Proč hvězdy září

rubrika: 1. Astronomický koutek


Abychom rozuměli tomu, proč hvězdy září a jak žijí, je třeba vědět, co to jsou atomy. Vesmír - stejně jako naše nejbližší okolí - poznáváme prostřednictvím světla.

Axina


modernimodelatomu.jpgAtomy

Z chemie známe, že atom je nejmenší částečka prvku, například vodíku, uhlíku, hélia, kyslíku, železa atd. V přírodě a ve vesmíru známe 104 prvků. Atomy jsou velmi malé. Jejich kvadrilion (10 na 24) váží 1 gram. Kdybychom jich narovnali vedle sebe 10 milionů (10 na 7), dostali bychom řadu dlouhou 1 mm.
Přes nepatrné rozměry je atom složitý. Podobá se sluneční soustavě. Kolem těžkého jádra (slunce) obíhají lehounké elektrony (planety). Průměr jádra je stotisíckrát menší, než průměr celého atomu. Přesto je jádro několiktisíckrát těžší, než elektrony. Jádro je složeno z kladných protonů a z neutronů, které nemají elektrický náboj. Mezi protony a neutrony v jádře působí obrovská přitažlivost, zvaná jaderná síla. Je nejsilnější ze všech základních interakcí, působících mezi částicemi hmoty. Hvězda září díky této jaderné síle. Z protonů v nitru hvězd vytváří jaderná síla jádra těžších prvků a při tom se uvolňuje velké množství energie.

Elektrony obíhající kolem jádra jsou záporně nabity a jejich počet je stejný jako počet protonů v jádře. Proto se jeví atomy jako elektricky neutrální. Ale ve hvězdách jsou elektrony z atomů vyraženy, takže zbývají buď holá jádra nebo kladně nabité ionty. Žhavé hvězdné plyny jsou složené z iontů, mezi nimiž se rychle pohybují volné elektrony. Takové žhavé směsi kladných iontů a záporných elektronů se říká plazma. Je to čtvrté skupenství hmoty vedle skupenství pevného, kapalného a plynného. Hvězdy jsou tedy velká plazmová tělesa.

Nitro Slunce a ostatních hvězd je směsicí atomových jader a elektronů, které se pohybují závratnými rychlostmi. Atomová jádra ve Slunci mají rychlost několika set km/sec. Elektrony se pohybují mnohem rychleji, 10 000 km/sec i více. U mnohých hvězd jsou tyto rychlosti ještě větší. V nitru hvězd je vysoká hustota (ve Slunci 100 g/ccm) a jádra i elektrony na sebe prudce narážejí. Je-li srážka dvou atomových jader zvlášť prudká, obě jádra splynou a vytvoří jádro nové, těžší. Těmto přeměnám jader se říká termonukleární reakce, neboť probíhají za vysokých teplot (10 milionů až 3 miliardy stupňů). Při termonukleárních reakcích se uvolňuje velké množství energie. Například přeměna 1 kg vodíku na hélium uvolňuje 250 milionů kWh. Poznámka: Vyjádřete cenu této energie v Kč a pochopíte, proč se vědci a technici na Zemi tak usilovně snaží získávat energii z termonukleárních reakcí.

Hvězdy jsou složeny hlavně z vodíku. Vodíková jádra jsou protony a z nich se v nitru hvězd budují ostatní prvky. V nitru Slunce a mnoha jiných hvězd se za teploty 10 až 20 miliónů stupňů mění vodík na hélium. Čtyři protony se sloučí v jádro hélia. U hvězd vyvinutějších, které už přeměnily vodík na hélium, mění se za teploty 100 miliónů stupňů hélium v uhlík. Z uhlíku a hélia vzniká kyslík atd.

Všechny atomy uhlíku, kyslíku a jiných prvků, z nichž sestává naše tělo a věci kolem nás, vznikly termonukleárními reakcemi v nitru hvězd. Odtud byly vyvrženy do mezihvězdného prostoru a staly se součástí mlhoviny, ze které vzniklo Slunce, Země a ostatní tělesa naší planetární soustavy.


velkamlhovinavandromede.jpgSvětlo

Světlo – to jsou elektromagnetické vlny, čili elektromagnetické záření, podobné vlnám na vodě. Zatímco vodní hladina kolísá při vlnění nahoru a dolů, v elektromagnetické vlně kmitá elektrická síla a síla magnetická, kolmá na elektrickou. Světlo je takový druh elektromagnetického záření, které působí na naše oko a které tedy vidíme. Jsou i jiné druhy záření, které nevidíme. Liší se od světla délkou vlny.

Délka vlny světla je od 0.0004 do 0.0007 milimetru. Kratší vlny (až do jedné stotisíciny, tj. 10 na -5 milimetru) nazýváme ultrafialové záření. Ještě kratší vlny (až do jedné miliardtiny, tj. 10 na -9 milimetru), se nazývají rentgenové záření nebo X záření. Elektromagnetické záření o vlnových délkách menších než miliardtina milimetru se nazývá záření gama. Naše oko nevnímá žádné z těch záření, jejichž vlny jsou kratší než u světla.

Záření o delších vlnových dél než světlo (tj. od 0.0007 mm do 1/3 mm) se nazývá infračervené záření. Vysílají je např. rozžhavená kamna, infrazářiče, planety, hvězdy. Zářeni o vlnových délkách milimetr až mnoho kilometrů je rádiové záření. Vysílá je například rádiová vysílačka, televizní vysílač a mnoho těles ve vesmíru.

Je třeba zdůraznit, že všechny uvedené druhy záření jsou tytéž elektromagnetické vlny. Liší se pouze svou délkou.

Podobně jako věci jsou složeny z atomů, tak elektromagnetické záření sestává z fotonů. Jsou to drobné chomáčky energie, v nichž kmitá elektrická a magnetická síla. Všechny se pohybují největší možnou rychlostí (asi 300 000 km/sec). Přitom ještě fotony velice rychle kmitají. Počet kmitů za vteřinu (kmitočet) je tím větší, čím je vlnová délka kratší. Čím větší kmitočet fotonu, tím je větší energie, kterou unáší. Světelný foton obsahuje větší energii než infračervený, rentgenový foton má větší energii než světelný apod.

Záření hvězd obsahuje fotony nejrůznějších vlnových délek. Přístroj zvaný spektrograf dokáže roztřídit fotony podle energie. Takovému rozložení záření hvězdy říkáme spektrum hvězdy. Spektrum hvězdy říká jak je hvězda veliká, jak je horká, jak rychle se k nám přibližuje nebo naopak jak rychle se od nás vzdaluje, z jakých chemických prvků se skládá, jak rychle se otáčí atd. Elektromagnetické spektrum kosmických těles je pro poznání vesmíru velmi důležité.

Všechny fotony se vesmírem šíří stejně rychle. Z blízkých hvězd k nám doběhnou dříve než ze vzdálených galaxií. Fotony, které právě teď dopadají na Zemi z celého vesmíru, jsou tedy různě staré. Čím jsou starší, tím vzdálenější těleso je vyslalo. Foton z meteoru je starý méně než tisícinu vteřiny. Foton z Měsíce je starý 1.25 vteřiny, ze Slunce 8 minut, z blízkých hvězd několik roků, ze středu naší Galaxie 30 000 roků, z galaxie v Andromedě (na ilustračním obrázku) 2 miliony roků, ze vzdálených galaxií několik miliard let. Nejstarší fotony vůbec jsou staré 10 miliard roků. Říkáme jim reliktní záření.

Pohled do vesmíru je pohledem do minulosti a to tím dávnější, čím vzdálenější objekty pozorujeme. Je to důsledek konečné rychlosti světla. O tom, co se právě teď děje v naší sousední galaxii M 31 v souhvězdí Andromeda, se dozvědí naši potomci až za 2 miliony let. Tak dlouhou dobu potřebuje světelný paprsek, který právě vyběhl z M 31, aby dostihl naši Galaxii.

Zdroje:

Josip Kleczek: Naše souhvězdí
Wikipedie


komentářů: 16         



Komentáře (16)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Web  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Axina
16
Axina 29.02.2012, 10:03:32
[14] Chybička se vloudila - EvoO a Lucifere, děkuji za vyjádřenou podporu. A Astře děkuji taky, byť ji nevyjádřila Usmívající se

15
Honza (neregistrovaný) 28.02.2012, 20:56:31
Axino, dospělej člověk (tedy nad 40 let) se nezabývá kravinou typu: proč hvězdy září?
Axino! ... v poznání nejde o hledání odpovědí ... anobrž o správné otázky ...
já vím, že mi jen zlobíš ...
a tak je to správné!!! Usmívající se))

Axina
14
Axina 28.02.2012, 19:15:50
[8]+[10] Astro a Lucifere, děkuji vám za vyjádřenou podporu Usmívající se

[6]+[9] Honzo, absolvovala jsem na FEL ČVUT. Takže něco o dualitě částice a vlnění vím. Světlo lze popsat jak teorií vlnovou, tak teorií kvantovou. Přišlo by mi od tebe přínosné a konstruktivní, kdybys místo kritiky napsal (ale formou přijatelnou pro nejširší veřejnost) jak ty vidíš odpověď na otázku proč hvězdy září.
Poznámka: Svým komentářům věnuješ pozornost pramalou. Podsouváš mi, že Bohrův model atomu mi není srozumitelný, protože o něm nic nevím. Ale já jsem nic takového neřekla. Naopak v komentáři [3] říkám, že dle mého názoru je Bohrův model atomu ve vývojové řadě modelů atomu ten poslední, který ještě JE laicky dobře představitelný.

13
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 18:48:49
Honzo, k tobě jsem měl vždycky a pořád mám určitou náklonnost. Tvoje komentáře jistě nejsou od věci, ale nesouhlasím s tím, že Čert se zamořuje kravinama jakýchsi přetisků z jakýchsi populárně vědeckých knížek a zdrojů. V Populárně naučném koutku jsem takových zdrojů použil už neúrekom. Nejsou to však jen nějaké kravinové přetisky, ale mnou zpracovány a často i doplněny či okomentovány informace a zajímavosti. Jsou to věci, které mne zaujaly a domnívám se, že si z toho někdo něco odnesl.

12
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 18:25:40
A ještě k počtu prvků, který jsem tady upřesnil. Ani já jsem v předchozích asi dvaceti letech nesledoval, kolik těch prvků už Mendělejevova tabulka obsahuje a jaké je dosud známé nejvyšší protonové číslo. I když se fyzikou zabývám, tak v mém oboru je tato informace nedůležitá. Do svého posledního pobytu v nemocnici jsem se pohyboval pouze na poli své specializace. Teprve po návratu z nemocnice jsem začal sledovat celou fyziku a nejen ji. Na ununoctium jsem díky tomu narazil zcela náhodou. Současného stav Periodické tabulky prvků je pro zde nastíněné téma naprosto periferní. Upřesněním počtu známých prvků jsem rozhodně nechtěl tento článek dehonestovat.

A k velikosti elementárních částic dodávám odkaz na Aldebaran. Najděte si to sami ]Usmívající se

http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/interakce/particles.html

11
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 15:41:14
Místo velikosti by asi byl lépe použitelný pojem účinný průřez, ale laik by zase netušil, která bije ]Mrkající

10
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 15:29:05
[6] Tenhle článek je určený naprostým laikům a z tohoto hlediska je docela dobře udělaný. Astronomický koutek patří Axině, někdy tady též něco dám, ale jenom jako hostující autor.
A teď k velikosti elektronu. Skoro žádná klasická veličina nebo pojem se v mikroskopickém světě a obzvláště na kvantové úrovni nedá klasicky použít, pouze symbolicky. I kvantový fyzik může hovořit o velikosti ekektronu. Důležité je, aby bylo zřejmé, co si pod tím představuje a jak to definuje.

9
Honza (neregistrovaný) 28.02.2012, 15:07:16
Axino, NČert má bejt zamořenej kravinama ala přetisky "vědecko" populárních statí?
Kleczeka jsem četl jako dítě, místo Verneovek ... je to jako disco nebo McDonald ... ale na celej život nebo na pravidelný jídlo to fakt nejni ...

8
EvaO (neregistrovaný) 28.02.2012, 14:48:19
Axino, díky za článek. Sice bych se mohla připojit k Astře (5), ale přece jen se k článku mohu vrátit, neboť je v něm vysvětlena řada pojmů, které jsou často slyšet. A my laici nevíme, o čem je řeč. Tak teď se můžeme alespoň trošinečku zorientovat. To trošinečku ovšem není směrováno k obsahu článku, ale právě nám osobám neznalým, co nemáme znalosti v oboru. Takže Axino, díky.

Axina
7
Axina 28.02.2012, 14:33:11
[6] Napiš lepší článek než já. Nečiním si patent na rozum. Zašli ho na adresu Zardanus@seznam.cz. Ráda si ho přečtu.

6
Honza (neregistrovaný) 28.02.2012, 14:29:48
planetární model je samozřejmě kravina ... a Bohrův model ti nejni pochopitelný, neb o něm nic nevíš ... tož tak ... Bohr nebyl debil a to, co je v učebnicích na základce s Bohrem mnoho nesouvisí ...
kvantově statistický model je velmi názorný ... a oproti předchozím plně akceptovatelný, právě pro svou přirozenost a vstřícnost vůči tomu, co denně žijeme ...
tvé zmínky o velikosti elektronů (ale i jiných mikročástic) jsou ovšem směšné, elektrony žádnou velikost nemají, holt se s tím smiř ...

5
Astra (neregistrovaný) 28.02.2012, 14:10:37
No bohužel, o tomhle si s vámi nepopovídám.....

4
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 13:00:17
[3] It's OK ]Usmívající se

Axina
3
Axina 28.02.2012, 12:29:04
Je to tak, omlouvám se. Tady je periodická tabulka prvků na české wikipedii:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Periodick%C3%A1_tabulka

Můžete mi to věřit a nemusíte, ale když jsem včera psala tento článek, varovně mi v hlavě cinklo: A není už těch prvků víc? Matně jsem si uvědomovala, že se občas objevují ve sdělovacích prostředcích informace o nově objevených prvcích. Ale 104 bylo číslo, které jsem si pamatovala ze školy. A 104 uvádí ve své (pravda 30 let staré) publikaci Josip Kleczek. Tolik na vysvětlenou.
Poznámka: Jsem celá šťastná, že aspoň model atomu jsem uvedla v přijatelně moderní podobě. Nejstarší model je Thomsonův (pudinkový). Následoval Ruthefordův (planetární). Bohrův model atomu je dle mého názoru poslední laicky představitelný. K nejnovějšímu, kvantově mechanickému modelu, nelze najít žádný lehce srozumitelný obrázek.
Lucifer mi snad (ze svého vysokého levelu kvantového fyzika) odpustí Usmívající se

2
Lucifer (neregistrovaný) 28.02.2012, 11:55:43
Momentálně je známo 118 prvků

http://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table

Ty novější jsou však velmi nestabilní, exotické a ve vesmíru se zřejmě vyskytují jen velmi vzácně. Posledním v řadě je Ununoctium

http://cs.wikipedia.org/wiki/Ununoctium

Axina
1
Axina 28.02.2012, 10:19:45
Poznámka napsaná drobným písmem pod obrázkem modelu atomu zní ve volném překladu asi takto:
Vzhledem k velikosti nakreslených protonů a neutronů by elektrony a kvarky měly mít na obrázku velikost menší než 0.1 mm a celý atom by měl mít napříč asi 10 km.

«     1     »