Astronomie Sluneční soustavy II. Slunce. Jan Ebr Olomouc, 19. 4. 2012



Podobné dokumenty
Koróna, sluneční vítr. Michal Švanda Sluneční fyzika LS 2014/2015

Sluneční dynamika. Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR Astronomický ústav UK

Slunce nejbližší hvězda

Úvod do fyziky plazmatu

VY_32_INOVACE_08.Fy.9. Slunce

Slunce zdroj energie pro Zemi

Odhalená tajemství slunečních skvrn

Železné lijáky, ohnivé smrště. Zdeněk Mikulášek

Numerické simulace v astrofyzice

Žhavé i vychladlé novinky ze sluneční fyziky. Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR Astronomický ústav UK

Koróna, sluneční vítr

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Sluneční skvrny od A do Z. Michal Sobotka Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov

Astrofyzika. 1. Sluneční soustava. Slunce. Sluneční atmosféra. Slunce Slunce planety planetky komety, meteoroidy prach, plyny

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

Kroužek pro přírodovědecké talenty I lekce 3 SLUNEČNÍ SOUSTAVA

Spektroskopie Slunce. Michal Švanda. Astronomický ústav MFF UK Astronomický ústav AV ČR. Spektroskopie (nejen) ve sluneční fyzice LS 2011/2012

SLUNCE. 5. lekce Bára Gregorová a Ondrej Kamenský

Cesta do nitra Slunce

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

Slunce - otázky a odpovědi

O původu prvků ve vesmíru

SLUNCE A JEHO POZOROVÁNÍ I FYZIKA PLAZMATU

Geomagnetická aktivita je důsledkem sluneční činnosti. Pavel Hejda a Josef Bochníček

10. Sluneční skvrny. Michal Švanda. Astronomický ústav MFF UK Astronomický ústav AV ČR. Sluneční fyzika LS 2007/2008

Základní charakteristiky

Kroužek pro přírodovědecké talenty I lekce 3 SLUNEČNÍ SOUSTAVA

KATAKLYZMICKÉ UDÁLOSTI. 10. lekce Bára Gregorová a Vašek Glos

Mgr. Jan Ptáčník. Astronomie. Fyzika - kvarta Gymnázium J. V. Jirsíka

Astronomie Sluneční soustavy I. PřF UP, Olomouc,

1. Slunce jako hvězda

Atmosféra, znečištění vzduchu, hašení

Slunce, erupce, ohřev sluneční koróny

Sluneční magnetismus. Michal Švanda Sluneční fyzika LS 2014/2015

Sluneční soustava je součástí galaxie známé také pod názvem Mléčná dráha. Planety ve sluneční soustavě obíhají po eliptických drahách kolem Slunce.

Sluneční magnetismus. Michal Švanda. Astronomický ústav MFF UK Astronomický ústav AV ČR. Sluneční fyzika ZS 2011/2012

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Astronomie. Astronomie má nejužší vztah s fyzikou.

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Chemické složení vesmíru

11. Koróna, sluneční vítr

Astronomie, sluneční soustava

B. Hvězdy s větší hmotností spalují termojaderné palivo pomaleji,

RNDr. Aleš Ruda, Ph.D.

Základní jednotky v astronomii

Příklady Kosmické záření

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.9.A.34 EU OP VK

Jak se vyvíjejí hvězdy?

Stručný úvod do spektroskopie

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Plazmové metody. Co je to plazma? Jak se uplatňuj. ují plazmové metody v technice?

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Za hranice současné fyziky

Reliktní záření a jeho polarizace. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

vysokoteplotního plazmatu na tokamaku GOLEM

počátek 17. století, Johannes Kepler: 19. století: počátek 20. století: 1951, Ludwig Biermann:

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Eruptivní procesy na Slunci a jejich optická, radiová a EUV diagnostika

Astronomie jednoduchými prostředky. Miroslav Jagelka

Fyzické proměnné hvězdy (intrinsic variable star)

Slunce a Sluneční soustava. Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR Astronomický ústav UK

7. Rotace Slunce, souřadnice

Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera. připravil R. Šmída

Zajímavé vlastnosti sluneční atmosféry: magnetická a rychlostní pole

Urychlení KZ. Obecné principy, Fermiho urychlení, druhý řád, první řád, spektrum

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Projekt podpořený Operačním programem Přeshraniční spolupráce Slovenská republika Česká republika

Slunce jako hvězda. Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR Astronomický ústav UK

Pozorování Slunce s vysokým rozlišením. Michal Sobotka Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce


Úvod do fyziky plazmatu

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

Slunce a jeho vliv na Zemi

Hvězdy se rodí z mezihvězdné látky gravitačním smrštěním. Vlastní gravitací je mezihvězdný oblak stažen do poměrně malého a hustého objektu

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. obdobně i ve světě hvězd! náhodný vzorek skupina osob. sportovci na ZOH 2018

Vesmír. Studijní text k výukové pomůcce. Helena Šimoníková D

Urychlování částic ve vesmíru aneb záhadné extrémně energetické kosmické záření

PŘEDCHOZÍ :: DALŠÍ :: OBSAH HISTORIE POZOROVATELNÉ OBJEKTY PŘÍSTROJE METODY AKTIVITA VÝSLEDKY SLUNCE DALEKOHLEDEM PŘEDNÁŠÍ: MICHAL ŘEPÍK

Sluneční stínohra. Michal Švanda. Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov Astronomický ústav UK, Praha

Pulzující proměnné hvězdy. Marek Skarka

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

Základy magnetohydrodynamiky. aneb MHD v jedné přednášce?! To si snad děláte legraci!

Všechny galaxie vysílají určité množství elektromagnetického záření. Některé vyzařují velké množství záření a nazývají se aktivní.

Standardní model částic a jejich interakcí

VESMÍR Hvězdy. Životní cyklus hvězdy

Sluneční fyzika. Vojtěch Sidorin. Praha,

Hvězdný diagram. statistika nuda je, má však cenné údaje. náhodný vzorek skupina osob. obdobně i ve světě hvězd!

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 26. březen 2015

Mechanizmy hvězdné proměnnosti

Elektrodynamika, elektrický proud v polovodičích, elektromagnetické záření, energie a její přeměny, astronomie

Obecná teorie relativity pokračování. Petr Beneš ÚTEF

Přírodopis 9. Naše Země ve vesmíru. Mgr. Jan Souček. 2. hodina

VY_32_INOVACE_06_III./19._HVĚZDY

Petr Kulhánek České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická, katedra fyziky

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

ČLOVĚK A ROZMANITOST PŘÍRODY VESMÍR A ZEMĚ. GRAVITACE

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

9. Astrofyzika. 9.4 Pod jakým úhlem vidí průměr Země pozorovatel na Měsíci? Vzdálenost Měsíce od Země je km.

Transkript:

Astronomie Sluneční soustavy II. Slunce Jan Ebr Olomouc, 19. 4. 2012

Literatura - Slunce je hvězda stelární astrofyzika! - (Vanýsek, V.: Základy astronomie a astrofyziky) - Z. Mikulášek, J. Krtička: Základy fyziky hvězd (dumbell.physics.muni. cz/skripta/zaklady_fyziky_hvezd.pdf) - Michal Švanda: Slunce (2011) - Rudolf Kippenhahn: Odhalená tajemství Slunce (1999) Aktuální zdroje na internetu - portál sluneční aktivity/vlivu na Zemi: www.spaceweather.com - SOHO realtime: sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html

Slunce je hvězda Spektrální třida G2 - povrchová teplota 5780 K - maximum vyzařování 502 nm - (srov. žárovka 2000 3300 K ~ 880 1450 nm) Absolutní jasnot 4,8 mag - zdánlivá jasnost 26,7 (25 mag ~ 10 10 větší zářivý tok než Sírius) - nb: absolutní = jasnost ve vzdálenosti 10 pc (32,6 sv. let) - jasnější než 85 % hvězd v galaxii, přesto relativně slabá - srov.: α Cen 4,38 (1,5 sv. let); Sírius 1,4; Polárka 3,6; Antares 7,3; η Car 12,0 (5 milionkrát větší zářivý výkon)

Proč Slunce svítí? Slunce svítí, protože v jeho nitru probíhají termojaderné reakce Slunce svítí, protože jeho povrch má větší teplotu než jeho okolí! - primární ohřátí Slunce: kolaps přeměna potenciální energie Hydrostatická rovnováha: - srov: ideální plyn - zdroj tepla v centru pomáhá bojovat s gravitací (prvotní teplo se vyzáří) Rovnováha možná i bez zdroje tepla - plynná planeta, hnědý trpaslík: nízká hmotnost (nízká teplota) - bílý trpaslík: degenerovaný elektronový plyn (malý objem)

Termojaderná reakce Zdroj energie dlouhodobě stabilní - zvýšení teploty zvýšení výkonu zvýšení produkce energie zvýšení tlaku expanze povrchu Slunce větší ztráty snížení teploty snížení výkonu

Termojaderná reakce - probíhají v jádře: oblast do 0,2 0,25 průmeru Slunce (teplota až15,7 mil K) - jen 0,8 % na CNO cyklus, zbytek p-p řetězec - vedlejší kanály p-p klíčové pro pozorování slunečních neutrin - 4p He uvolní 0,7 % klidové energie (srov. spalování ropy 5 10-8 %) - 276,5 W/m 3 ~ hromada kompostu (en.wikipedia.org/wiki/sun) - p-p řetězec limitován prvním stupněm - jediný závisí na slabé interakci (proton na neutron) - nutnost překonání elektrického odpuzování nábojů (práh cca 10 mil K) - střední doby reakce pro p+p d 8 10 9 let d+p 3 He 4 vteřiny 3 He+ 3 He 4 He+2p 30000 let - vysvětuje minimální přítomnost deuteria a helia-3 ve vesmíru - pomalosti reakce vděčíme za dlouhodobou existenci Slunce!

Vnitřní stavba Slunce přenos energie - Ideální plyn: - vzestup části plynu snížení tlaku pokles teploty. Pokud < zdejší T, klesne zpět ( vrstva v zářivé rovnováze ), pokud > pokračuje (konvektivní vrstva). - zářivá rovnováha: přenos tepla záření stačí na potlačení gradientu teploty pod mez konvekce. - rozhraní: 2 mil K rekombinace těžkých iontů pokles průhlednosti

Vnitřní stavba Slunce přenos energie - přenos energie zářením velmi pomalý: - individuální kvantum : deseti- až statisíce let - změna teploty v jádře by se na povrchu projevila za 30 50 milionů let - konvektivní vrstva: granule (~1000 km, ~10 minut) a supergranule (~30 000 km, ~24 hodin) - pohyby plazmatu, obzvláště na dně konvektivní vrstvy klíčové pro vznik magnetického pole sluneční aktivita

Povrch a atmosféra Slunce Fotosféra: velmi tenká (jen 300 km), řídká (10 23 částic na m 3 ~ 0,37 % vzduchu na povrchu) - zdroj většiny záření, první průhledná oblast (úbytek H ) - poslední vrstva v termodyamické rovnováze (záření černého tělesa) - vše, co vidíme obyčejným dalekohledem - granulace, skvrny, fakulová pole Chromosféra: nad fotosférou teplota stoupá, ale oblast není v termodynamické rovnováze - víceméně průhledná - nezáří jako černé těleso, ale ve vybraných čarách (Balmerova série) - oblast silně ovlivněná magnetickým polem - spikule, filamenty, erupce Koróna: řídká vnější atmosféra, teploty až miliony K. - koronální smyčky, výtrysky, díry - září především v UV a rentgenovém záření - viditelná při zatmění Slunce: rozptýlené světlo z fotosféry

Pozorování Slunce Ze Země: - omezené vlnové délky (fotosféra/chromosféra, jen některé čáry nejvýznamější H α ano) - vyšší vliv seeingu (chvění vzduchu) než v noci - vakuuový nebo naopak otevřený design, adaptivní optika - rádiová pozorování v širokém spektru (i jevy daleko od povrchu Slunce) - detekce slunečních neutrin Z vesmíru: - nepřetržité sledování v různých oborech (i extrémní UV a rentgenové), všechny části Slunce (SOHO od roku 1995, Ulysses (1990 2009), TRACE, Yohkoh, nyní SDO, STEREO, HINODE)

Nástroje pro studium Slunce Dopplergramy (viz výše) přesné informace i o velmi malých pohybech Magnetogramy - rozštěpení vybraných spektrálních čar v magnetickém poli (Zeemanův jev) - polarizace směr vektoru B Heliosesmologie - pozorování oscilací celého Slunce, nebo jeho částí, šíření vln. Jediná metoda (kromě neutrin) umožňující nahlédnout pod povrch. - upřesňuje modely nitra, určuje polohy vrstev, proudění pod povrchem... - infromace o rotaci různých vrstev (diferenciální nejen různých částí povrchu, ale i různých hloubek) - potvrdila, že problém slunečních neutrin je problémem neutrin a ne Slunce

Problém slunečních neutrin Neutrina: velmi slabě interagují, téměř nehmotné. - zachování leptonového čísla (zanikne elektron musí vzniknout elektronové neutrino) - tři druhy (elektronové, mionové, tauonové) - produkce elektronových ve slabých interakcích - obrovský tok: 6,5 10 10 /cm 2 /s! Detekce neutrin: extrémně obtížná, - experiment Homestake 1968 1994: záchyt neutrina v Cl Ar (400 tisíc litrů C 2 Cl 4 ) - v průměru 1 neutrino denně (jehla v kupce sena!) - 1/3 předpovězeného toku - citlivý pouze na elektornové neutrino Moderní detektory: nádrž s vodou (/těžkou) obklopená fotonásobiči - ciltivé na všechny druhy neutrin - problém vyřešen uvážením oscilací neutrin - nakonec v souhlasu s modely Slunce

Magnetické pole Elektrický proud vytváří magnetické pole kolmé na směr proudu - plazma: ionizované, rozdělené na elektricky nabité částice - ale přitom globálně neutrální? - protony a elektrony výrazně jinak hmotné možnost separace pohybem Lorentzova síla: působí kolmo na rychlost i magnetické pole - vede ke šroubovicovému pohybu - magnetohydrodynamika: působení plazmatu a pole je vzájemné - v závilosti na podmínkách může jedno nebo druhé dominovat (plazma pohybující se podle siločar, pole zamrzlé v plazmatu)

Sluneční dynamo zdroj magnetického pole = vzájemné pohyby na dně konvektivní vrstvy poklidné magnetické pole od pólu k pólu (poloidální) + diferenciální rotace = namotávání siločar (omega efekt) torodiální pole alfa efekt: z poloidálních složek magnetických smyček vzniká nové poloidální pole opačné polarity v 11letém cyklu meridionální proud: unáší magnetické pole k pólům, skutečný cyklus 22 let (opačná polarita 11letých cyklů)

Sluneční skvrny - nejvýraznější projev 11letého cyklu, snadno pozorovatelné - známé od starověku, často považovány za přechody planet - magnetická trubice vyhřezne na povrch lokálně zastaví konvekci - dvojice s popačnou polaritou (i složitější skupiny) - teploty 3000 4500 K, díry ve fotosféře Wilsonův efekt - šířka se mění během cyklu motýlkový diagram - přirozeně nestabilní (magnetický tlak) - stabilizovány vírovou strukturou pod povrchem

Aktivita ve sluneční atmosféře - spikule: 300 tisíc na celém Slunci, 15 minut, průměr 500 km, výška až 10 tisíc km, rychlost 20 km/s - protuberance/filamenty: plyn zachycený ve smyčce magnetického pole, chladnější než okolní chromosféra viditelné světlo (H α dalekohledy) - erupce: rekonexí magnetického pole uvolněná energie urychluje částice interagují s plazmou v chromosféře prudké zvýšení teploty a jasu vyvržení materiálu - koronální výron hmoty (CME): vrchní část smyčky samostatným objektem může opustit Slunce (zasáhnout Zemi). Může nastat i bez pozorované erupce.

Sluneční vítr - koróna: miliony K rychlost dostatečná k úniku neustálý proud částic (+ magnetická pole) - přesný mechanismus ohřívání koróny neznámý - magnetické rekonexe (minierupce) - magneto-akustické vlny - spikule typu II (rychlosti ~100 km/s) - pomalý vítr: 300 400 km/s, rychlý (z koronálních děr, kde je otevřené mag. pole): až 700 km/s + oblaka z CME - u Země jen několik částic cm 3 - viditelný na ohonech komet (míří od Sunce) - heliosféra: oblast kde vane sluneční vítr (než se zastaví o mezihvězdou hmotu) do vzdálenosti cca 200 AU - už 75 90 AU od Slunce: terminační vlna vítr podzvukový, zahuštění prostoru, bubliny ~1 AU, na místě zkoumají Voyager 1 a 2

Sluneční vítr a Země - magnetické pole Země tvarováno slunečním větrem - odklání nabité částice podél siločar, nejprostupnější je u pólů polární záře (aurorální ovál) - oblaka plazmatu ve slunečním větru mohou nést vlastní magnetické pole komplikované interakce, rekonexe - magnetosféra reaguje na změny tlaku slunečního větru změny magnetického pole elektomagnetická indukce možné poškození rozvodné sítě (Kanada 1989), vliv na družice, lety v polárních oblastech...