Sluneční soustava – Astronomie – maturitní otázka

 

   Otázka: Astronomie – Sluneční soustava

   Předmět: Fyzika

   Přidal(a): Rudykopalson

 

 

Sluneční soustava

• Slunce, planety, měsíce, planetky, komety, meteoroidy, mezihvězdný prach
• planety obíhají okolo Slunce po přibližně kruhových drahách, které leží v jedné rovině => v rovině zemské dráhy = EKLIPTIKA
• planety – 1) podobné Zemi (těžší prvky – Fe,O,Si,Ca,…) ; 2) obří planety (H,He)
• dráhy planet = Keplerovy elipsy – ohniskem Slunce, spíše podobné kružnici
  • perihelium = přísluní (vzdálenost planety od Slunce v nejbližším bodě)
  • afelium = odsluní (vzdálenost planety od Slunce v nejvzdálenějším bodě)
  • poruchy drah (!) – způsobeny vzájemným působením gravitačních sil planet -> největší poruchy způsobuje nejhmotnější Jupiter
• rotace planet – okolo své osy + okolo Slunce
  • hvězdný den – doba, za kterou se Země otočí dokola vzhledem k hvězdám (23h 56min)
  • sluneční den – doba, za kterou se Země otočí dokola vzhledem ke Slunci (24h )
• hvězdná obloha – myšlená kulová plocha, na kterou se nám promítají obrazy vzdálených hvězd
• souhvězdí – obrazce na hvězdné obloze – neznamená, že hvězdy jsou ve skutečnosti blízko sebe, pouze stejný směr
• otáčení – hvězdná obloha se otočí dokola jednou za hv. den (23h 56min) kolem světových pólů

 

Merkur (nemá měsíc)

• na obloze velmi těžko pozorovatelný
• o něco málo větší, než náš Měsíc, je mu podobný ; nemá atmosféru
• rotace brzděna slapovými silami Slunce (blízko) -> žhavé dny (430°C), mrazivé noci (-170°C)
• krátery – dopady různých těles hlavně v nejstarších dobách Sl. soustavy (podobnost s Měsícem)

 

Venuše (nemá měsíc)

• nejjasnější nebeské těleso (po Slunci a Měsíci)
• otáčí se pomalu, opačným směrem, než všechny ostatní planety
• atmosféra – CO₂ , vysoký tlak -> nad povrchem oblaka (H₂SO₄,HCL,HF,) -> velmi agresivní prostř.

 

Země

• největší z planet Zemského typu; r = 6378 km
• seizmické vlny – umožňují výzkum vnitřní stavby Země
  • zvukové vlny o velmi nízké frekvenci, které vznikají při zemětřesení
• Zemská kůra, Zemský plášť, vnější jádro, vnitřní jádro
• příčné vlny – šíří se pouze v pevných látkách
• podélné vlny – šíří se v pevných l., kapalinách i plynech -> vnější jádro je kapalné, teplota přibl. 5000°C, tvořeno převážně Fe
• zdroj energie – radioaktivní přeměny v nitru Země (U,Th); vylétají rychlé částice (alfa, beta)
• vznik jádra – vysoká teplota -> nehomogenita jádra -> z taveniny těžké kovy klesají ke středu
• zemský magnetismus – důsledek existence kapalného kovového jádra -> rychlé otáčení Země
  • konvekce v jádře (proudění v kapalině, která je ohřívaná zespoda -> teplá voda má menší hustotu, stoupá vzhůru) -> při pohybu železa ve slabém mg.poli se indukuje el.proud -> způsobuje silnější mg.pole …DYNAMOVÝ JEV
• atmosféra – 1) troposféra (90% hm.) – teplota klesá
  • 2) stratosféra – ozonová vrstva – teplota roste
  • 3) ionosféra – vrstva slabě ionizovaného plynu – plazmy (ioniz. atomy UV zářením ze Sl.)
• magnetosféra – sféra vlivu mag.pole Země za hranicí atmosféry
• polární záře – způsobují mag. indukční čáry, které vedou pohyb částic -> v blízkosti mag. pólů se přibližují zem. povrchu (vstupují do atmosféry) -> rychlé částice narážejí do molekul, dodávají jim energii -> vyzářena v podobě viditelného světla
• kosmologický výzkum – 1. umělá družice – Sputnik 1 – 1957
  • člověk ve vesmíru – Jurij Gagarin – 1961
  • orbitální stanice – určené k dlouhodobému pobytu astronautů na oběžné dráze Země
  • rychlost, kterou může obíhat družice po kruhové dráze = KRUHOVÁ RYCHLOST
  • kosmická rychlost = 7,9 km/s -> rychlost, kterou by družice měla těsně nad zemským povrchem (kdyby neexistoval odpor vzduchu)
  • využití umělých družic – spojové družice, geostacionární (obíhá stejně se Zemí)
    • navigační (souřadnice polohy), dálkový průzkum (mapování), meteorologická družice, zpravodajství, špionážní (znemožňují tajné zbrojení), vědecké

 

Měsíc

• vázaná rotace – doba rotace okolo osy je stejně dlouhá jako doba jeho oběhu okolo Země
• teplota – ve dne +100 °C , v noci -190 °C
• příliš malý a příliš horký, aby si udržel atmosféru nebo vodu (jako Merkur)
• krátery + „moře“ – vznik dopadem planetky ->pánev -> zalita lávou -> existovala sopečná činnost
• SLAPY – způsobeny změnou přitažlivosti Měsíce
  • slapové síly Slunce (v menší míře) -> posilují se, když leží v jedné přímce (úplněk, nov) -> vysoký příliv
• ZATMĚNÍ – Slunce, Měsíc a Země v jedné přímce
  • Měsíc neobíhá ve stejné rovině jako Slunce -> odchylka cca 5° -> průsečík = uzlová přímka – při zatmění musí být Slunce dostatečně blízko uzlové přímky
  • perioda zatmění – 2x ročně během 3 dní (1 nebo 2 zatmění – v novech)

 

Mars – 2 měsíce – Phobos, Deimos (velmi malé – 25 km, 6 km)

• krvavě rudá barva – způsobena Fe₂O₃ ; atmosféra – převážně CO₂, stopy H₂O
• jediná planeta, jejíž povrch lze pozorovat dalekohledem (blízko, není zahalen oblaky)
• doba rotace jako u Země, teplota 0°C , -90°C
• možnost, že zde byl v minulosti primitivní život

 

Jupiter – 17 měsíců – největší Ganymed, Kalisto

• atmosféra zahalena mraky, tmavší + světlejší pásy (˙vznik konvekcí)
• víry, jiné útvary – VELKÁ ČERVENÁ SKVRNA – obrovský vír, který trvá už několik set let

 

Saturn – největší měsíc Titan

• prstence – tvořeny prachem, kameny, skálami – obíhají v rovině Saturnova rovníku
  • náhražky za měsíce – slapové síly by je roztrhaly

 

Pluto – planetka; měsíc Charon (spíše dvojplanetka)

 

• planetky – podobné planetám zemského typu (z těžších prvků)
  • několik tisíc planetek v pásu mezi Marsem a Jupiterem (největší Ceres) -> vlivem gravit. působení Jupitera nevznikla žádná planeta
• komety – kometární jádro – směs zmrzlých plynů a prachu -> když se přibližuje ke Slunci, začínají zmrzlé plyny sublimovat -> řídký oblak kolem jádra = koma, směrem od Slunce – ohon
  • velmi protáhlé dráhy (blíž než Venuše -> dál než Pluto)
  • některé komety podléhají i působení gravit. sil velkých planet (Jupiter)
  • dráha oběhu – roky, desítky let -> PERIODICKÉ KOMETY (Halleyova kometa 76 let)
• meteoroidy – tělesa o velikosti desítek až stovek metrů na oběžné dráze Slunce
  • pokud vletí do atmosféry Země:
    • malá tělíska se zbrzdí, volně klesají dolů (prach)
    • 0,1 mm – centimetry – zbrždění -> vypaření – Meteor (optický jev)
    • 1dm – 1m – velmi jasný meteor – Bolid ; zbytek dopadne na zem – Meteorit
    • velká tělesa (metry) se téměř nezpomalí -> kráter
  • meteorické roje – tělesa vzniklá z rozpadů komet
  • mereoroidy, které nepochází z komet:
    • z jader planetek (obs. velké množství Fe); povrch planetek; kondenzací těžších atomů (např. C) – součástí slunečního větru

 

Slunce

• energie se uvolňuje z termonukl. reakcí v nitru Slunce …4p+ -> ⁴₂He -> souhrn dílčích jader reakcí
• nitro – teplota 15 mil.K ; povrch – 5000 K
• při těchto teplotách je značná část e- odtržena od atomu – ionizovaný plyn
• dynamový jev – mění část pohybové en. plazmy v energii mag. pole -> zodpovědná za Sl. aktivitu
• atmosféra – fotosféra – z této vrstvy přichází většina světla, které vidíme
  • chromosféra – nevidíme
  • koróna – slabě září, vidíme ji při úplném zatmění Slunce
• sluneční svit – proud částic (p,e,jádra He), které unikají z koróny do meziplanetárního prostoru
• sluneční skvrny – místa, kde je velmi silné mag.pole, zpomaluje se konvekce (->chladnější)
• rotace – cca 28 dní
• jedenáctiletý cyklus – opakování maxima sluneční aktivity (hodně skvrn); minima (málo/bez skvrn)
• erupce – náhlé uvolnění obrovské energie „uskladněné“ v magnetickém poli -> vzniká intenzivní elmag. záření (včetně RTG), proud rychlých částic
• geomagnetická bouře – rozkmitání zemského mag.pole vlivem nabitých č. urychlených při erupci

 

Dějiny Sluneční soustavy

• vznik Slunce – sluneční soustava vznikla cca před 4,7 mld let z obrovského oblaku plynu, ten se skládal především z molekul H₂ (dále He, jiných prvků a molekul)
  • náhodně se vytvořilo místo s větší hustotou, začalo k sobě přitahovat další látku -> ta padá na sebe, zahřívá se na velmi vysokou teplotu – několik milionů °C
  • vzniká „Praslunce“ – začalo zářit díky gravitační potenciální energii své látky
• vznik planet – okolo Slunce se kondenzovaly molekuly těžších prvků
  • SiO₂ , Al₂O₃ , FeS – prach – v místech při vyšší teplotě – blíže Slunci
  • CO₂ , NH₃ , CH₄ – ledy – chladnější oblasti
• prachové částice se lepily -> srážky, slepování gravitační silou …planety
• ledové části k sobě přitahovaly H₂ a He …obří planety
• při srážkách, kterými rostly planety, se uvolňovalo hodně tepla -> nitra se roztavila ; teplo vznikalo i při radioaktivních přeměnách
• v roztavených nitrech se oddělil kov (hlavně Fe) -> klesl ke středu -> vzniká jádro

• vznik měsíců – shlukováním materiálu obíhajícího okolo zár.planety
  • zachycené planetky (Phobos a Deimos)
  • náš Měsíc – Země se srazila s jiným tělesem -> srážka vyvrhla velké množství látky na oběžnou dráhu Země ->shlukování -> Měsíc
• velké bombardování – 1. půlmiliarda po vzniku Slun.soustavy
  • mnoho těles -> mnoho srážek -> spojování – ubývalo menších těles, přibývalo větších
• Země – 1.atmosféra – H₂, He (z původního praoblaku)
  • atmosféra – CO₂, H₂0 (uvolnění z hornin) -> pokles teploty – kondenzace vodní páry na kapalnou vodu
  • atmosféra – O₂ (přeměnily zelené rostliny)

 

Určování základních veličin planet

• vzdálenosti – 1) 3.Keplerův zákon – T₁²:T₂² = a₁³:a₂³
  • 2) denní paralaxa = změna polohy planety na obloze během dne ; 3)radarová měření
• hmotnosti – jak silně planeta přitahuje jiné těleso (měsíc), jinou planetu
  • Dopplerův jev
• průměry – z úhlu, pod kterým vidíme kotouček planety ze Země a ze vzdálenosti od Země
• doba rotace – sledováním detailu na povrch planety
  • sledováním změny jasnosti planety
  • Dopplerův jev
• Rychlost – obecný vektor rychlosti – 2 složky
  • 1) tečná – rychlost kolmá k zornému paprsku (známe vzdálenost + jakou úhl.vzdálenost urazí)
  • 2) radiální – rychlost ve směru zorného paprsku
  • pomocí Dopplerova jevu

 

Dopplerův jev

• frekvence vlnění, které pozorujeme (v tomto případě frekvence zvuku, který slyšíme), závisí nejen na frekvenci, kterou má zdroj vlnění, ale i na rychlosti, jakou se k nám zdroj přibližuje nebo se od nás vzdaluje
• když se přibližuje, zdá se nám jeho frekvence vyšší; když se vzdaluje, tak nižší
• když se k nám zdroj přibližuje, zkracuje se vlnová délka; když se zdroj vzdaluje, tak se prodlužuje
• λ…vlnová délka „v klidu“ ; _∆λ…přírůstek způsobený pohybem _∆λ/ λ = z…rudý/červený posun
  • f = c/ λ ;  _∆λ/ λ = v/c
• důležité pro astronomii – urč. radiánů rychlosti, rychlost rotace, teplota plazmy