ASZTROKÉMIA

M51Örvény-köd

(Vadászebek)31 millió fé

Féléves tematika

• Csillagászati bevezetés• Spektroszkópia alapjai, alkalmazások• Távcsövek, űrszondák• Laboratóriumi kísérletek• Csillagközi anyag kémiája• Csillagok kémiája• Naprendszer kémiája• Üstökösök, meteoritok kémiája• Asztrobiológia

MI AZ ASZTROKÉMIA?

KÉMIA

FIZIKA

CSILLAGÁSZAT

GEOLÓGIA

KÍSÉRLET MEGFIGYELÉS

RÉSZECSKÉK KŐZETEK, BOLYGÓK, CSILLAGOK

TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS

1. XVIII-XIX. század csillagászai:

1785: Sir William Herschel:

csillagközi tér = „lyuk az űrben”

csillagok közötti tér üres

Sir William Herschel (1738 – 1822)

2. 1890-es évek: Első űrfelvételek – Edward Emerson Bernardasztrofotográfia

3. 1904: Ca detektálása – Johannes Hartmannabszorpciós vonal a Ori spektrumában – K vonal (393,4 nm)nem követte a spektroszkópiai kettős pályamozgása miatt bekövetkező periodikus vonaleltolódásokat!

4. 1919: Na detektálása – HegerD vonalak (589,0 és 589,6 nm) a Ori és a Sco spektrumábanHeger, Mary Lea (1919), "Stationary Sodium Lines in Spectroscopic Binaries", Publications of the Astronomical Society of the Pacific

31 (184): 304, doi:10.1086/122890,

TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS 2.

Ori

Ori

Ori

Ori

5. Eddington (1926) – első összefoglaló a csillagközi anyagról:„Nehéz elfogadni azt a tényt, hogy molekulák létezzenek a csillagközi anyagban, ... mivel ha egy molekula disszociál, nincs rá esély, hogy az atomok újra egyesüljenek. ... mivel ionizált atomok vannak jelen, a pozitív töltésük megakadályozza a kémiai reakcióikat” Arthur Stanley Eddington, S. (Subrahmanyan) Chandrasekhar: The internal constitution of the stars, Chapter XII: Diffuse matter

in interstellar space., Cambridge University Press, 1926

...6. Nukleoszintézis – nukleáris asztofizika

http://www.phy.ornl.gov/astrophysics/data/biblio/references.html

7. Mikrohullámú észlelések fejlődése – rengeteg molekula

8. 12 elem, 395 speciesz, 3864 reakció (UMIST, 1999) 23 elem, 420 speciesz, 4572 reakció (UMIST, 2006)

http://www.udfa.net/

TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS 3.

CSILLAGÁSZATI ALAPISMERETEK

TÁVOLSÁGEGYSÉGEK A CSILLAGÁSZATBAN

• km

• Cs.E./AU = Csillagászati Egység, a Föld – Nap átlagos távolság1 Cs.E. = ~ 150.000.000 km

• fényév: az a távolság amelyet a fény (vákuumban)1 év alatt megtesz1 fé = 63.240 Cs.E. = 9,46 · 1012 km

• parsec: 1 pc távolságra van az az égitest, ahonnan a földpálya fél nagytengelye (1 Cs. E.) 1 ívmásodperc szögben látszik1 pc = 3,26 fé = 206265 Cs.E. = 3,09·1013 km

Naprendszer

Föld

Csillagok

Tejútrendszer

Lokális Csoport

Szuperhalmaz

FÖLD

• 4,5 Mrd éves• szilárd • légköre van

• R = 6380 km - 6350 km• M= 5,9·1024 kg

• forgási periódusa: 1 nap• keringési periódusa: 1 év

HOLD• Távolsága a

Földtől: 384403 km

• R = 1737 km• M = 7,3·1022 kg

• Kötött keringés• Periódus:

27,3 nap

Daedalus-kráter az Apolló 11-ről (1969)

NAPFOTOSZFÉRA

• Távolsága a Földtől: 149 597 870 km = 1 CS.E. (1 AU)

• R = 690 000 km• M = 2 ·1030 kg

• Hőmérséklete: felszíni: 5785 Kcentrális: 17 ·106 K

• Periódusa:• 25 nap – 35 nap• differenciális rotáció

NAP

Nap belseje Nap légköre

mag röntgen-sugárzási

zóna

konvektívzóna

fotoszféra kromoszféra Napkoronája

magreakcióH fúzió

rövid-ú

sugárzásturbulencia,

anyagáramlás

granulák,napfoltok,napfáklyák

flerek, protube-ranciák

napszél

- 150 000 km- T rohamosan esik- H semleges

H ionos - 400 km- 9000 K – 4300 K

- 8000 km

Napfoltok, granulák

umbra4300 K

penumbra5500 K

granula

Fáklyamező, napfoltcsoport

Fler

KROMOSZFÉRA

H

Protuberancia

Napkorona tömegvesztés: 1 Mt/s

Korona kilökődés (napkitörés)

NAPRENDSZER

Bolygók Kis-bolygók

Holdak

Üstö-kösök

Interplanetáris anyag

Me-teorit

Központi csillag

99,87%

0,13%

Titius-Bode szabály: r = 0,4 + 0,3·2n

n = - r = 0,4 Cs.E. Merkúr

n = 0 r = 0,7 Cs.E. Vénusz

n = 1 r = 1,0 Cs.E. Föld

n = 2 r = 1,6 Cs.E. Mars

n = 3 r = 2,8 Cs.E. kisbolygók

n = 4 r = 5,2 Cs.E. Jupiter

n = 5 r = 10,0 Cs.E. Szaturnusz

n = 6 r = 19,6 Cs.E. Uránusz

n = 7 r = 38,8 Cs.E. 30,1 Cs.E. Neptunusz

Kuiper-övezet – KBO = Kuiper Belt Objects (pl. Plutó) 1992 óta ismert (elméleti megfontolások 1950-ben)Naptól 30 és 55 Cs.E. tartományban (égi mechanika !)kb. 1000 ismert (10-100 km átmérővel), becslés: 500 000 db

Oort-felhő – üstökösök (40 000 – 100 000 Cs.E.)

BELSŐ NAPRENDSZER

KÜLSŐ NAPRENDSZER

BOLYGÓK

Kőzetbolygók („Földtípusú”)

szilárd kéreg,kisebb méret, kisebb tömeg

nagyobb sűrűség (3x)

MerkúrVénusz

FöldMars

Óriás bolygók (gázbolygók)

Gázok (H2, CH4, …), gyorsabban forognak

kisebb sűrűség

JupiterSzaturnusz

UránuszNeptunusz

KEPLER-TÖRVÉNYEK

1. A bolygók ellipszispályákon mozognak, amelyek egyik gyújtópontjában a Nap áll.

2. A bolygót a Nappal összekötő vonal (vezérsugár) egyenlő idők alatt egyenlő területeket súrol

3. A bolygók keringésidejének négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint a Naptól mért közepes távolságaik köbei

MERKÚR

• belső bolygó – fázisokat mutat• nehéz megfigyelni

• R = 2440 km• M = 3,30·1023 kg

• légköre nagyon ritka • felszínén kráterek vannak• óriási hőmérséklet ingadozás:

-170 és +425 °C• Periódus:

tengelyforgás: 58,65 napkeringés: 88 nap (2/3)

VÉNUSZ

• belső bolygó - fázisok

• R = 6052 km• M = 4,87·1024 kg

• légköre van (CO2)

• hőmérséklete: 475 °C• légköri nyomás: 90 bar

• retrográd tengelyforgás (243 nap)

MARS

• R = 3377 km• M = 6,4·1023 kg

• ritka légkör• évszakok• felszíne: hósipka,

kráterek, felföldek • hőmérséklete:

-130 - (+25) °C

• 2 holdja van: Phobos, Deimos

KISBOLYGÓK

GaspraIda - Dactyl

56 x 24 x 21 kmforgási periódus: 4h 38m

20 x 12 x 11 km forgási periódus: 7h 2m

JUPITER• R = 66 854 km• M = 1,9·1027 kg

• légkör (1000 km)• nincs szilárd felszíne• hőmérséklete:

-150 °C (felszíni)30.000 °C (belső)

• Tengelyforgás: 9h 50m – 9h 55m

• Holdjai (50+18): Io, Europa, Ganimedes, Kallisto (Galilei-féle) Amalthea, Thebe, Himalia,...

SZATURNUSZ • R = 60 268

– 50 364 km• M = 5,7·1026 kg

• légkör• felszíne nem szilárd• gyűrűrendszer• hőmérséklete: -150 °C

• Tengelyforgás: 10h 14m – 10h 41m

• Holdjai (53+9): Titán, Rhea, Iapetus, Dione, Thetys, Enceladus, Hyperion, Mimas, Phoebe, ...

URÁNUSZ

• 1781-ben W Herschel fedezte fel• R = 25 559 km• M = 8,7·1025 kg

• légkör• nincs szilárd felszíne• gyűrűrendszere van• hőmérséklete: -170 °C

• Tengelyforgása retrográd,

pályára közel merőleges

• Holdjai (27): Oberon, Titánia, Umbriel, Ariel, Miranda

NEPTUNUSZ

• Le Verrier és Adams számította ki, Galle fedezte fel 1846-ban

• R = 24 764 km

• M = 1,0·1026 kg

• légkör (CH4)

• nincs szilárd felszíne

• gyűrűrendszere van

• hőmérséklete: -220 °C

• Holdjai (13+1): Triton, Nereida, …

ÜSTÖKÖSÖK

Hale-Bopp üstökös (1995) – C/1995 O1

Hosszú periódusúellipszis (17%)

p > 200 év

Rövid periódusúellipszis (25%)

p < 200 év

VisszatérőNem visszatérő

Hiperbola pálya15%

Parabola pálya43%

CSILLAGOK

Legközelebbi csillagok: -Centauri + Proxima Centauri – 4,3 fé

Csillagok jellemzői

• elnevezésük

• tömegük (M☼)

• fényerő (L)

• sugár (R☼)

• hőmérséklet (K)• színképtípus (W-O-B-A-F-G-K-M-L-T-R-N-S)• közepes sűrűség• átlagos energiatermelésük cm3-enként s-onként• felszíni nehézségi gyorsulás• forgási sebesség• mágneses tér• kémiai összetétel (H, He, C, O, fémtartalom)• kor (I./II./extrém II. populáció)

Hertzsprung-Russel diagram• Harvard klasszifikáció

(H. Draper)minden színképosztályhoz egy adott felületi hőmérsékletet és színképvonalak meghatározott rendszerét rendeli hozzá:

R-NW-O-B-A-F-G-K-M-L-T

+ alosztályok 10-10 (kivételek: O5-től, K7-ig, K8=M0, K2-től fél is)

• Yerkes klasszifikáció (W.W.Morgan, P.C. Keenan) a csillagok fényességük szerint osztályokba sorolhatók:

Ia, Iab, Ib: szuperóriásokII. fényes óriásokIII. óriásokIV. szubóriásokV. fősorozati csillagok (törpék)VI. szubtörpékVII. fehér törpék

KETTŐS CSILLAGOK

K3II

B9,5V

120 pc távolságra

• NYÍLT HALMAZOKlegalább 10, legfeljebb néhány 1000 **ok térbeli mozgása hasonlólegnagyobbak 20 pc méretűek

– Asszociációk (4 alcsoport: OB, T, C-asszociációk, mozgási halmazok)

néhány 100 *ot tartalmazhatnak közelségen kívül hasonlóak a fizikai sajátságaik30-200 pc méretűek

• GÖMBHALMAZOK50.000 – 50 millió közötti *ot tartalmaznak középen *sűrűsödés30 pc átlagos átmérő

M45 – Fiastyúk (Bika)

Marope

ElectraAlcyone

Atlas

Pleione

Maia Celaeno

Taygeta

Asterope

100 millió éves *ok130 pc távolságban

Sco OB-asszociáció

M13 - Herkules

több 100.000 *, 145 fé átmérő, 25.000 fé távolság

TEJÚTRENDSZER

magkorong

halo

Tejútrendszer jellemző adatai

• korongspirális galaxis, 100 milliárd *gal

• sugara: 50 – 100 kpc• tömege: 5,5·1011 M☼ – 1,1 ·1012 M☼

• közel szférikus MAG, belsejében 106 M☼-nyi fekete lyuk

• 15 kpc sugarú KORONG, *sűrűség a centrumtól mért távolsággal exponenciálisan csökken– vékony korong: 300 – 400 pc, *ok 95%-a, fiatal *ok – vastag korong: 1-1,5 kpc, idősebb *ok

• ritka HALO, legidősebb objektumok, gömbhalmazok

Tejútrendszer középpontja:Sgr A

Spitzer-teleszkóp IR felvétele a galaxis magjáról

EXTRAGALAXISOK

Nagy Magellán Felhő (LMC) és Kis Magellán Felhő (SMC)Távolságuk: 180 000 fé = 55 kpc

irreguláris törpe galaxisok

Androméda-galaxis (M31) – 2,25 millió fé = 690 kpc

M110

M32

GALAXISOK OSZTÁLYOZÁSA

küllős galaxisok

elliptikus galaxisok

spirálgalaxisokirregulárisgalaxisok

2,8%

1,9%6,0%

3,4%

13,2%

14,2%

8,2%

17,8%32,5%

HUBBLE-FÉLE OSZTÁLYOZÁS

Lokális Csoport: 30 galaxis, 3 Mpc átmérő

spirálgalaxis törpe irreguláris galaxis (dIrr)

törpe szferoidális galaxis (dSph)

törpe elliptikus galaxis (dE) Átmeneti (dSph/dIrr)

GALAXIS HALMAZOK

• 50-1000 galaxist, gázt és sötét anyagot tartalmaznak

• A 3 komponens eloszlása nagyjából azonos a halmazban

• 1014-1015 M☼ -nyi anyag

• 2-10 Mpc átlagos átmérő

• példák: Virgo-halmaz: távolsága 18 Mpc, Fornax-halmaz: 18,4 MpcComa-halmaz: 99 Mpc

Virgo-halmaz

GALAKTIKUS SZUPERHALMAZOK