Világegyetem születése – Kozmológia Világegyetem – Univerzum: a létező világmindenség Metagalaxis: az Univerzum „általunk belátható része” kb. 10-15mrd fényév átmérő 1mrd galaxis ~1020 csillag keletkezése: Ősrobbanás (Big Bang vagy Forró Univerzum elmélet) ~15 milliárd éve összes anyag egyetlen pontban, mely forró, szupersűrűségű és óriási ütemben tágul bizonyítékok: táguló Univerzum (vörös-eltolódás - Hubble), kozmikus háttérsugárzás „a robbanás fénymaradványa” szerkezete megegyezik a vákumban felrobbantott anyag felhőével Ősrobbanás lefolyása: robbanás pillanata: az anyag sűrűsége 1093g/cm3, hőmérséklete 1030K, (előtte mi volt nem tudjuk), hadronkorszak: pár sec. csak fotonok és hadronok gyors tágulásban „felfúvódás” „anyagszületés”: ~5. sec: 100g/cm3,109K magerők műkésbe lépnek p+ és e– keletkezése H atommagok sűrű anyag, mint a csillagok belsejében ütközések 10% He homogén Univerzum: ~félmillió évig egyenletes anyageloszlás, tágulás lassul átlátszó Univerzum: 10-20g/cm3 és 3000K-nél fotonok számára átjárható átlátszó inhomogén Univerzum: millió év után működni kezd a gravitáció az anyagban sűrűsödések és ritkulások alakulnak ki pókhálószerű szerkezet galaktikus Univerzum: milliárd évek után az anyag alapvetően halmazokba, galaxisokba és csillagokba illetve a maradék ködökbe tömörül Az Univerzum jövője (kieg.): tömegtől függ és a sötét energiától függ verziók: Nagy reccs vagy zárt Univerzum: tömeg elég nagy G a tágulást visszafordítja újra minden 1 pontba esetleg újra Big Bang pulzáló Univerzum Nagy Brrr vagy nyílt Univerzum: tömeg nem elég tágulás örökké ha a H elfogy kihűlő sötét égitestek Nagy sutty vagy sötét halál: tömeg kicsi gyorsuló tágulás távolsághatár után G nincs szétesik a szerkezet az Univerzum kihűlő részecskefelhővé tágul
Univerzum részei – DSO (Deep Sky Objects) csillagászat Galaxis-halmazok ill. szuperhalmazok: a pókháló sűrű szövetű részei millió fényévnyi terek, galaxisokkal (50-50m) köztük intergalaktikus tér milliárd fényévnyi üres terek Galaxisok: „csillagvárosok”, csillagokat tartalmazó gravitációs rendszerek kisebb galaxisok ütközésével jönnek létre a nagy galaxisok típusaik: szabálytalan galaxisok: néhány mrd csillagot tartalmaz + csillagközi anyagot pl.: Kis- és Nagy-Magellán felhő (170e / 220e fé - a legközelebbi extragalaxisok a Tejútr kísérői) spirál galaxisok: 50-200mrd csillag, differenciált forgással, több altípus mag – 5-50e fé közel gömb alakú nagy csillagsűrűségű rész, középpontjában szupercsillaggal (millió napnyi fekete lyuk) spirálkarok – síkban kinyúló, feltekeredő közepes csillagsűrűségű szálak, köztük a csillagok ritkásabban halo – karok síkja alatt és fölött igen ritka tér, kisebb anyaggócokkal pl.: Androméda-köd (legközelebbi spirális – 2,2m fé), Örvény-köd, Sombrero-g. elliptikus galaxisok: többszáz milliárd csillagból álló óriások lencse alakú, magtól kifelé egyenletesen csökken a csillagsűrűség kvazárok / rádiógalaxisok: erős rádiósugárzású, de nem látható igen távoli objektumok Kozmikus környezetünk Fornax: 50m fé méretű közepes galaxishalmaz 18 nagy és 100 kisebb galaxisból áll Lokális-rendszer: galaxishalmazunk egy kisebb, 5m fé átmérőjű csoport 2 nagy és kb.25 kisebb galaxis Tejútrendszer (Galaktika): a mi galaxisunk Tejút vagy Hadak útja: az égen látható világos sáv távcsővel nézve halvány csillagok sokasága csak az 50-es évektől tudjuk a szerkezetét átlagos spirális galaxis 100-200 mrd csillaggal a mag ~15e fé, a karok ~100e fé átmérő, a karok vastagsága párszáz fé Naprendszerünk helye: az egyik karban ~30e fényévre a magtól ~250m éves periódussal kering csillagsűrűség alacsony 10 fé-n belül kb. 10 csillag legközelebbi csillag a Proxima Centauri (4,28 fé) Naprendszer: 2-3 fé sugarú gömb alakú tér a Nap gravitációja és sugárzása uralja
Csillagok élete, működése – egy kis asztrofizika Csillag: „óriási, magas hőmérsékletű, gázplazma-gömb, energiatermeléssel saját fény” elavult definíció egyik kritérium sem igaz minden csillagra! az Univerzum tömegének 90%-t tömörítő egyedi anyag-objektumok (égitestek?) óriási távolság miatt csak pontszerűnek látjuk fényüket Keletkezésük: kozmikus gázfelhő gravitációs összehúzódásával nyomásnövekedés miatt a mag melegszik 5m K-nél beindul az E-produkció E-kisugárzás egyensúlyt tart G-vel Jellemzőik: fényrend (magnitúdó): a csillag fényessége látszó fényesség (m) – ahogy látjuk az égen, függ a tényleges fényétől és a távolságtól abszolút fényesség (M – luminozitás) – a csillag energia-kisugárzása, függ a tömegtől és állapottól színkép: a csillagok színe O B A F G K M (kék-fehér-sárga-vörös), a felületi hőmérséklettől függ (25e – 3eK) Csillagok alaptípusai: felületi hőmérséklet a fényességgel összefügg (színkép, tömeg, méret is) Hertzsprung-Russel-diagram: a csillagok többsége 3 ágba rendeződik életútjuk 3 stabil szakasza fő típusok (a fénylő csillagok 90%-a): fősorozatú csillagok vörös óriások fehér törpék fősorozatú csillag: H He fúzióval termeli az energiát helye és a tartózkodás ideje a tömegtől függ, utóbbi fordítottan arányos (Nap 15mrd év, 10 Naptömegnél 1mrd év, 1/10-nél 35 mrd év) H elfogy gravitációs összehúzódás tovább, majd 15m K-nél He C fúzió vörös óriás: óriási energia külső tartomány felfúvódik, de a felszín hidegebb lesz egy ideig ismét stabil, de He is elfogy fehér törpecsillag: lassú gravitációs összehúzódás Föld méretűre forró, de gyenge fényű, nagy sűrűségű égitest
Különleges csillagtípusok (kieg.): szuperóriások: >1000 Naptömeg, rövid életű gigaképződmények vörös és barna törpék: <1/1000 Naptömeg, pislákoló örök életű parányok változócsillagok: pulzáló változók: periodikus fényváltozású, instabil óriások fler csillagok: hirtelen többszörösre fényesedő, születő, még nem stabil nóvák: hirtelen több ezerszeresre fényesedő, anyagot is ledobó csillagok szupernóvák: 10 naptömeg felett a csillag belseje hirtelen összeroskad felszabaduló óriási E miatt a külső burok felrobban mrd csillag E C-nél nehezebb elemek keletkezése ekkor maradványa: planetáris köd, közepén szupersűrű neutroncsillaggal: „nem csillagok”: látható fényt nem sugárzó égitestek (XX.sz.-ban ism.) sötét törpék: fehér törpék lassú kihűlésével Föld méretű, de Naptömegnyi csillagmaradványok neutron csillagok - pulzárok: szupernóva-maradványok rádiósugárzással 5-15 km-es, több Naptömegnyi, gyorsan forgó testek fekete lyukak: 1000 naptömegnyi szuperóriások maradványa óriási G miatt, minden anyagot elnyelő és a fényt is elgörbítő testek elméletben előbb tudtunk róluk mint a felfedezés!!! Einstein-kereszttel vagy neutrínó kibocsátásuk révén észlelhetők Csillaghalmazok (kieg.): sok csillag a galaxison belül is kisebb rendszereket alkot kettős és többszörös csillagok: közös tömegközéppont körül keringő rendszerek pl. Sirius A, Sirius B (a legfényesebb csillag, télen látható) nyílt halmazok: párszáz fiatal csillag, 1-1 gázköd anyagából képződtek, a karokban pl. Fiastyúk (Pleiádok) gömbhalmazok: 1-2 millió idős csillag a haloban (tejút síkja alatt és fölött!) pl. M33 Csillagközi ködök (kieg.): a csillagközi anyag sűrűbb részei legtöbbször a galaxisok peremvidékén típusaik: világító (diffúz) gázködök: H-ból álló csillagok fénye áltál ionizált saját lilás fényű ködök, csillagbölcsők pl. Orion-köd, Lagúna-köd, Rozetta-köd, Tarantella-köd (legnagyobb - 1000 fé), reflexiós porködök: főleg grafit kristályok, közeli csillagok fényét szóró kékesszürke ködök sötét ködök: nincs fényük, csak a mögöttes tér takarásából észlelhetők, pl. Lófej-köd planetáris ködök: felrobbant csillagok ledobott táguló gázburka, pl. Rák-köd, Lyra-gyűrűs-köd
Nap – a legismertebb csillag Naprendszerünk központi csillaga: 1,4m km-es, átlagos, középkorú, fősorozatú sárga csillag közepes távolsága: 8,3 fperc ~150mkm (CsE) tömeg 98%-át adja anyag 74% H, 14% He, 2% egyéb anyag szerkezete gömbhéjas: a. mag – 10m K hőmérsékletű, termonukleáris (H He) fúzióval energiatermelés b. röntgentartomány – energia a magból röntgensugárként áramlik kifelé c. konvektív zóna – energiát az áramló anyag szállítja fel kb. 500 km-es cellákban d. fotoszféra – a 6000 K felszín, a hőenergia átalakul fénnyé, granulák e. kromoszféra – 10e km-es fényes alsó légkör, csak napfogyatkozáskor látjuk f. korona – kb. 1m km-es halvány felső légkör, a mágneses erővonalak mentén kiáramló anyag miatt lángnyelv szerkezetű Égen fél fok szögátmérő felületi jelenségei is figyelhetők: 26-34 napos differenciált forgás összekuszálódó mágneses erővonalak 11 éves periódusú mágneses napciklus (napfolt maximum és minimum) felületi jelenségek: napfolt – a fotoszféra alacsony hőmérsékletű, sötétebb részei (umbra – penumbra, ált. csoportosan) protuberancia – a felszínből kiemelkedő 100e km-es gázhidak fler (napkitörés) - a napfoltok felett hirtelen kifényesedő kromoszféra, megnövekedő részecskesugárzás veszélyes Figyeljük !!! Földi hatásai: sugárzása a teljes elektromágneses spektrumban + részecskék is Napszél a kb. 50%-nyi látható fény energiája tartja életben a föld életet és a természeti jelenségek jó részét a Föld légköre és mágneses tere véd a káros sugaraktól
Naprendszer – a Nap családja Naprendszer: gömb alakú tér, amit a Nap gravitációs tere és sugárzása ural sugara: kb. 600e CsE =2 FényÉv =0,61 ParSec csillagászati távolságegységek: 1 CsE - Csillagászati egység: Ekliptika fél-nagytengelye = 149,6m km = 8,3 fényperc 1 fényév - a fény 1 év alatt megtett útja = 9,5b km 1 parsec – az Ekliptika nagytengelye 1 másodperc szögben látszik = 3,26 fé G terében 6 égitestcsoport: bolygók, kisbolygók, törpebolygók, holdak 1 síkban, üstökösök, meteorok + bolygóközi anyag a tér minden irányában Keletkezése: sokféle elmélet (Kant-Laplace, Roche, Alfvén) XX.sz.-ban összegzés Hoyle-elmélet: kozmikus gáz- és porfelhő gravitációs összehúzódása gyorsuló forgás lapulás Egyenlítő mentén Fc miatt leváló anyaggyűrűk kifelé áramló gáz lehűlés cseppfolyósodik, szilárdul összetapad csomókba protoplanetizmálok a gáz már nem tudja kisodorni kozmikus ütközésekkel nőnek impakt formák fokozatos lehűlés miatt az anyagok dermedéspont szerint elkülönülnek bent a nehézelemekből belső v. kőzetbolygók > Föld-típus kijjebb a gázokból külső gázbolygók > Jupiter típus kettő között az 5. bolygópályán nem állnak össze kisbolygók Neptunuszon kívül már kevés gáz + nagyon hideg jégből törpebolygók közelítő kisbolygók, bolygótársak gravitációs befogása vagy a becsapódások kidobott anyagából holdak Napban energiatermelés napszél a maradék gázt „kifújja” külső tartományokban lehűlve összeállnak üstökösök, meteorok Exobolygók kérdése (kieg.): ha ez általános érvényű, minden csillag körül kell legyen bolygórendszer 90-es években új módszerekkel 200 exobolygó (magyarok) ma már kb. 2000 ismert 2009-ben az első Föld szerű exobolygó (Földön kívüliek létezésének valószínűsége megnőtt)
Bolygók - planetológia 8 bolygó: nincs saját fényük, a Napét verik vissza a Nap körül egy síkban, egy irányban keringenek és forognak (két kivétel) mozgásuk Kepler-törvényei szerint: az ellipszis egyik gyújtópontban a Nap (perihélium – afélium), a pályasugár egyenlő területeket súrol (napközelben gyorsabb, naptávolban lassabb a sebesség), a keringési idő négyzete egyenesen arányos a naptávolság köbével belső bolygók: 4 kis méretű, de nagy sűrűségű kőzetbolygó, összesen 3 holddal, külső bolygók: 4 nagy méretű, kis sűrűségű gázbolygó, sok holddal, gyűrűkkel Belső bolygók Merkúr: Naptól max.30 (2 óra) megfigyelése nehéz (Mariner-szonda) kicsi, de legsűrűbb, belül kihűlt, felszínén kráterek légkör nincs + lassú forgás hőmérséklete +430 –185C a legnagyobb hőingás Vénusz: Nap és Hold után a legfényesebb az égen de Naptól max.47 (3 óra) csak este vagy reggel látható esthajnal-„csillag”(!) fényváltozásokat mutat (Mariner, Venyera-szondák) Földi méretű, de egységes kéreg csak rift-árkok + kráterek forró mag vulkánok felszíne pokoli: igen sűrű CO2 légkör hőmérséklet +470C (üvegházhatás), kénsav felhők nagy albedo, de félsötét felszín Föld: erős tektonika, magmatizmus kevés becsapódásos forma, kétosztatú kéreg + hegyek, árkok, stb., közepesen sűrű légkör, mérsékelt hőmérséklettel, folyékony víz élet, 1 nagy hold, sok kráterrel Mars: „vörös-bolygó”, a legismertebb: Marsz, Mariner és Viking-szondák Clinton - 2050-re embert küldeni 98-tól NASA roham: Pathfinder, Mars Express, Spirit, Opportunity, Global Surveyor kis méretű, sűrűségű, vastag litoszféra felszínén Fe, Si kőzetpor, sivatagi formákkal, 3 felszíntípus: délen sok kráter idős felszín, sarkokon glaciális üledéktakarók északon fiatal vulkáni platók, tektonikus hasadékokkal (Mariner-völgy) Tharsis-hátságon (10 km) óriás pajzsvulkánok, (Olympos: 25 km rekord) 1/200 bar nyomású, ritka CO2 légkör hőmérséklet -125 - +25C, gyakori ciklonok légkörben vízgőz jégfelhők + sarkokon jégsapkák felszín alatt is jég kisformák eróziós csatornák egykor folyékony víz is volt, talán élet is?! 2 szabálytalan kis hold
Külső bolygók Jupiter, az óriás: 2. legfényesebb obj., régóta ismert, megfigyelt, Galilei, Pioneer, Voyager, Galileo legnagyobb méretű és tömegű (bolygótömeg 70%-a), közepes sűrűségű gázbolygó, 84% H, 15% He (mint ősnap), kicsi szilárd szilikátos mag, folyékony óceán vastag H légkör, erős széllel, sávos felhőzet CH4, NH3, tetején –140C, lejjebb melegebb sávhatárokon turbolencia, régi anticiklon képződmény a Nagy Vörös Folt 4 nagy holdját Galilei fedezte fel, +16 kis hold és vékony porgyűrűk Szaturnusz: hatalmas gyűrűivel a legérdekesebb ismert: Galilei, Piooneer, Voyager, Cassini 2. legnagyobb, mindenben a Jupiterhez hasonló, de legritkább anyag felhősávos légkörében erős szél, de turbolencia nélkül, -185C hőmérséklet gyűrűrendszere 278e km-es, 3 részes, közelebbről (Pioneer) 1m km-es alig 100m vastag, -tól 10m nagyságig terjedő apró testek felületükön vízjég fényes, 1 nagy, 4 közepes és 18 kis hold Uránusz: 1781-ben fedezi fel Herschel, csak Voyager-2 gyors retrográd forgás, pályasíkba hajló tengellyel, mintha gurulna 50e km-es gázbolygó egységes kékes-fehér felhőzet vékony gyűrűk, 4 közepes és 19 kis hold Neptunusz: 1846-ban az Uránusz pályazavarai alapján fedezte fel Galle csak Voyager-2 1990-ben mint Uránusz, de kékes színű, fehér metánfelhőkkel ciklonképződménye a Nagy Sötét Folt a leghidegebb hely -230 C vékony gyűrűk, 1 nagy és 7 kis hold Plútó „a kívülálló” (most éppen beljebb van a Neptunusznál) 2006-ig a 9. bolygó, bár nem illett a képbe 2006- új kategória: törpebolygó Uránusz és Neptunusz pályazavarai alapján Lowell keresi 1905-től 1930 Tombaugh találja meg Ekliptikára 17-al hajló, erősen excentrikus pálya (Neptunuszon belül) kicsi, de könnyű gázokból áll felszínén métánjég, -230C metánlégkör, holdja a Charon fele akkora Törpebolygók: 2006-tól bevezetett égitest kategória 1960-ban Kuiper elmélete szerint Neptunuszon túl Plútó-szerű égitest övezet 1992- felfedezések, jelenleg kb. 800 ismert (Sedna, Eris) ferde, erősen ellipszis pályán pár száz esetleg pár ezer km-es testek mint óriás üstökös-magok, könnyű, piszkos jégből állnak
Holdak – a bolygókísérők bolygók körül keringő égitestek: 7 nagy hold: 3-5ekm, differenciált belső, kötött tengelyforgás 8 közepes hold: 1-1,5ekm, 16 kis hold: 1-500 km szondák felfedezése ~40 apró hold: néhány tíz km szabálytalan anyaguk belül kőzet, kifelé vegyes, majd jég sűrűség (3,5 - 1g/cm3) Hold: legismertebb égitest, régóta vizsgáljuk, Luna-szondák 14 ember járt ott (Apollo program 1969-74) 384ekm sugarú, 5–ban hajló, erősen elliptikus pálya mindig ugyanazt az oldalát látjuk 27,3 napos kötött tengelyforgás (=keringés) fényváltozások: 29,5 napos, „szinodikus keringés” = 1 holdi nap a Földről: újhold, első negyed, telihold, utolsó negyed fogyatkozások: részleges vagy teljes feltétel: Hold az ekliptika síkjában + teli vagy újhold legyen évente 1-2 Holdfogyatkozás: teliholdkor a Hold a Föld árnyékába kerül egész Földről látszik, a légkörön megtörő fény miatt halványvörös Napfogyatkozás: újholdkor a Hold a Nap elé kerül részleges árnyékzóna 6-8e km széles teljes árnyék keskeny, max.200km kb. és 10e km hosszú ritkább Napközel és Holdtávol esetén nem éri el gyűrűs napfogyatkozás égitest jellemzői: 3476 km , 3,35 g/cm3 sűrűségű, 1/80-ad Földtömeg, 3mrd éve hideg test légköre nincs fekete ég, éles terminátor, hőmérséklet -160 - +130C-ig felszín: vastag inszolációs törmelék (regolit) üveggömbökkel (tektit – becsapódások) becsapódásos formák (kráterek), két színtartomány: terrák: világos, anortozit kőzet, tele kráterekkel ősi mare (tenger): sötétebb, bazalt kőzet, alacsonyabban kevesebb kráterrel fiatalabb Többi bolygó holdjai (kieg.) Mars holdak: Phobos, Deimos: 20/14 km körüli, szabálytalan alakú, kráterekkel, regolitfelszín Jupiter holdak: Ganymedes: legnagyobb, >Merkúr, jégfelszín Callisto: 3.legn. Merkúr, jégfelszín tele fehér kráterrel, 2 óriás Europe: =Hold, ~80km sima jégkéreg, repedésekkel, alatta vízóceán !!! Io: =Hold, jéggel fedett kénóceán, erős vulkáni tevékenységgel Szaturnusz holdak: Titán: 2.legn., >Merkúr, 1,5 bar nyomású N légkörrel, sűrű CH felhőzettel, sötét felszínén élénk domborzat és CH tengerek (2005 Cassini leszállóegység), Iapetus, Tetys: ~1,5/1ekm, nagy sötét folt (Cassini-regio)/ óriási repedés és kráter Uránusz holdak: Titania, Oberon: ~1500km, kis kráterek + repedések (Messina)/ óriás kráterek Miranda: 480 km, de nagy jégtektonikus vetődések, foltok Neptunusz holdak: Triton: 2730 km, vízjégkéreg, repedések, CH4-NH3 óceán, N gejzírek Nereida: legnagyobb excentricitású pálya befogott test
Kis égitestek – kóborló parányok Kisbolygók (Aszteroidák): Titus-Bode-szabály alapján 200 évig keresték az 5. bolygót, 1801 Piazzi: Ceres felfedezése, majd Pallas, Juno, Vesta, további 3000, ~Mars tömeg Jupiter miatt nem álltak össze bolygóvá többségük 2,2-4,5 CsE távolságban, párszáz m-km-ig terjedő méretű kőzettestek nagyobbak gömbszerűek, a kisebbek szabálytalanok, légkörük nincs impakt formák elnyúlt és ferde pályájúak is vannak (0,8-10 CsE) „Földsúrolók”; Ikarus, Eros és 2029B + több ismeretlen megközelítheti a Földet veszélyes „Armageddon” NASA-NEAR program Üstökösök – kométák: ritka, de a legszebb égi jelenségek néhány km-es „piszkos hógolyók”, a Naprendszer ősanyagából 0,1-1 fényév távolságban az Oort-felhőben számuk több milliárd lehet időnként elindulnak befelé (?) igen elnyúlt pálya, hosszú keringési periódus pályájuk változhat (Jupiter, Nap): 1998 Shoemaker-Levy-üstökös darabjai a Jupiterbe rövidperiódusú: Haley – 1986 (76 éves 2062) hosszúperiódusú: Hale-Bopp – 1999 (2500 éves) + parabola (Oort-felhőből), hiperbola (megszökő) szerkezete: mag: több 10km-es kő és jég (Giotto a Haley magjánál) kóma: Napközelben párolog 10ekm fényes felhő porcsóva, ioncsóva: napszél által elfújt 10m km-es halvány sáv párolgás tömeg csökken széteshet meteorok Meteorok: apró testek a Nap körül elnyúlt pályán apró, sötét ~4,5mrd éves testek, rövidperiódusú üstökösök széthullt magjai, légkörbe lépve csillaghullás, sporadikus v. rajok (augusztus 9 - Perseidák, november 11. - Leonidák), 120-70km között a sűrű levegő összepréselődik ionizálódik felvillanás, a legtöbb elhamvad napi 1-2et por kb.~50 nagyobb/év szabadeséssel meteorit fajtái: vas-nikkel, vas-szilikát, szilikát, + szenes kondrit (pl. kabai meteorit) élet építőkövei a Földre (?) 10 méternél nagyobbak becsapódáskor elpárolognak energiájuk krátert robbant (Arizona-kráter) a nagy sebességű felrobbanhat bolida vagy tűzgömb (pl. 1905 – Tunguz-meteor, 2010 – Kassa) Kozmikus katasztrófák (kieg.): néha km-es nagyságrendű óriások óriáskráterek kb. 100-at ismerünk (pl. Manicouagan 300km, Chiaxculub, Ries-medence) következmény globális nagy kipusztulások a földtörténetben (forró lökéshullám, földrengés, „tűzeső”, szökőár, légköri változások) bármikor jöhet?! – „Armageddon”
