A világegyetem szerkezete és fejlődése

Összeállította: Kiss László

Szerkezeti felépítés

• A világegyetem galaxisokból és galaxis halmazokból áll.

• A galaxis halmaz , gravitációsan kötött objektumok halmaza.

• A galaxisok csillagok, égitestek, és egyéb égi objektumok halmaza.

Az Abell 1689 galaxis halmaz

A Tejút rendszer(a mi galaxis rendszerünk)

Szerkezeti felépítés

• A galaxisok nem egyenletesen oszlanak el a térben, hanem csomósodásokat alkotnak.

• A galaxisok halmazai óriási buborékokra hasonlítanak.

• A galaxisok „lepleket” és „szálakat” alkotnak.

• Ezek kapcsolják össze egymással a szuperhalmazokat.

• Az üres tereket a sötét energia tölti ki.

Szerkezeti felépítés

• A galaxisok alakjuk szerint lehetnek elliptikusak, spirálisak, és szabálytalanok.

• A galaxisok erős sugárzást kibocsátó magjai a kvazárok.

A Sombrero elliptikus galaxis

Az NGC 1232 spirál galaxis

A Messier 82 szabálytalan galaxis a Nagy Medve csillagképben

Az ősrobbanás

• A táguló világegyetem megfigyeléséből feltételezik, hogy kb. 13-14 milliárd évvel ezelőtt kellet lennie egy ősrobbanásnak.

• Ez a Nagy Bumm elmélet.

• Gorge Gamow 1948-ban már elméletileg leírta az ősrobbanást.

• Arno Penzias és Robert Wilson 1965-ben méréssel igazolta, ezért Nobel díjat kaptak.

Az ősrobbanás elmélet megállapításai

• A kezdeti hőmérséklet 1032 K

• A Nagy Bumm előtti anyagátmérő < 1 mm

• Kezdetben nagy sebességű tágulás (lásd az előző diát)

• A robbanás után 3 másodperccel protonok, neutronok és könnyebb atommagok keletkeznek

• 300.000 év múltán a hőmérséklet már csak 6000 K

• 1 milliárd év után a hőmérséklet már csak 18 K, s elkezdődik a csillaghalmazok kialakulása

• A csillagok energiatermelésének beindulása után megteremtődtek a feltételek a bolygókon való élet kialakulásához

A táguló világegyetem

• Edwin Powell Hubble (1889-1953) felfedezi 1924-ben, hogy a Tejúton kívül más galaxisok is vannak.

• Megállapítja a világegyetem folyamatos tágulását, a csillagok fényének vörös eltolódásából .

• A Hubble állandó: 𝐻 ≈ 74 𝑘𝑚 𝑠

𝑀𝑝𝑠

• A tágulás sebessége: 𝑣 = 𝐻 ∙ 𝑟 („r” a galaxisok egymástól mért távolsága, tehát minél távolabb vannak egymástól, annál nagyobb a távolodás sebessége.)

A táguló világegyetem

A csillagászati egység és a parsec fogalma

• 1 CsE a Nap és a Föld közepes távolsága. Ez a földpálya fél nagytengelyének a hossza. 1𝐶𝑠𝐸 = 150.000.000 𝑘𝑚

• A parsec a csillagászatban használt távolságegység.

• 1 pc távolságra van a Naptól az az égitest, amelyről nézve a Földpálya fél nagytengelye 1 ívmásodperc alatt látszik.

• 1𝑝𝑐 = 3,26 𝑓é𝑛𝑦é𝑣

A Tejút rendszer

• A Tejút rendszer kb. 300 milliárd csillagból áll.

• Átmérője: kb. 100.000 fényév

• Vastagsága: kb. 5.000 fényév

• A Naprendszer a magtól kb. 26.000 fényévre található.

• A Tejútrendszer magja kb. 100 millió naptömegnyi.

A Naprendszer

• A Naprendszer a Nap gravitációja által egyben tartott bolygórendszer.

• A Naprendszer egyike a Tejútrendszer sok milliárd naprendszerének, amely a galaxisunk Orion spirálkarjában található.

A Naprendszer mozgása

• A Nap (a bolygóival együtt) 250 km/s sebességgel haladva majdnem kör alakú pályán mozog, és 250 millió év alatt tesz meg egy kört a Tejútrendszer magja körül.

A Naprendszer mozgása

A Nap

• Naprendszerünk középpontjában a Nap helyezkedik el.

• A Nap kb. 4,6 milliárd évvel ezelőtt alakult ki egy hatalmas molekulafelhő gravitációs összeroskadása nyomán.

• A Nap tömege 750-szer nagyobb a Naprendszer többi égitestének együttes tömegénél.

A Nap adataiKora 4,6·109 év

Tömege 1,989·1030 kg (332830 · Föld-tömeg)

Átmérője 1390000 km 109 · Föld-átmérő

Térfogata 1300000 · Föld-térfogat

Egyenlítői sugár 695000 km 109 · Föld egyenlítői sugár

Felszíni sűrűsége 2,07·10-7 g/cm3

Tengelyforgási idő a sarkok közelében 35 nap

Tengelyforgási idő az egyenlítőnél 25 nap

Egyenlítői nehézségi gyorsulás 274 m/s2

Szökési sebesség 618 km/s

Felszíni hőmérséklet 5785 K

Centrális hőmérséklet 14-16 millió K

Sugárzási teljesítmény 3,86·1026 W

Tömegveszteség 109 kg/s

Merkúr• Átmérője: 4879,4 km (a Földének 0,383-

szerese)

• Tömege: 3,302×1023 kg (a Föld 0,055-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 5,43 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 0,378 földi g

• Felszíni hőmérséklete: -180 °C +430 °C

• Holdjainak száma: 0

• Forgási ideje a tengelye körül: 58,65 napÁtlagos naptávolsága: 57 909 176 km = 3,22 fényperc

• Nap körüli keringési idő: 87,97 nap (a forgásidő 3/2-e)

• Föld típusú bolygó

Vénusz

• Átmérője: 12 103,6 km (a Földének 0,95-szorosa)

• Tömege: 4,868×1024 kg (a Földének 0,815-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 5,204 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 0,904 földi g

• Felszíni hőmérséklete: +460 °C

• Holdjainak száma: 0

• Forgási ideje a tengelye körül: -243,1 nap

• Átlagos naptávolsága: 108 200 000 km = 6,04 fényperc

• Nap körüli keringési idő: 224,7 nap

• Föld típusú bolygó

Föld

• Átmérője: 12 756 km

• Tömege: 5,974×1024 kg

• Átlagos sűrűsége: 5,52 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 1 g (gyorsulás 9,81 m/s2)

• Felszíni hőmérséklete: -70 °C és +56 °C között

• Holdjainak száma: 1

• Forgási ideje a tengelye körül: 23 óra 56 perc

• Átlagos naptávolsága: 149 600 000 km = 8,3 fénypercNap körüli keringési ideje: 365,25 nap

Mars• Átmérője: 6794 km (a Földének 0,53-

szorosa)

• Tömege: 6,4185·1023 kg (a Földének 0,107-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 3,93 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 0,376 földi g

• Felszíni hőmérséklete: -150 °C és +20 °C közötti

• Holdjainak száma: 2

• Forgási ideje a tengelye körül: 24 óra 37 perc

• Átlagos naptávolsága: 227 900 000 km = 12 fényperc

• Nap körüli keringési idő: 1,88 földi év

• Föld típusú bolygó

Jupiter

• Átmérője: 142 984 km (a Földének 11,2-szerese)

• Tömege: 1,90·1027 kg (a Földének 317,8-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 1,33 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 2,36 földi g• Felszíni hőmérséklete: -130 °C• Ismert holdjainak a száma: 63• Forgási ideje a tengelye körül: 9 óra

50 perc• Átlagos naptávolsága: 778 300 000

km = 43,5 fényperc• Nap körüli keringési ideje: 11,86 év• Az óriásbolygók családjába tartozik,

nincs szilárd felszíne

Szaturnusz

• Átmérője: 120 536 km (a Földének 9,45-szorosa)

• Tömege: 5,6846×1026 kg (a Földének 95,2-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 0,69 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 0,914 földi g• Felszíni hőmérséklete: -180 °C• Ismert holdjainak száma: 62• Forgási ideje a tengelye körül: 10

óra 48 perc• Átlagos naptávolsága: 1 426 725

413 km = 79,1 fényperc• Nap körüli keringési idő: 29,46 év• Az óriásbolygók családjába

tartozik, nincs szilárd felszíne

Uránusz• Átmérője: 51 118 km (a Földének 4,01-

szorosa)

• Tömege: 8,68·1025 kg (a Földének 14,5-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 1,32 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 0,886 földi g

• Felszíni hőmérséklete: -210 °C

• Ismert holdjainak száma: 27

• Forgási ideje a tengelye körül: -17 óra 17 perc (retrográd irányú)

• Átlagos naptávolsága: 2 871 000 000 km = 2,39 fényóra

• a Nap körüli keringési idő: 84,01 év

• A felszínén lévő metán elnyeli a fény vörös összetevőit, ezért látszik kéknek.

Neptunusz• Átmérője: 49 532 km (a Földének 3,89-

szorosa)

• Tömege: 1,02·1026 kg (a Földének 17,1-szerese)

• Átlagos sűrűsége: 1,64 g/cm3

• Felszíni gravitációja: 1,125 földi g

• Felszíni hőmérséklete: -220 °C

• Ismert holdjainak száma: 13

• Forgási ideje a tengelye körül: 16 óra 5 perc

• Átlagos naptávolsága: 4 504 300 000 km = 4,1 fényóra

• Nap körüli keringési idő: 164,79 év

• A felszínén lévő metán elnyeli a fény vörös összetevőit, ezért látszik kéknek.

Fontos jelenségek és fogalmak

• Aurora: a Föld légkörében 100-800 km magasság között kialakuló fényjelenség. A napszélből származó töltött részecskék egy része a Föld mágneses erővonalai mentén a légkörbe jut, és az itt lévő gázrészecskéket ütközéssel sugárzásra gerjeszti.

Fontos jelenségek és fogalmak• Albedó: egy égitest fényvisszaverő képessége. Értéke 0 és 1 közötti

számmal adja meg, hogy a ráeső napfény mekkora hányadát veri vissza. A Föld albedója 0,25 és 0,30 közötti. Értéke főként a felhők, a hó és a jég borította területek nagyságától függ.

Fontos jelenségek és fogalmak• Fekete lyuk: Nagy kezdeti tömegű csillagból élete végén keletkező

objektum. Egy fekete lyukat csak gravitációs hatása révén lehet kimutatni.

Fontos jelenségek és fogalmak

• Szingularitás: A szingularitás egy olyan „állapot”, vagy „hely”, ahol a klasszikus fizika törvényei felmondják a szolgálatot.

• Szinguláris: egyedi, kivételes, különleges viselkedést vagy szabálytalanságot mutató „állapot”, vagy „hely”.

• Tekintsük pl. a sűrűséget. 𝛾 =𝑚

𝑉.

Ha a térfogat tart a nullához, akkor a sűrűség tart a végtelenhez.

• Nos, a térfogat nullának való feltételezése, azaz a nullával való osztásból keletkezik egy szingularitás.

Fontos jelenségek és fogalmak

• Az Univerzum jelenleg feltételezett összetétele:

Fontos jelenségek és fogalmak

• Fler: néhány perces heves robbanás a Nap fotoszférájában vagy afölött. A flerek ellentétes polaritású mágneses terek találkozásakor felszabaduló energiából táplálkozhatnak. Hőmérsékletük több 10 millió K. Egy fler alkalmával több millió tonna anyag hagyja el a Napot nagyságrendileg 1000 km/s sebességgel.

Fontos jelenségek és fogalmak

• Napéjegyenlőség: az az időpont, amikor a nappal és az éjszaka hossza megegyezik. A Nap ekkor keleten kel, nyugaton nyugszik, ugyanannyi időt tölt a horizont alatt, mint felette. (03.21 és 09.23)

• Napforduló: az az időpont, amikor a Nap éves égi útján észak-dél irányú mozgása megváltozik. Míg az égen a nyári napfordulóig a Nap délről északra halad, a nyári napforduló után északról dél felé kezd mozogni. (06.22 és 12.22)

Fontos jelenségek és fogalmak

• Még egy kép a napéjegyenlőség és a napforduló értelmezéséhez .

Irodalomjegyzék

• http://www.csillagaszat.hu/hirek/ko-korai-vilagegyetem/ko-univerzum-szerkezete/sotet-energia-nelkuli-vilagegyetem/

• https://www.mozaweb.hu/Lecke-Fizika-Fizika_11-4_2_A_vilagegyetem_szerkezete_es_fejlodese-105050

• https://sites.google.com/site/kisbaranygyerekmagazin/a-teremtes/3-az-univerzum-kialakulasa

• http://www.atmosphere.mpg.de/enid/3__Nap__s_a_felh_k/-_Albed__34d.html

• http://astro.elte.hu/

• http://www.csillagaszat.hu/

• http://tudasbazis.csillagaszat.hu/oktatasi-segedanyagok/naprendszer/

• http://tudasbazis.csillagaszat.hu/tejutrendszer/

• http://www.mogi-vice.com/Pagine/Scaricamento.html

• Fizikai Kislexikon, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977.

• Simonyi Károly – A fizika kultúrtörténete, (Budapest,1986)

• A technika Krónikája, Officina Nova Kiadó, Kossuth Nyomda, 1991.

• Ifj. Gazda István – Sain Márton: Fizikatörténeti ABC ,Tankönyvkiadó, Budapest, 1989.

• Gábris – Marik – Szabó, Csillagászati földrajz, Nemzeti Tankönyvkiadó Rt., 1998.

Köszönöm a figyelmet