Вес 190 тыс тонн Размер 50 м Период 366 дней Расстояние

Вес=190 тыс тонн Размер=50 м Период=366 дней Расстояние до Земли=21000 км Следующее опасное прохождение в 2046 году на = 1 500 000 км

Ньютон И. (1666) Окна он закрыл плотными ставнями и в одной из ставней проделал маленькую круглую дырку, величиной с крупную горошину. Через это отверстие врывался в черный мрак узкий пучок солнечных лучей. Ньютон тихо шагал по комнате, подставляя под лучи ладонь, В руке у него была треугольная бумагу или пропуская их дальше, стеклянная призма — до самой стенки. обыкновенный кусок стекла с тремя ровными гранями. Время от времени Ньютон вставлял эту стекляшку в пучок солнечных лучей. И получил цветную полосу.

William Hyde Wollaston (1766 -1828) Впервые пронаблюдал в 1810 году 7 темных линии в спектре Солнца. Его ошибочная интерпретация: темные линии это провалы, разделяющие разные цвета в спектре.

Место рождения звездной спектроскопии

Joseph van Frauenhofer (1787 -1826) 1) С 11 лет собирал оптические инструменты 2) Работая в военной фирме и калибруя оптические стекла, он обнаружил около 475 линий в спектре Солнца, которые не соответствовали «пробелам» Волластона. 3) Получив спектры других звезд, он обнаружил, что в спектрах разных звезд положение линий различно. 4) Тем самым он впервые установил, что эти линии не им земного атмосферного происхождения. 5) Отождествил одну линию как линию натрия P. S. Гершель первым указал на то, что линии образуются в холодной атмосфере Солнца.

Спектр Солнца, полученный Фраунгофером Фраунгофер: In a shuttered room I allowed sunlight to pass through a narrow opening in the shutters. [. . . ] I wanted to find out whether in the colour-image of sunlight, a similar bright stripe was to be seen, as in the colour image of lamplight. But instead of this I found with the telescope almost countless strong and weak vertical lines, which however are darker than the remaining part of the colourimage; some seem to be nearly completely black. Обозначение A 759. 4 нм B 686. 7 C 656. 3 D 589. 0 E 527. 0 F 486. 1 G 430. 3 H 396. 8 K 393. 4 Принадлежность кислород (атмосфера Земли) водород ( H alpha) нейтральный натрий (Na I) нейтральное железо (Fe I) водород (H beta) бленда линий металлов ионизованный сальций (Ca II) ионизованный кальций (Ca II) Современное отождествление линий Фраунгофера

Спектр Солнца Джозеф фон Фраунгофер Спектр Арктура

Основатели спектрального анализа Густав Роберт Кирхгоф (слева) и Вильгельм Эберхард Бунзен Статья Кирхгофа о фраунгоферовых линиях

Законы излучения Кирхгофа 1 закон: нагретое твердое. жидкое тело или плотный газ излучают во всех длинах волн и производят непрерывное излучение. 2 закон: разряженный горячий газ дает излучение в определенных спектральных линиях 3 закон: холодный газ поглощает излучение в определенных линиях, наложенных на непрерывнй спектр.

Отец Секки (1818 -1878) В 1860 -1880 годах Секки, Хеггинс и Фогель установили, что 4000 звезд по виду призменного спектра можно разделить на 4 группы. Типичные спектры представителей этих групп приведены выше. Звезды с сильно различающимися спектрами составляют незначительную долю. В дальнейшем такое разделение на группы было положено в

В 1880 году в Обсерватории Гарвардского университета начались большие работы по классификации спектров звезд. В результате в 1918 -1924 году был опубликован Каталог Генри Дрепера, содержащий спектральный класс и яркость каждой из 225000 звезд.

Женская «команда» Обсерватории в Гарварде за процессом классификации звезд Анна Кеннон ( 1863 – 1941 )

Сесилия Пейн-Гапошкина ( 1900 – 1979) Определили химический состав звезд. Установила, что водород и гелий это самые обильные элементы во Вселенной.

15

Физики, чьи идеи способствовали развитию астрофизики 1927 год Lorentz 16

Что надо знать о космической среде Космическая среда это: - газ-частицы (атомы, электроны, протоны, ионы… - поле излучения Поэтому надо знать: - газовые законы - распределение частиц по скоростям - распределение частиц по состояниям возбуждения - распределение частиц по степеням ионизации - механизмы переносы энергии - характристики поля излучения

Идеальный газ В исследованиях ЗА используются законы молекулярной физики, в частности, идеального газа. Основные предположения для такого газа (сделанные Максвеллом): 1. Макроскопический объем содержит большое число частиц. 2. Среднее расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц. 3. Нет никаких сил взаимодействия между частицами, кроме сил, возникающих при столкновениях. 4. Столкновения между частицами только упругие. 5. Отсутствуют внешние силы, действующие на объем, поэтому: - частицы распределены в объеме равномерно, - частицы двигаются в разных направлениях с одинаковой вероятностью и по прямым траекториям. 18

Закон идеального газа (1). Итак, идеальный газ это газ частиц, которые соударяются только упруго и которые не взаимодействуют друг с другом силами притяжения или отталкивания. Другими словам, можно представить газ как ансамбль абсолютно твердых шариков, которые могут только сталкиваться. В таком газе вся внутренняя энергия это только кинетическая энергия частиц. Любое изменение этой энергии должно сопровождаться изменением температуры. Такой газ характеризуется только 3 параметрами: температурой, давлением и объемом. Соотношение между ними устанавливается кинетической теорией и называется законом идеального газа. 19

Закон идеального газа (2) PV=n. RT или P=Nk. T, где N= /m P= давление (дина cм-2) V = объем (cм 3) N = число частиц в единице объема = плотность газа (г cм-3) n = число молей газа Клапейрон П R = постоянная Ридберга= (1799 -1954). = (8. 314 x 107 эрг/моль/K) T = температура в Кельвинах k = постоянная Больцмана (1. 38 x 10– 16 эрг/K) = средний молекулярный вес в AMU (1 AMU = атомная единица массы=1. 66 x 10 -24 г) 20 Закон был получен Клапейроном в 1834 году

Законы излучения Кирхгофа 1 закон: нагретое твердое. жидкое тело или плотный газ излучают во всех длинах волн и производят непрерывное излучение. 2 закон: разряженный горячий газ дает излучение в определенных спектральных линиях 3 закон: холодный газ поглощает излучение в определенных линиях, наложенных на непрерывнй спектр. 21

Каждый элемент производит линии, находящиеся на определенной длине волны. 22

Спектр звезды как пример действия законов Кирхгофа Непрерывный спектр образуется в глубоких горячих и плотных слоях атмосферы. Линии поглощения образуются в холодных поверхностных слоях атмосферы звезды. Линии излучения обычно образуются в очень высоких слоях, выходящих за пределы атмосферы, например, в хромосфере или короне. 23

Распределение частиц по скоростям Распределение частиц массы М по скоростям дается формулой Максвелла: J. Maxwell (1831 -1879 По оси У приведены величины, пропорциональные вероятности того, что частицы имеют конкретную скорость. Видно, что каждая температура соответствует определенному интервалу скоростей, и средняя скорость (вертикальные линии) растет с температурой. 24

Модель атома Бора: постулат 1 1) имеются строго определенные радиусы и энергии – но разные для разных атомов. Чем больше орбитальный радиус, тем больше энергия электронов Niels Bohr (1885 -1962) r 3 , E 3 r 2 , E 2 => E 3 > E 2 > E 1 Первая орбита соответствует «основному состоянию» r 1 , E 1 Водород Гелий 25 Бор

Атом Бора i j Энергия атома зависит от силы взаимодействия электронов с ядром. Разность энергий электронов на разных орбитах соответствует строго определенной частоте νij (или длине волны λij). Для атома водорода они указаны на рисунке. Переход электрона с нижней орбиты i ( с меньшей энергией) на более внешнюю орбиту j (с большей энергией) возможен только, если атом поглотит фотон с энергией h νij. И, наоборот, при переходе j i излучится квант той же энергии. 26

Диаграмма энергетических состояний Такая диаграмма (называемой диаграммой атома водорода Гротриана) более удобна, чем предыдущий Ее=13. 22 э. В Ее=13. 06 э. В рисунок. Здесь каждая горизонтальная линия соответствует определенному энергетическому состоянию (определенной орбите электрона). Слева приведены значения энергий возбуж дения уровней с Серия номером n – E. Приведены также n Пашена наименования серии переходов с определенных уровней. : континуум Е 4=12. 75 э. В Е 3=12. 09 э. В Серия Бальмера Е 2=10. 20 э. В Е 1=0 э. В Серия Лаймана Расположение водородных линий в спектре 27

Распределение частиц по состояним возбуждения В Дополнении к этой лекции было отмечено, что вероятность реализация состояния частицы с энергией пропорциональна фактору Л. Больцман (1844 -1906) Формула Больцмана описывает распределение числа атомов по энергиям возбуждения атомов : - населенность уровней - статистический вес уровня - энергия возбуждения уровня Пусть есть просуммированное по всем уровням населенности полное число атомов данного элемента на всех уровнях: , т. е. Тогда можно получить, что - сумма по состояниям 28

Распределение атомов по состояниям ионизации В плазме атомы данного элемента могут находиться в разных стадиях ионизации. Формула Саха позволяет вычислить отношения атомов, находящихся в соседних стадиях ионизации: ( - М. Саха 1893 -1956 ) масса электрона Важно отметить большую чувствительность ионизации к электронному давлению: чем меньше давление, тем больше степень ионизации, и наоборот. 29

Пример 1 Степень ионизации кальция для условий в солнечной атмосфере. Пример 2 Степень ионизации железа для условий в солнечной короне. Видно, что при таких высоких температурах железо находится в очень высоки степенях ионизации 30

Абсолютно черное тело детектор Представим себе полностью закрытый ящик, имеющий только малое отверстие. Свет, попавший через это отверстие внутрь ящика, имеет очень малую вероятность выхода обратно. В конце концов, этот свет будет поглощен газом или стенками ящика. И лишь его небольшая часть выйдет из отверстия. Если температура стенок ящика будет сохраняться постоянной , то будет газ и стенки будут в состоянии полного термодинамического равновесия (ПТР). Если стенки нагревать, то излучение заполнит всю полость. Та часть излучения, которая будет выходить из малого отверстия, не сможет изменить характер равновесного излучения. Это излучение называется излучением абсолютно черного тела (АЧТ). Замечание: строго говоря, АЧТ это абстракция.

Теоретически возможно состояние полного термодинамического равновесия. Планк установил, что интенсивность излучения АЧТ имеет следующий вид: или В полости:

Кривые Планка для разных температур. Обратить внимание, как смещается максимум кривых

Из всех астрофизических объектов идеальное планковское распределение имеет реликтовое микроволновое излучение. Это излучение прошло без взаимодействия с веществом расстояние в 10 млрд. с. л.

Пример: Солнце как АЧТ Излучение (ватт / м 2/ нм) Излучение Солнца на границе земной атмосферы АЧТ с Т=5700 К Излучение Солнца на уровне моря Полосы поглощения Длина волны (в нм)

Возможные механизмы переноса энергии • Теплопроводность – ниже покажем, что этот процесс не играет роли в звездных атмосферах. Для Солнца этот механизм переноса энергии составляет лишь 10 -5 часть от лучистого потока. • Конвекция – наиболее важна в атмосферах поздних звезд. Но для Солнца ее поток энергии составляет лишь 1% от лучистого потока. • Производство тепла – за счет диссипации акустических и гидродинамических волн (в хромосфере и в переходной зоне Солнца между хромосферой и короной). Для звездных атмосфер этот механизм не играет роли. • Истекание вещества (звездный ветер) под влиянием давления излучения – важно для горячих звезд. • Перенос энергии нейтрино – не играет роль в звездных атмосферах • Перенос энергии излучением – самый важный механизм в звездных атмосферах.

Длины волн и частоты 1 А=1 10 -10 м=10 -8 см – ангстрем 1 нм=10 -9 м=10 -7 см=10 А – нанометр (обычно испольуется для визуальной области спектра) 1 м=1 000 нм=10 000 А – микрометр (обычно используется для инфракрасной области спектра) Волновое число – число длин волн в 1 м (иногда в см) Частота – число длин волн в 1 сек – размерность: герц, мегагерц или гигагерц Энергетические единицы Энергия: 1 e. V = 1. 6 x 10 -19 джоуля = 1. 6 x 10 -12 эрг 1 ke. V = 103 e. V, 1 Me. V = 106 e. V, 1 Ge. V = 109 e. V, 1 Te. V = 1012 e. V, 1 Pe. V = 1015 e. V, 1 Ee. V = 1018 e. V 37