8 . hvĚzdy
Post on 22-Feb-2016
87 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
8. HVĚZDYMgr. Monika Bouchalová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.1
FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIAASTROFYZIKA
III/2-2-2-18Tento digitální učební materiál (DUM) vznikl na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo
CZ.1.07/1.5.00/34.0794 s názvem „Výuka na gymnáziu podporovaná ICT“.
Zpracováno 11. března 2013
• kosmické objekty takové hmotnosti, že v nich vzplanuly termonukleární reakce
• mají kulovitý tvar, ve kterém je udržuje gravitace
• představují dominantní složku svítící hmoty ve vesmíru
• gravitačně jsou vázány v galaxiích (v jedné galaxii asi kolem 100 miliard)
• silnější vazby se vyskytují v tzv. hvězdných asociacích nebo hvězdokupách (vždy ovšem v rámci galaxie)
• Zemi nejbližší hvězda je Slunce
HVĚZDY
VNĚJŠÍ• relativní (závisí na poloze pozorovatele)
• Hvězdná velikost• Vzdálenost
• absolutní • Zářivý výkon • Efektivní teplota • Spektrální třída• Hmotnost • Poloměr • Chemické složení
CHARAKTERISTIKY HVĚZD
VNITŘNÍ• Centrální teplota Tc
• Centrální tlak pc
• Většina fyzikálních veličin se u hvězd vyjadřuje v jednotkách vztažených ke Slunci, označují se astronomickým symbolem Slunce, např. M.
Centrální teplota
Postupnou přeměnou H na He se pozvolna zvyšuje střední hmotnost částic plynu a mění se také hustota. Chemické změny v nitru hvězdy vedou ke zvyšování centrální teploty Tc.
Centrální tlak
Ve stabilní hvězdě musí platit v každém místě jejího nitra rovnováha mezi gravitační silou a silou vztlakovou. Říkáme, že hvězda je v hydrostatické rovnováze. Na vztlakové síle se podílí zejména tlak plynu. V nitru velmi žhavých hvězd se uplatní také tlak záření.
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnitřní
Obr.: 1
Hmotnost od 0,08 M do cca 100 M, M = 2.1030 kg; většina 0,3 až 5 MS;
Podle tohoto parametru lze zjistit délku života hvězdy.
Hvězdná velikost, též magnituda, bezrozměrná, fotometrická veličina, která udává jasnost objektu (světelného zdroje) na obloze.
Hlavní jednotka jasnosti je 1 magnituda = 1 mag. Hvězdná velikost se zmenší o 5 mag, vzroste-li jasnost stokrát.
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
Obr.: 2
Absolutní hvězdná velikost též absolutní magnituda (značka M) - Není závislá na vzdálenosti od Země (na rozdíl od magnitudy). Je to magnituda, pozorovatelná 10 pc od hvězdy (čili 32,6 světelných roků) Zářivý výkon, někdy nesprávně „svítivost“ (značka L , rozměr W), obvykle v jednotkách (tzv. nominálního Slunce) L = 4×1026 W celková energie vyzářená ve všech vlnových délkách za jednotku času.Zářivý výkon hvězdy závisí na její hmotnosti.Povrchová teplota (značka T, jednotka K). S ní souvisí dominantní barva vyzařovaného světla. Tzv. Spektrální typ
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
Obr.: 3
Spektrální třída
Povrch. Teplota
(K)
Barva hvězdy Typ hvězdy Příklady
hvězdHmotnost
(MS)Poloměr
(RS)
Zářivý výkon(LS)
O 5000030000 modrá
modří nadobři ζ Pup, δ Pup,
ζ Ori2050 15 1 400
000
B 3000011000
modro bílá
nadobři, bílí trpaslíci
Regulus, Rigel, Sirius B
3,2 17 7 20 000
A 110007500
bílomodrá
nadobři, bílí trpaslíci,
hvězdy hl. posl.
Vega, Altair,Sirius A,
Prokyon B
1,8 3,2 2,5 80
F 75006000
žlutobílá
nadobři,hvězdy hl. posl.
Canopus, Polárka, Procyon
1,2 1,7 1,3 6
G 60005000 žlutá nadobři,
hvězdy hl. posl.Slunce, Capella
0,8 1,1 1,1 1,2
K 50003500 oranžová
červení nadobři, obři,
hvězdy hl. posl.
Pollux, Arktur,
0,6 0,8 0,9 0,4
M 35003000 červená
červení nadobři, obři
trpaslíci
AntaresBarnardova
hvězda, roxima Centauri,
0,008 0,05 0,4 0,04
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
TřídaPovrch. Teplota
(K)
Barva hvězdy Typ hvězdy Příklady
hvězdHmotnost (
MS)Poloměr
(RS)
Zářivý výkon(LS)
O 5000030000 modrá
modří nadobři ζ Pup, δ Pup,
ζ Ori2050 15 1 400
000
B 3000011000
modro bílá
nadobří, bílí trpaslíci
Regulus, Rigel, Sirius B
3,2 17 7 20 000
A 110007500
bílomodrá
nadobří, bílí trpaslíci,
hvězdy hl. posl.
Vega, Altair,Sirius A,
Prokyon B
1,8 3,2 2,5 80
F 75006000
žlutobílá
nadobři,hvězdy hl. posl.
Canopus, Polárka, Procyon
1,2 1,7 1,3 6
G 60005000 žlutá nadobři,
hvězdy hl. posl. Slunce, Capella0,8 1,1 1,1 1,2
K 50003500
oranžová
červení nadobři, obři,
hvězdy hl. posl.Pollux, Arktur,
0,6 0,8 0,9 0,4
M 35003000 červená
červení nadobři, obři
trpaslíci
AntaresBarnardova
hvězda, Proxima Centauri,
0,008 0,05 0,4 0,04
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnějšíPro zapamatování písmen ve správném pořadí, existují říkanky.
Ó Buď Alespoň Frajere Galantní Ke Mně.
Oh Be A Fine Girl/Guy Kiss My Lips.
Vzdálenost – jednotka ly nebo pc
Poloměr – vzhledem k velkým vzdálenostem se i největší hvězdy jeví jako bodové zdroje. Lidské oko dokáže rozlišit dva svítící body v úhlové vzdálenosti asi 1´.Sluneční poloměr R je vzdálenost od středu Slunce k povrchu sluneční fotosféry. R = 695 997 km.
Chemické složení – průměrné složení látky ve hvězdě. • vodík (téměř 80 % všech atomů),• helium (téměř 20 %). • ostatní prvky dohromady představují asi 2 % všech atomů ve
vesmíru.Pozorování jsou bezprostředně přístupny jen svrchní vrstvy hvězd, jejichž složení zpravidla odpovídá složení zárodečné mlhoviny, z níž hvězdy vznikly.Chemické složení není konstantní, ale s časem se mění.
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
Dobu rotace lze určit pomocí Dopplerova jevu.
Dopplerův jev popisuje změnu frekvence a vlnové délky přijímaného oproti vysílanému signálu, způsobenou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače.V astronomii se Dopplerův jev projevuje posuvem spektrálních čar vyzařovaných vesmírnými tělesy.
Pokud se tělesa vzdalují, lze pozorovat rudý posuv.
Pokud se tělesa přibližují , lze pozorovat modrý posuv.
Při vyšších rychlostech se však projevuje i dilatace času, je proto třeba brát v úvahu relativistický Dopplerův jev.
cv
CHARAKTERISTIKY HVĚZD - vnější
diagram
• závislost mezi absolutní hvězdnou velikostí a spektrální třídou hvězd byla nalezena Ejnarem Hertzsprungem již roku 1905
• vynesení do diagramu, jak ho chápeme v současnosti, je dílem Henryho Russella z roku 1913
HERTZSPRUNGŮV RUSSELLŮV - HR diagram
Obr.: 9
Ejnar Hertzsprung *1873Dánský chemický inženýr. Zabýval se především spektrální fotometrií hvězd a otevřenými hvězdokupami. Během své cesty do USA v roce 1910 se potkal s Russellem, který došel ke stejným závěrům…
Henry Norris Russell *1877Americký astronom.Jejich společná práce byla poprvé graficky znázorněna v roce 1913, a pojmenována Hertzsprungův – Russellův diagram, ze kterého vyplynulo oddělené postavení hvězd hlavní posloupnosti a obrů.Zpočátku ho mylně interpretoval a považoval za důkaz toho, že se hvězdy vyvíjejí podél hlavní posloupnosti.
HERTZSPRUNGŮV RUSSELLŮV - HR diagram
Obr.: 4
Obr.: 5
HERTZSPRUNGŮV RUSSELLŮV - HR diagram
Obr.: 7
HERTZSPRUNGŮV RUSSELLŮV - HR diagram
Obr.: 8
HLAVNÍ POSLOUPNOST• nejpočetnější skupina hvězd (90 % všech)• probíhá úhlopříčně diagramem• patří do ní hvězdy, které jsou v nejlepších letech svého života
(žluté hvězdy typu Slunce a červení trpaslíci)• stráví zde asi 85 % svého života
V tomto stádiu je pro ně charakteristické:• energie je čerpána z termonukleární fúze , mění ve svých jádrech
vodík na helium • poloha je téměř neměnná, závisí na hmotnosti a složení hvězdy
(čím je M větší, tím větší je tlak i teplota a tím rychleji probíhají termonukleární reakce) (MS – 10 miliard let, 15 MS – 10 milionů let)
• horizontální změna polohy je možná pouze u těsných dvojhvězd• vertikální změna polohy je v průběhu vývoje běžná
HR DIAGRAM
PODOBŘI• hvězdy, které se postupně stanou obrem nebo veleobrem• poté co se stanou rudým obrem, odhodí vnější vrstvy a ty vytvoří
planetární mlhovinu• na místě původní hvězdy zůstane neaktivní jádro skládající se
převážně z C a O
VĚTEV OBRŮ • hvězda se stane obrem, když spálí vodík • v héliovém jádře se zapálí 3 α cyklus (He → C)• zvětší svůj objem, přitom klesne její
povrchová teplota, ale zvýší se zářivý výkonVELEOBŘI• velmi hmotné a zářivé hvězdy, nacházející se
na konci svého aktivního života• velice vzácné – na 1 milion hvězd připadá 1 veleobr• nejbližší Canopus se nachází ve vzdálenosti 310 ly
HR DIAGRAM
BÍLÝ TRPASLÍK • vzniká zhroucením hvězdy o průměrné nebo podprůměrné hmotnosti
(nejsou dostatečně hmotné, aby dosáhly ve svém jádře teplot potřebných k fúzi uhlíku)
• maximální hmotnost bílého trpaslíka, po jejímž překročení již degenerační tlak není schopen odolat gravitaci, je asi 1,4 MS.
• bílý trpaslík, který přesáhne tuto hodnotu obvykle přenosem hmoty ze svého hvězdného průvodce, exploduje jako supernova, pokud se tak nestane, ochladí se za stovky miliard let natolik,že již nebude viditelný a stane se černým trpaslíkem
• zajímavou vlastností bílých trpaslíků je jejich pomalá rotace
HR DIAGRAM
ČERVENÍ OBŘI• pro hvězdy s hmotností menší než 4 MS platí, že vyčerpání vodíku
v centru spustí rozpínání hvězdy do podoby červeného obra
• je to červená hvězda - nízká teplota
• má vysoký zářivý výkon - obr
• absolutní hvězdná velikost je kolem 0 mag
• povrchová teplota asi 3 500 K
• poloměr 10 – 100 poloměrů Slunce
• V HR diagramu jsou umístěny vpravo nahoře
HR DIAGRAM
Obr.: 10
Použitá literaturaLiteraturaMACHÁČEK, M.: Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika. Prometheus, Praha 1998 ISBN 80-7196-091-8
http://hvezdy.astro.czhttp://cs.wikipedia.org
Obrázky: [1] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://hvezdy.astro.cz/obr/hvezdy/charakteristika/rovnovaha.jpg [2] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://hvezdy.astro.cz/obr/hvezdy/charakteristika/mag.gif [3] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://hvezdy.astro.cz/obr/hvezdy/charakteristika/startype_.gif [4] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR9I-
aA7kwOaT3bOCSNgKCI5F2pNUZAM2vKDCEl3p4g4Gl_-7U8XA [5] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://hvezdy.astro.cz/obr/hvezdy/diagram/russell2.jpg [6] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://astronomia.zcu.cz/obr/hvezdy/diagram/hrgenericsml.jpg [7] Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-03-10]. Dostupné
z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/HR_diagram.png [8] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://galaxie.web2001.cz/hvezdy/obrazky/diagram2.jpg [9] [online]. [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://astronomia.zcu.cz/obr/hvezdy/diagram/hraxes.gif [10] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/Sun_red_giant_cs.svg/676px-
Sun_red_giant_cs.svg.png
top related