Gimnazije Šentvid, NEKATERA POGLAVJA IN POJMI IZ ASTRONOMIJE.

NEKATERA POGLAVJA IN POJMI IZ ASTRONOMIJE


Vsebina te strani se v okviru časa in ustreznega gradiva dopolnjuje.



razdelitev fizike stiri osnovne sile
model vesolja http://www.kvarkadabra.net/vesolje/teksti/kozmologija.htm Planckov zakon

Ena izmed verzij kozmologije


Galilei skicira Sonce vsak dan, od 2. do 26. junija 1612. Danes smo njegove skice animirali, res prepričljiv dokaz, da se Sonce premika, vrti. Iz:
http://www.thursdaysclassroom.com/index_03feb00.html
http://www.law.umkc.edu/faculty/projects/ftrials/galileo/galileo.html



Kje je orbita Zemlje - poglavje 24 v "The New Astronomy" - Kepler J. (1609).


Prispodoba ukrivljenosti prostor-časa zaradi mase izražene s prvim členom (T00 = ρ*c2) napetostnega tenzorja iz Einsteinovih enačb polja. V zapisu zraven 8πG/c4 pa sta naravni konstanti, prirejeni k enačbam polja tako, da upoštevajo relativnost časa v ukrivljenem prostor-času in pri majhnih masah ter hitrostih pripeljejo do klasičnega gravitacijskega zakona (F = GMm/r2). V bistvu so Einsteinove enačbe polja v nekem smislu posplošitev znane enačbe E = mc2 na pojav, ki ga večinoma poznamo pod pojmom gravitacija (na ukrivljenost prostor-časa), kjer se tudi upošteva, da je čas odvisen od hitrosti sistema in ukrivljenosti prostora.





  • Slika prikazuje preprost eksperiment inducirane napetosti, pri premikanju s hitrostjo (v) dela žice v sklenjeni električni zanki pravokotno na magnetne silnice (B). Premikajoča žica dolžine d v magnetnem polju povzroči, da se v žici začnejo premikati električni delci - pojavi se električni tok I, ki ga poganja napetost v žici (U = Ed). Inducirana napetost pa je tudi enaka (negativni) spremembi magnetnega pretoka (Φ = BS), deljeni s časom spremembe (inducirana napetost zmeraj nasprotuje spremembi magnetnega pretoka, recimo sila na induciran tok, zavira gibanje žice, to je Faradayev zakon indukcije: U = -BΔS/Δt = -BΔS/Δt = -BΔxd/Δt = -vBd). Razmerje med električnim poljem E in magnetnim poljem B je kar hitrost potovanja žice: E/B = v (absolutna vrednost). Eletrično in magnetno polje sta pravokotni, hitrost pa je pravokotna na ravnino obeh.. To je »preprost« eksperiment, ki pa je dodobra spremenil ta svet. V teoriji nas je pripeljal do posodobljene mehanike. V življenju pa danes večino tehnologij temelji na inducirani napetosti, električni energiji. Najprej smo preko žabjih krakov prišli do baterije in ta je omogočila stabilen vir napetosti in s tem eksperimentiranje. Omenimo še za večino neznanega Williama Sturgeona, ki je leta 1824 kot samouk (veliko je bral) izumil elektromagnet. Njegov prvi elektromagnet je bila stara železna podkev (pa naj kdo reče, da podkev ne prinese sreče), ki jo je ovil s približno 18 ovoji bakrene žice (izolirane žice takrat še ni bilo). Železo je polakiral, da ga je izoliral od navitja žiče. Ko je z baterijo pognal tok skozi tuljavo, je železo postalo namagneteno; to je bil korak v električne generatorje, elektromotorje, transformatorje, v električni nihajni krog kondenzatorja in tuljave – oddajnike in sprejemnike, v svet izjemnih novih tehnologij, računalnikov, gospodinjskih pripomočkov ..., ki so danes temelj moderne družbe – moderne znanstvene metode, tudi astronomije. Ali nas ta preprost eksperiment z indukcijo pripelje tudi do hitrosti svetlobe?


    Tuljava in kondenzator (levo) in iskrni brezžični telegraf z uporabo električnega nihajnega kroga na kondenzator in tuljavo podaljšano v oddajno anteno (desno). Nekaj podobnega je počel tudi Marconijev telegraf na Titaniku in na drugih ladjah - to je bil res velik napredek v komunikaciji. Izkazalo se je, s podobnimi napravami in meritvami, da je hitrost elektromagnetnega valovanja (svetlobe) v vakuumu kar:
    c = 1/(ε0μ0)1/2 = 1/(8,854187817*10-12As/Vm*4*π*10-7Vs/Am)1/2
    c = (m/s)109/(8,854187817*0,4*π )1/2 = 299792458 m/s
    To je maksimalna hitrost potovanja energije - in bistveno določa naravo, energijo vesolja in s tem čas.


  • Origami - prepogibanje papirja in matematika
    - povzel Zorko V.

    Grška abeceda, simboli, ... za html4 (pomoč pri pisanju html kode - glej in uporabi kolono "Entity" - deluje v FF in IE) - koda & lambda ; & asymp ;

    Grška abeceda in nekateri ostali znaki (pomoč pri pisanju html kode).

    Ukazi za nekatere simbole, potence, indekse (iz http://www.barzilai.org/math_sym.htm)

    * * * POVEZAVE NA RAZLIČNE SPLETNE VSEBINE (!!!)
    .


    Od septembra 1999 je stran obiskalo veliko ljudi.

    Za astronomski krožek: ZORKO Vičar

    Komentarji so zaželjeni.
    E-POŠTA, RFC-822: Zorko.Vicar@guest.arnes.si


    Nazaj na domačo stran.







    Cikel prispevkov na temo: "Nazaj pod zvezdno nebo"

  • Pomen in vloga astronomije, neba, za človeštvo

  • Orionova pot – ali so v Sloveniji ostanki neolitskih »observatorijev« (ali jih samo v Sloveniji ne sme biti – previdnost ni odveč, to velja za vse kraje sveta)

    Nekaj vprašanj na temo astronomije.

  • Skozi grede - bivanje in svet, slika sveta, ... - avtor Marjan Divjak, ki sledi izreku:
    "Verba volant, scripta manent." ("Besede odletijo, napisano pa ostane").



















































    Einsteinova najsrečnejša misel v življenju.
    A. Einstein je skozi okno svoje pisarne na Patentnem uradu v Bernu opazoval krovca na sosednji strehi (leto 1906).


    Pomislil je, kaj bi se zgodilo, če bi možak padel v globino. "Če človek prosto pada, ne čuti teže. Postal sem razburjen. Ta preprosta misel je name naredila globok vtis. Približala me je teoriji gravitacije." Kasneje je Einstein svoj miselni poskus s krovcem označil kot najsrečnejšo misel svojega življenja.


    Nič težnosti, nič gibanja. Tudi moderni "krovec", astronavt,
    prosto pada in zato zanj ni težnosti, poleg tega pa lahko povsem
    utemeljeno trdi, da miruje. Drugi opazovalci lahko vidijo dogajanje
    drugače, toda to na astronavtova opažanja in meritve ne vpliva.











































































    Laplace-Runge-Lenz vektor D - ohranja smer.












    Svetilnost, svetlobni tok, svetlost, osvetljenost.
    http://rsagencies.co.za/lumens-for-the-laymen/


    Johann_Dietrich_Worner_16feb2017_ljubljana_38.jpg


    Protoplanetarni disk okoli mlade zvezde podobne Soncu - model. Mlada zvezda osvetli diskovno atmosfero (akrecijski disk), kar vodi do žareče strukture in močnih gradientov - razlik v temperaturah, gostotah, tlaku. Prašna zrna velikosti okrog µm so pomešana s plinom, kar ima za posledico neprozornost samega diska. Prašna zrnca okrog mm premera se gravitacijsko premaknejo proti srednji ravnini diska, kjer lahko še naprej rastejo in se spuščajo proti notranjim območjem diska - tudi proti centralni zvezdi. S kemijskega vidika lahko disk razdelimo na tri plasti: (1) hladna srednja plošča v kateri molekule zamrznejo v prašne ledene delce (tukaj, na razdalji več kot 2 AE od centralne zvezde, nastanejo planeti, ki jih imenujemo plinski velikani, recimo Saturn, Jupiter ...), (2) toplejši vmesni sloj, kjer se tvorijo molekule in ostanejo v plinski fazi, in (3) topla direktno obsevana atmosfera sestavljena iz različnih atomov. Vir: https://www.europhysicsnews.org/articles/epn/pdf/2020/01/epn2020-51-1.pdf
    Protoplanetarni diski so neke vrste kozmične drevesnice, kjer mikroskopska prašna zrna prerastejo v kamenčke, planetesimale in tudi planete. Planeti, ki nastanejo od meje zmrzali proti centralni zvezdi, s časom postanejo kamniti planeti (recimo Zemlja), saj jim centralna zvezda večino lažjih atomov odpihne.

    Protoplanetarni disk HL Tauri - izjemen posnetek ESO sistema radijskih teleskopov "Atacama Large Millimeter Array" (ALMA). V disku se vidijo sledi nastajajočih planetov.


    Sonce, Zemlja: fotosinteza, kisik, glukoza, celično dihanje, oksidacija glukoze, ATP - energija celic ...


    Ocena atomov po velikosti (periodni sistem) delno določa njihove lastnosti. Fluor je najbolj elektronegativen (na drugi orbitali ima le en elektron manj od popolne zasedenosti in je zato zelo majhen) in zato tudi najraje reagira z atomi, ki imajo zadnjo orbitalo le delno polno (en ali dva elektrona), recimo iz prve ali druge skupine. Ker je fluora malo in je že ves vezan, je drugi atom po elektronegativnsoti (rad veže zunanje elektrone ostalih elementov) kisik. Ker je kisika veliko (v zrak ga sproščajo cianobakterije in rastline preko fotosinteze), in ker se pri oksidaciji sprosti veliko energije (premestitev elektronov), je to najpomembnejši elemet, ki je omogočil razvoj velikih vretenčarjev na Zemlji, tudi človeka - aerobno dihanje. Oksidanti so lahko tudi nekateri ostali atomi - anaerobno dihanje - a je sproščene energije celo 20x manj, kot pri dihanju kisika. Zato je razvoj velikih živali omogočil šele kisik iz ozračja ...
    V rdečem okvirčku je tudi vodik, skupaj s kisikom se veže v vodo H2O. To sta torej atoma življenja - seveda so pomembni tudi ostali atomi (C, N, P, Ca, Fe ...).


    SLIKA: Kako pa je z definicijo velikosti atomov? V kemiji, fiziki ni čisto dobro definirana velikost atomov. Obstaja teoretična velikost elektronskega oblaka atoma in seveda tudi različne meritve, metode (in pričakovano smo teoretični model velikosti atomov »našraufali« do te mere, da meritve in izračuni še kar sovpadajo). Recimo – da je polmer polovica minimalne razdalje med jedroma dveh atomov istega elementa, ki nista vezana v isti molekuli, potem je tukaj razdalja med atomskimi jedri v molekuli – recimo za kovalentno vez, ionsko vez ... Zato so tudi podatki o velikosti atomov precej različni, odvisno od metode. Graf prikazuje izmerjen (preko kovalentnih vezi v molekulah), izračunan in Van der Waalsov polmer atomov. Van der Waalsov polmer se določi z merjenji medatomskega prostora med pari vezanih atomov v kristalih.


    Pred 2,4 milijarde let
    Ata, kako bomo živeli na tem planetu, to je vendar ledena krogla?
    Danes
    Ata, super si izbral ta modri planet, tukaj bomo živeli. Pred 2,4 milijardami let pa si se zmotil!


    Najbrž trenutno zdaleč najstarejši odkriti astronomski observatorij – star vsaj 12000 let - Göbekli Tepe (v jugovzhodni Anatoliji, danes jv Turčija - izkopavala je nemška arheološka skupina pod vodstvom Klausa Schmidta od leta 1996 do njegove smrti leta 2014). Na stebrih prepoznamo ozvezdja Laboda, Škorpijona, lahko tudi Orla (Labod je takrat bilo cirkumpolarno ozvezdje). To svetišče, observatorij, po starosti do 6000 let presega čas piramid, Stonehanga ... Kamen s podobo Laboda z odprtino, ki kaže proti severu – ve pa se, da je pred 18000 leti bil Deneb blizu osi vrtenja Zemlje (takratna »severnica«). Severne usmeritve zgodnjih neolitskih kultnih zgradb so pogoste v Anatoliji. To je izjemen dokaz, da so ljudje iskali orientacijo (in koledar - čas) na nebu že skoraj pred 20000 leti. Deneb bo spet skoraj »severnica« čez približno 8000 let (okrog leta 10000). Precesija Zemlje ima periodo približno 25771,5 let (Zemljina rotacijska os opiše plašč stožca, zato se del neba, ki leži v smeri osi spreminja – trenutno je blizu Severnica – spreminjata pa se tako tudi točka pomladišča in jesenišča). Ob tem se ne moremo več čuditi, kako to, da je precesijo enakonočij poznal že Grk Hiparh (ogromno znanja so nam torej zapustila že ljudstva zgodnjega neolitika, po novem celo mezolitika – srednje kamene dobe, seveda v navezavi s paleolitikom, ki se konča pred približno 12000 leti, konec ledene dobe – dokaz je zagotovo astronomski observatorij Göbekli Tepe - Trebušasti hrib na Jutrovem ali tam nekje).


    Štiri osnovne sile narave.


    Kozmični delci, žarki.


    Slika prikazuje Bohrov model vodikovega atoma, ki je geometrijsko sicer napačen, a diskretnost energijskih nivojev (barvni spekter vodika) je pravilno razložil in izpeljal korektno enačbo energijskih stanj elektrona vodika (eden večjih uspehov človeštva). Rdeča spektralna črta je znamenita H-alfa črta (valovne dolžine 656,28 nm - prehod elektrona iz tretjega na drugi energijski nivo), v kateri opazujemo podrobnosti sonca (izbruhe, protuberance ...) s teleskopi z H-alfa filtri.






    Razvojne faze lahkih in masivnejših zvezd so precej različne. Masivnejše zvezde tudi veliko prej (manj kot v 5 milijardah let) pridejo do končne faze - supernove (nevtronske zvezde ali črne luknje) - zato masivnejše zvezde niso primerne za planetne sisteme primerne za razvoj visoko razvitega življenja. Dolgožive zvezde (10 milijard let in več) podobne Soncu pa so tozadevno veliko obetavnejše, kar se tiče naseljivih kamnitih planetov. Masivnejše zvezde pa so z nukleosintezo težjih elementov in izmetom le teh med eksplozijami (med eksplozijami nastajajo tudi težji elementi od železa), omogočile nastanek zvezd prve generacije, recimo kot je Sonce, bogatih s težkimi elementi, kar omogoča nastanek kamnitih planetov.


    Klasifikacija spremenljivih zvezd!
    Vir: https://chandra.harvard.edu/graphics/edu/earth_scientist_stars.pdf


    Nastanek emisijskega in absorpcijskega spektra – emisijski spekter se lahko posname preko planetarne meglice M57 (tudi za različne pline v šolskem laboratoriju). Absorpcijske črte pa lahko učenci zelo enostavno opazujejo pri Soncu – dovolj je že ozka reža in uklonska mrežica, ter zatemnjena soba.


    Barve planetarne Obročaste meglice (M57 v Liri) proti zvezdam ali kako enostavno določiti kemijsko sestavo meglice. To izjemno poučno in hkrati enostavno vajo lahko naredi vsak učitelj s pomočjo učencev in z uporabo uklonske mrežice, teleskopa in navadnega fotoaparata. Razklonjena Obročasta meglica je na sliki vidna le nekajkrat, saj oddaja svetlobo zgolj v nekaj barvah (kor recimo vzbujen plin v laboratoriju – take vaje so se včasih delale v naravoslovnih oddelkih). Dve najizrazitejši barvi meglice sta rdeča (zaradi vodika) in modra (zaradi kisika). Ti se na levi strani od središča slike pojavita kot skoraj prekrivajoči se sliki v rdeči in modri barvi. Slika desno od sredine pa prikazuje meglico v kombinaciji barv, kot jo vidimo običajno. Spektri zvezd pa so skoraj zvezni (opazijo se absorpcijske črte), saj oddajajo večino svoje svetlobe v barvah po vsem vidnem spektru (sevajo kot črno telo). Te barve torej ustvarjajo skoraj neprekinjeno črto, zato se zvezde pojavijo v spremstvu večbarvnih črt. Razklon (disperzija) svetlobe objekta v barve je znanstveno zelo koristna metoda, ki lahko razkrije kemijsko sestavo objekta, njegovo hitrost in oddaljenost. To vajo pa lahko naredi tudi vsak učenec.
    Čudovito planetarno meglico M57 lahko z učenci tudi opazujemo v Liri, s teleskopi premera 150 mm ali več, od pozne pomladi pa do zime. Na sredi meglice je bela pritlikavka – tak konec čaka tudi naše Sonce. Vir slike: apod.
    Čudovito planetarno meglico M57 lahko z učenci tudi opazujemo v Liri, s teleskopi premera 150 mm ali več, od pozne pomladi pa do zime. Na sredi meglice je bela pritlikavka (ki se v amaterskih teleskopih ne zazna) – tak konec čaka tudi naše Sonce. Spodaj je shema najpreprostejšega spektrografa na uklonsko mrežico (t. i. »slitless spectrograph«), ki zmore didaktično tako izjemne slike, kot je recimo ta iz strani APOD.


    Shema in izračun "slitless spectrographa", pred leti izdelanega na Šentvidu. Naredi ga lahko vsakdo, ki ima možnost namestiti digitalni fotoaparat na teleskop, pred detektor svetlobe (recimo nekaj cm) pa namestimo uklonsko mrežico (mi smo uporabili 100 rež na mm – ima jo vsaka šola v fizikalnem kabinetu) – in to je vse kar rabimo. Mi smo pred leti uporabili CCD kamero. Seveda se prej poučimo o gostoti svetlobnih elementov foto čipa, malo poračunamo, testiramo in v pol ure izjemno učinkovit in praktično zastonj spektrograf že deluje. Z njim lahko posnamemo spektre zvezd (emisijske spektre nekaterih meglic). Kot bomo videli spodaj, lahko potrdimo tudi Planckov in Wienove zakon. Zagotovo si šole ne morejo privoščiti dragih astronomskih spektrografov - "slitless spectrograph" pa za pedagoške namene čisto zadostuje.


    S preprostim spektrografom zgolj na uklonsko mrežico (t. i. »slitless spectrograph«) potrjena Planckova porazdelitev sevanja (dj/dλ = (2πhc25)(ehc/(λkT)-1)-1) pri različnih temperaturah (tipih zvezd) in hkrati potrditev Wienovega zakona: λ*T=2897Kµm. Seveda je v spektrih zvezd zaznati izrazite absorbcijske črte, a zamik spektrov proti desni, glede na padajočo površinsko temperaturo zvezd, je očiten. Posneto s CCD kamera ST7 med raziskovalim delom leta 2002. Vesolje se tukaj izkaže kot idealen laboratorij za take vaje, če bi namreč na šoli v laboratoriju hoteli doseči temperature 50 000 K, najbrž takih meritev ne bi bilo. S pomočjo zvezd pa tak graf posnamemo relativno hitro in enostavno.











    Astronomija in orientacije zgradb. Slika prikazuje sončni kompas Vikingov – v resnici metodo, kako so naši predniki določali smeri neba. Ta metoda je bila osnova za gradnjo hiš, templjev, observatorijev v smeri vzhod – zahod, sever – jug. Pot vrha sence navpične palice (gnomona) se označi s kamenčki, s kredo ali kako drugače. Krivulja vrha sence je pri nas hiperbola; senca vrha palice pa je v splošnem, glede na geografsko širino, če pade na ravno površino, stožčasti presek - hiperbola, elipsa ali na severnem, oz. južnem polu krog. Kako pa določimo smeri neba iz poti (krivulje) sence? Iz središča, ki ga določa palica, z vrvico narišemo krog, ki 2x preseka pot sence. Smer obeh presečišč, kroga in poti sence, je smer vzhod – zahod. Pravokotnica na premico EW pa določa smer sever – jug. Vemo, da so mnoge največje in najstarejše zgradbe (piramide, katedrale, observatoriji ...) usmerjene v smeri vzhod – zahod pod stopinjo natančno (res občudovanja vredno).


    Emisijski spektri različnih atomov:


    vodik H - 1 elektron


    helij He - 2 elektrona


    ogljik C - 6 elektronov


    dušik N - 7 elektronov


    kisik O - 8 elektronov


    neon Ne -10 elektronov


    argon Ar - 18 elektronov


    železo Fe - 26 elektronov


    kripton Kr - 36 elektronov


    ksenon Xe - 54 elektronov


    živo srebro Hg - 80 elektronov
    VIR: http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast350/Labs/Lamps/index.html













    TheGreatFamine_of_the1870s_had_devastating_effects_in_India.jpg
    Od leta 1875 do 1878 so sočasne večletne suše v Aziji, Braziliji in Afriki, imenovane Velika suša, povzročile ekstremno skromne pridelke, pomanjkanje hrane, kar je povzročilo tako imenovano globalno lakoto, ki je imela za posledico do 50 milijonov smrtnih žrtev in dolgotrajne družbene posledice.
    Primer kaže, da je naš planet, že pred brutalnimi posegi človeka v okolje bil globalno podnebno zelo ranljiv - a po letu ali dveh poruštve vremenskih ciklov, se utečeni vzorci po nekaj letih spet vrnejo v "utečene" vzorce (oceanski tokovi se stabilizirajo). To kažejo tudi vzorci poselitev - kjer ni padavin ni civilizacij. A na skali nekaj 1000 let se vremenski vzorci lahko radikalno spremenijo - poznamo primere recimo iz severne Afrike, Grenlandije, Južne Amerike. Velik del vplivov pripisujemo nebesni mehaniki, izsevu Sonca in zmeraj bolj življenju - človeku (obdobje antropocena, holocen naj bi se že končal).


    Oceanski površinski tokovi (so posledica vetrov, Coriolisove sile, temperaturnih razlik ...) – so poleg Sonca, glavni generatorji vremenskih dogajanj na Zemlji (zaradi vpliva vetra segajo 200 m globoko, zaradi Coriolisove sile tudi do globine 1000 m in več – obstajajo pa tudi globinski termohalinski tokovi do globine 3 km - hladna, težja voda potone in se večinoma premika proti tropom). Če se površinski tokovi zgolj rahlo spremenijo, lahko, zaradi suše v prej deževnih pokrajinah, trpi do 4 milijarde ljudi. Posledice nihanj oceanskih cirkulacij so bile včasih pogubne za desetine milijonov ljudi (recimo od leta 1876 do 1878 je umrlo do 50 milijonov ljudi - zgodba se lahko seveda še ponovi). Voda nam lahko vse da, a tudi vse vzame ...


    Osnove optike - konveksna in konkavna leča, nastanek slik! Leče so optične naprave, ki izkoriščajo lom svetlobe. Pri vpadu svetlobe iz zraka na steklo ali katero drugo snov, kjer je hitrost širjenja svetlobe manjša od hitrosti v zraku (ali brezzračnem prostoru) se žarek lomi proti vpadnici - pravokotnici na mejno ploskev zrak - snov.




    Graf razdalje (v giga – ali milijardah - svetlobnih letih) v primerjavi z rdečim premikom po modelu Lambda-CDM. dH (v črni barvi – približno velja izpeljava dH = Ro(t/to)2/3, kjer Ro in to veljata za starost vesolja 380 000 let) je razdalja premikanja vidnega vesolja od Zemlje do lokacije s Hubblovim rdečim premikom z, medtem ko je ctLB (LB pomeni »lookback«, graf v pikčasto rdeči barvi) hitrost svetlobe, pomnožena s časom pogleda nazaj (lookback) na Hubblov rdeči premik z. Razdalja je podoba vesolja med zdaj in oddaljeno lokacijo, ki trenutno limitira velikost opazljivega vesolja na približno 47 milijard svetlobnih letih (od tam še dobivamo informacije o mladem vesolju, a nikakor ne današnjega stanja snovi na tej razdalji). Čas nazaj (lookback) pa je razdalja, ki jo je prešel foton od trenutka, ko je bil oddan, deljena s svetlobno hitrostjo, pri čemer največja razdalja 13,8 milijard svetlobnih let ustreza starosti vesolja. Zgolj ocene za ta dva grafa (ctLB = ct in dH = Ro(t/to)2/3) dobimo, če za čas vstavimo približno enačbo v odvisnosti od rdečega premika (velja le za z>1): t = (2/(3HΩo1/2))(1 - 1/(1 + z) 3/2)
    Pojasnilo
    ΛCDM (lambda in hladna temna snov) ali Lambda-CDM model, je parametrizacija kozmološkega modela velikega poka, v katerem vesolje vsebuje tri glavne komponente: prvič, kozmološko konstanto, označeno z lambda (grško Λ), povezano s temno energijo, ki pospešeno širi vesolje; drugič, domnevna hladna temna snov (skrajšano CDM); in tretjič, navadna snov iz masnih delcev. Pogosto ga imenujemo standardni kozmološki model velikega poka. Je najpreprostejši model, ki razmeroma dobro pojasnjuje trenutne razmere v vesolju in preteklo dogajanje, ki ga zaznamo preko meritev oddaljenih galaksij, zvezd, supernov, preko valovnih dolžin oddane svetlobe in Dopplerjevega pojava. Mi smo ta model opisali s srednješolko matematiko in se v veliki meri približali jedru razlage preko interpretacije meritev (Doppler in širjenje vesolja, fenomen nastanka osnovnih delcev in atomov, zvezd planetov, galaksij in preko temperature vesolja, ki se odraža v mikrovalovnem sevanju ozadja - s pomočjo gravitacije smo še ocenili časovno odvisnost razdalje trenutno še vidnega vesolja – od koder seveda dobivamo zgolj še signale iz preteklosti - 13,8 milijard let starega vesolja, sama enačba vidnega horizonta pa nam je pomagala še pri časovni odvisnosti temperature vesolja). Temna snov (nismo je veliko omenjali), je odgovorna za tvorbo galaksij in jo zaznamo preko tretjega Keplerjevega zakona (v = (GM/r)1/2) – ko hitrost z razdaljo od centra galaksij večinoma ne pada (kot bi pričakovali po gostoti vidne snovi), ampak dolgo ostaja skoraj konstantna, zaradi prisotnosti temne snovi.

    Ko je vesolje bilo staro 380000 let (vrednosti se nekoliko razlikujejo, recimo 379000 let, itn), so se pojavili prvi atomi (rekombinacija) in mikrovalovno sevanja ozadja je začelo tedaj skoraj neovirano pot skozi prostor in čas. Vidno vesolje je bilo takrat veliko približno 42 milijonov svetlobnih let. Rezultat za R še vidnega vesolja bomo ocenili iz enačbe za širjenje vidnega horizonta - velja R = Ro(t/to)2/3 = 4.2*107 sv. let(13.8*109/380000)2/3 = 46058835150 sv. let = 46 109 sv. let. V tem razmerju ( R/Ro = 1100 ) se je tudi povečala valovna dolžina mikrovalovnega sevanja ozadja (temperatura je v tem času padla od T1 = 3000 K na sedanjo T2 = 2,72548 K, saj velja Wienov zakon T = b/λ, od koder sledi z + 1 = λ1/λ2 = T1/T2 = 3000 K/2,72548 K = 1100 – rdeči premik, trenutna točnejša vrednost je z = 1089. Če se vzame gostota na enoto valovne dolžine (Planckov zakon), bo danes (T2 = 2,72548 K) po Wienovem zakonu vrh pri valovni dolžini λ2 = 1,062 mm, kar odgovarja frekvenci 282,2 GHz. Pri starosti vesolja 380 000 let in temperaturi 3000 K pa je bil vrh Planckovega sevanja pri valovni dolžini λ1 = λ2/(z +1) = 1,062 mm/(1089 + 1) = 0,000974312 mm = 974,3 nm ≈ 970 nm (bližnja infrardeča svetloba) – v spektru je bilo takrat še tudi veliko vidne svetlobe. Ta temperatura je precej blizu temperature žarilne nitke volframove žarnice (če bi se takrat rodili - 380 000 let po velikem poku – bi se rodili v okolje svetlobe volframove žarnice – »'Fiat Lux!' Bodi svetloba!« drugič, prvič pa velja ta resnica ob velikem poku).
    Približno velja d ≈ R (glejte graf) za mlado vesolje.

    Razdalje v vesolju ocenjujemo z znano povezavo d = zc/H, recimo za rdeči premik telesa z = v/c okrog 0,003, za 1/H privzamemo kar starost vesolja 1/H = 13.8 109 let, je razdalja do objekta d = zc/H = 0.003*3*108 m/s*13.8 109 let = 42 106 sv. let. Enačba d = zc/H velja zgolj za v/c < 0,1, splošna enačba pa je d = v/H = (c/H)*((z+1)2-1)/((z+1)2+1).


    Spekter prasevanja izmerjen z inštrumentom FIRAS na satelitu COBE je najbolj točno izmerjen spekter absolutno črnega telesa v naravi. Podatkovne točke in napake v grafu zakriva teoretična krivulja po Planckovem zakonu. Spekter za črno telo pri temperaturi T2 = 2,72548 K. Vrh spektra je v mikrovalovnem delu s frekvenco 160,4 GHz, kar odgovarja valovni dolžini 1,870 mm. Če pa upoštevamo gostoto na enoto valovne dolžine, bo po Wienovem zakonu vrh pri valovni dolžini 1,062 mm, kar odgovarja frekvenci 282,2 GHz. Pri starosti vesolja 380 000 let in temperaturi 3000 K pa je bil vrh Planckovega sevanja pri valovni dolžini λ1 = λ2/(z +1) = 1,062 mm/(1089 + 1) = 0,000974312 mm = 974,3 nm ≈ 970 nm (bližnja infrardeča svetloba) – v spektru je bilo takrat še tudi veliko vidne svetlobe. Ta temperatura je precej blizu temperature žarilne nitke volframove žarnice.


    Meritve prasevanja z različnimi inštrumenti (slika levo): Holmdelska rogasta antena (1965), COBE (1992) in WMAP (2003). Primerjava rezultatov prasevanja na 10 ° delu neba (slika desno) s satelitov COBE, WMAP in Planck, 21. marec 2013. Odkrita so bila tudi zelo majhna nihanja (odstopanja od povprečja – zato vzorci v sevanju ozadja) temperature (1/100 000), ki kažejo na začetke današnje strukture vesolja. Tako majhna nihanja so tudi dokaz kozmološkega načela - ki pravi, da je vesolje enako v vseh smereh. Ta nihanja so znana kot "valovanje na robu vesolja". Temperaturna nihanja se razlaga kot razlike v gostoti snovi v tistem obdobju, kar je delno vzrok današnji strukturi vesolja. Danes vemo, da so te fluktuacije najbrž premajhne in za tvorbo galaksij je imela najbrž odločilno vlogo temna snov.


    Vizualizacija celotnega vidnega vesolja. Merilo je takšno, da drobna zrna predstavljajo zbirke velikega števila galaktičnih superjat. Superjata Device - dom Rimske ceste - je označen na sredini, vendar je premajhen, da bi ga lahko videli. Polmer vidnega vesolja je 46,6 milijard svetlobnih let (torej premer okrog 93 109 sv. l. ali 28 milijard parsekov). Rob je torej vidna preteklost iz časov začetka vesolja, približno 13,8 milijard let nazaj. A v tem času se je vesolje napihnilo z rdečim premikom z + 1 = λdanesoddana = 1,062 mm/0,000974312 mm = Tnekoč/Tdanes = R/Ro = 46,6 109 sv. l./ 42 106 sv. l. ≈ 1100.



    NOČNA MORA

    Mature, ki sledi normalnemu obisku šole, nimam samo za nepotrebno, ampak celo za škodljivo. Za nepotrebno jo imam, ker brez dvoma lahko učitelji kake šole ocenijo zrelost mladega človeka, ki je več let obiskoval šolo. Vtis, ki so ga učitelji med časom šolanja dobili o učencu, in zagotovo veliko število pisnih izdelkov, ki jih je moral izdelati vsak učenec, dajo skupaj dovolj obširno podlago za oceno učenca, boljšo, kot jo lahko da še tako skrbno izveden izpit.

    Za škodljivo imam maturo iz dveh razlogov. Strah pred izpitom in velik obseg snovi, ki jo je treba zajeti s spominom, v znatni meri škodujeta zdravju številnih mladih ljudi. To dejstvo preveč dobro poznamo, da bi ga bilo treba na dolgo utemeljevati. Vseeno pa bi rad omenil znano zadevo, da številne Ijudi v zelo različnih poklicih, ki so v življenju uspeli in za katere ne moremo reči, da imajo šibke živce, do pozne starosti v sanjah muči strah pred maturo.

    Matura je škodljiva še zato, ker zniža raven poučevanja v zadnjih šolskih letih. Stvarno zaposlitev s posameznimi predmeti prerado nadomesti nekakšno bolj ali manj zunanje urjenje učencev za izpit, poglobitev pa nadomesti nekakšen bolj ali manj zunanji dril, ki naj razredu pred izpraševalci podeli določen sijaj. Zato proc z zrelostnim izpitom!

    A. Einstein

    Zapis je bil objavljen v časopisu Berliner Tageblatt 25. decembra 1917.

    Zgornji zapis (prevod) je bil zavrnjen (okrog leta 2002) v neki strokovni slovenski reviji, čeprav ga je za objavo predlagal zelo eminenten naravoslovec (prof. dr. Janez Strnad - prof Janez se je poslovil leta 2015). Če se strinjamo z zapisanim ali ne, neobjava Einsteinovega razmišljanja veliko pove o (ne)svobodi in kritičnosti duha naše dežele.




    Globalna cirkulacija zraka in vreme na Zemlji.


    Coriolisova sila je sistemska sila - na rotirajoči plošči se recimo pot kotleče žoge ukrivi.
























    Poti ciklonov na planetu Zemlja
    Avtorstvo slike: National Hurricane Center, NOAA, NASA; obdelava: Nilfanion (via Wikipedia)

    Pojasnilo: Kje na Zemlji potujejo cikloni? Znani kot orkani, ko so v Atlantskem oceanu in tajfuni v Tihem oceanu, karta prikazuje poti vseh večjih neviht od 1985 do konca 2005. Zemljevid grafično prikazuje, da se cikloni običajno pojavljajo nad vodo, kar je smiselno, saj jim izhlapevanje tople vode daje energijo. Karta tudi kaže, da cikloni nikoli ne prečkajo in se le redko približajo Zemljinemu ekvatorju, saj se tam Coriolisova sila zmanjša na ničlo, cikloni pa za gibanje Coriolisovo silo potrebujejo. Coriolisova sila tudi povzroči, da gredo ciklonske poti proč od ekvatorja. Čeprav dolgoročni trendi ostajajo predmet raziskav, dokazi kažejo, da so orkani v zadnjih 30 letih v severnem Atlantiku v povprečju postali močnejši, njihova moč pa naj bi se še stopnjevala.

    Vir: apod


    Shema kroženja vode v naravi - Sonce je glavni vir energije za ta izjemen proces, ki ohranja naš planet v modrini življenja.


    SN rekviem: supernova, videna trikrat do zdaj
    Avtorstvo slike: NASA, ESA, Hubble; podatki: S. A. Rodney (U. South Carolina) et al.; obdelava slik: J. DePasquale (STScI)

    Pojasnilo: To isto supernovo smo videli trikrat - kdaj jo bomo videli četrtič? Ko oddaljena zvezda eksplodira kot supernova, imamo srečo, če jo vidimo vsaj enkrat. V primeru AT 2016jka ("SN rekviem"), se je eksplodirajoča zvezda slučajno nahajala za središčem jate galaksij (v tem primeru MACS J0138) in primerjava slik vesoljskega teleskopa Hubble pokaže, da smo jo videli trikrat. Te tri slike supernove so označene v krogih blizu spodnjega roba leve slike, posnete leta 2016. Na desnem posnetku, narejenem leta 2019, so krogi prazni, ker so vse tri slike ene supernove zbledele. Vendar računalniško modeliranje učinka leče jate kaže, da bi se morala na koncu v zgornjem krogu na desni sliki pojaviti četrta slika iste supernove. Toda kdaj? Najboljši modeli predvidevajo, da se bo to zgodilo leta 2037, vendar je ta datum negotov za približno dve leti zaradi nejasnosti v porazdelitvi mase jate in zgodovine svetlosti zvezdne eksplozije. Z izpopolnjenimi napovedmi in pozornim spremljanjem bodo Zemljani, živeči čez 16 let, morda lahko ujeli to četrto sliko – in morda naenkrat izvedeli več o jatah galaksij in supernovah.
    Vir: apod



    Supernova rekviem (AT 2016jka - oddaljena okrog 10 milijarde sv. let), vidna 2016 v treh preslikavah gravitacijskega lečenja jate galaksij MACS J0138 (4 milijarde sv. let daleč) - četrtič bi naj bila vidna okrog leta 2037 (daljša pot). Čakamo!