIEROV MARATON

1846. Le Verrier, Adams, Galle otkrivaju Neptun - 1998. zasluge dodjeljene LeVerrieru

William Herschel (1780. – 1834.) i sestra Caroline Herschel Pomno bilježe položaje svih zvijezda i maglica

1781. William Herschel otkriva planet Uran (Georgium Sidum/Georgeova zvijezda)

Bošković iz tri bliska položaja na nebu izračunava da se radi o zatvorenoj stazi

Opisao Mliječnu stazu

John Herschel 1864. objavljuje nadopunjeni katalog oca i tetke (oko 5000 objekata)

Suvremena astronomija

N. Pogson

1854. razvija astronomsku fotometriju – luminozitet zvijezda,

W. Wollaston i J. von Fraunhofer

Početak spektroskopije

1802. odnosno 1814. opažaju i popisuju tamne apsorpcijske linije u Sunčevu spektru koje se po njemu i zovu Fraunhoferove linije

Fraunhofer izrađuje spektroskop s optičkom rešetkom

Ch. Doppler

1842. godine utvrđuje da se valna duljina svjetlosti mijenja ako se izvor giba Dopplerov efekt

G.R.Kirchhoff i R.W.Bunsen

1859. Osnove spektralne analize – princip identičnosti pri emisiji i apsorpciji

N.Lockyer

1868. otkriva helij na Suncu

Suvremena astronomijaA. Secchi

Fotografija u astronomskoj spektroskopiji – klasificira zvijezde po spektrima, koji se klasificiraju u katalozima (npr. Harvardski Draperov katalog)

E. Hertzsprung 1905. i H.N.Russel 1913. Hertzsprung – Russelov dijagram

opisuje trenutno stanje zvijezde, njezinu strukturu, izvor energije i razvitak

Unutrašnja građa i izvor energije u zvijezdama

H. Helmholtz 1884. – stezanje zvijezde izvor energije

A.S.Eddington – važna relacija između mase i luminoziteta

H.A.Bethe i K.F.Weizsäcker – 1938. – nuklearna fuzija vodika u helij

Suvremena astronomija

1918. počinje se opažati teleskopom-reflektorom na Mt Wilsonu s promjerom objektiva od 254 cm

1949. počinje se opažati teleskopom na Mt Palomaru s promjerom objektiva od 508 cm

V.M.Slipher 1912. godine

Uz pomoć Dopplerovog efekta ustanovio je da se spiralne maglice udaljavaju, a 1914. i da rotiraju

W.Baade, B.Kukarkin 1944. godine

Prepoznaje populacije zvijezda u Mliječnom putu (populacija I – u galaktičkojravnini i populacija II u halou) – populacije se razlikuju i po kemijskom sastavu

Suvremena astronomija

Edwin Hubble (1889. – 1953.)

Promatranja s Mt Wilsona proučava cefeide u Andromedi

1924.- 1929. uz Humasona : svemir se širi - crveni pomak u spektru dalekih galaksija je posljedica Dopplerovog efekta uslijed širenja svemira

Albert Einstein (1879. – 1955.)

1916. Opća teorija relativnosti

5. Solvayeva konferencija

O elektronima i fotonima

Rasprave o novo – formiranoj kvantnoj teoriji

Održana 1927. na kojoj su 17 od 29 sudionika nobelovci

Bohr – Einstein debate

20. stoljeće

1930. Clyde Tombaugh otkriva Pluton

1957. lansiran prvi umjetni satelit – Sputnik 1

1963. otkriveni kvazari Marten Schmidt

1967. otkriveni pulsari Jocelyn Bell i Anthony Hewish

1969. čovjek dolazi na Mjesec

Kraj 20. stoljeća......

Točnije i detaljnije informacije o prijašnjim spoznajama, otkrivanjenovih svjetova, astrobiologija....

Svakodnevne detaljne informacije o prostoru i događajima izmeđuZemlje i Sunca, te njihov utjecaj na život na Zemlji:www.spaceweather.com

Danas...

Proučava se Svemir na svim valnim duljinama (radiovalovi Very Large Array) Prikupljanje i obrada podataka suvremenim instrumentima i računalima....

Što gledati na nebu ovih dana?

Domaća zadaća:

1. Promatrački kalendar ožujak 2018.

2. Pronaći zviježđa i najvažnije zvijezde:

a) Veliki medvjed (Medvjedica) – Dubhe i Merak

b) Mali medvjed – Polaris

c) Orion – Betelgeuse

d) Bik – Aldebaran