ast1010 - en kosmisk reise forelesning 1

AST1010 - En kosmisk reise Forelesning 1:

Om emnet, pensum og eksamenHva er astronomi og astrofysikk?

Stjernehimmelen

Om kurset

Kursopplegg

• Forelesninger: 2 x 2 timer/uke.

• Gruppetimer: 1 x 2 timer/uke (2 grupper).

• Timeplan på emnesidene:https://www.uio.no/studier/emner/matnat/astro/AST1010/h21/timeplan/index.html

• Sterkt anbefalt, men ikke obligatorisk å følgeundervisningen.

Kursopplegg forts.

• Forelesningene er her i Vilhelm Bjerknes’ hus, aud 1.

• Forelesningene vil bli tatt opp og lagt ut i Timeplanen, men vil kun være synlig for påmeldte studenter.

Nyttige navn og adresser• Kursansvarlig/forelesere:

David Mota (d.f.mota@astro.uio.no) [Emneansvarlig]Per Barth Lilje (per.lilje@astro.uio.no) Hans Kristian Eriksen (h.k.k.eriksen@astro.uio.no) Luc Rouppe van der Voort (l.r.van.der.voort@astro.uio.no) Sven Wedemeyer (sven.wedemeeyer@astro.uio.no) Boris Gudiksen (b.v.gudiksen@astro.uio.no)

• Gruppelærere:Øystein Elgarøy (oystein.elgaroy@astro.uio.no) Oskar Hafstad (oskar.hafstad@astro.uio.no)

• Studiekonsulent: Brenda Apili Atubo og Morsal Saba (studieinfo@astro.uio.no)

• Forelesningene: Tirsdag, Vilhelm Bjerkes hus, auditorium 1, 10:15 – 12:00Fredag, Vilhelm Bjerkes hus, auditorium 1, 10:15 – 12:00Start 24. august

• Gruppetimene:Mandag, Auditoriet, 209, Svein Rosselands hus, 10:15 – 12:00Torsdag, Auditoriet, 209, Svein Rosselands hus, 10:15 – 12:00Start 30. august og 2. september

Gruppetimer

• Oppgaver til hver uke legges ut i timeplanen(fortløpende gjennom semesteret). Oppgavene til neste uke blir lagt ut fredaguken før (se tidligere års semestersider hvis du vil ha flere oppgaver)

Kursopplegg

• Eksamen: Digital hjemmeksamen. To timer med flervalgsoppgaver.

• Eksamensdato: 19.11.2021.

• Ved sykdom etc. under eksamen, sehttps://www.uio.no/studier/admin/eksamen/sykdom-utsatt/

Pensum• ”Astronomi – en kosmisk reise” av Øystein Elgarøy, 2. utgave,

Universitetsforlaget, 2017, unntatt kapittel 4.

• Forelesningsnotatene (sehttps://www.uio.no/studier/emner/matnat/astro/AST1010/h21/timeplan/index.html#FOR)

• Liste over formler (er kun 7) som er pensum ligger på kurssidene (se https://www.uio.no/studier/emner/matnat/astro/AST1010/h21/eksamen/pensum.pdf).

Eksempel eksamensoppgave

Oppgave 1: Planetene i solsystemetHvilke påstander er riktige? [Mer enn et svar kan være riktig.]

A) Alle planetene i solsystemet har måner

B) Hovedårsaken til at Venus overflate er mye varmere ennjordas er fordi den ligger nærmere sola

C) Grunnen til at Pluto ikke er definert som planet er fordi den er altfor liten

D) Jorda ble dannet for ca 5000 år siden

E) Jorda og Merkur har magnetfelt laget av strømmer iplanetens kjerne

Svar: Merkus og Venus har ikke måner. Venus er varm på grunn av en enorm drivhuseffekt. Pluto er ikke for liten og jorda er 5 milliarder år. Svaret er E.

Oppgave 2: StjernerHva er det vi ser illustrert i bildet til høyre?A)En kjernekollaps supernova

B)Et sort hull som suger til seg masse fra ennøytronstjerne

C)Novamekanismen

D)En pulsar

E)Hertsprung-Russel diagrammet til en rød kjempeog en hvit dverg

Eksempel eksamensoppgave

Svar: Novamekanismen. Vi ser en hvit dverg som suger til seg masse fra en rød kjempe. Dette skaper en såkalt “nova”

(og noen ganger en “supernova”)

Regneoppgaver

• Svært enkel regning– Barneskolepensum + enkel potensregning– Kalkulator helt unødvendig

• Regneoppgavene til eksamen vil ligne oppgaversom blir gjennomgått i gruppetimene

• Få hjelp i gruppetimene om du har behov

Eksempel regneoppgave

Oppgave 3: Avstanden til en nær stjerneVi observerer en stjerne og finner at den har enparallaksevinkel på p = 1/4 buesekunder. Hvor langtunna er stjerna?A) ca. 1 parsecB) ca. 2 parsecC) ca. 3 parsecD) ca. 4 parsecE) ca. 1/4 parsec

Svar: Bruker parallakselikningen d = 1 / p der p målesi buesekunder og d får i parsec

d = 1 / p = 1 / (1/4) = 4 parsec

Beskjeder

• Viktige beskjeder legges ut på emnesiden:https://www.uio.no/studier/emner/matnat/astro/AST1010/h21/index.html

• Følg med jevnlig (hver uke). Hvis en forelesning blir avlystgrunnet sykdom etc. så vil det ligge beskjed der.

• Canvas (eller Fronter) brukes ikke i AST1010, alle beskjederog alt materiale blir lagt ut på semestersiden.

Hvem er dere?

• Bachelor-program MN-fakultetet?• Lektorprogrammet – realfag?• Studieprogram annet fakultet?• Pensjonist?• Noe annet?

Første forelesning

Denne forelesningen• Hva astronomer studerer

• Notasjon for veldig store og veldig små tall

• Enheter for avstander og vinkler

• Hvorfor astrologi ikke er vitenskap

• Koordinater på himmelen

• Hvorfor har vi årstider?

Hva er astronomi?

• ”Astronomi: Vitenskapen om himmellegemene ogverdensrommet” (Store norske leksikon)

• En av de eldste vitenskapene. Utviklingen av den vitenskapelige metode er nært knyttet til utviklingen av faget astronomi.

• Inkluderer alt fra å gjøre observasjoner (observasjonellastronomi) av forskjellige himmellegemer til det å forklareobservasjonene (teoretisk astronomi / astrofysikk)

Solsystemet: sola, planetene, asteroider, meteorer, kometer, Kuiperbeltet, hvordan solsystemet ble dannet, …

Ting vi skal dekke i dette kurset

Andre solsystemer og eksoplaneter: hvordan finne andre planeter,hvilke type planeter finner vi, hva har dette lært oss, …

Ting vi skal dekke i dette kurset

Stjerner: Forskjellige typer stjerner, hvordan de ble dannet,hvordan utvikler de seg, hva skjer når de “dør”, …

Ting vi skal dekke i dette kurset

Nøytronstjerne

Sort hull

Hvit dverg

Galakser: Melkeveien, hva består den av, hvordan vet vi hvordanden ser ut, og hvor stor den er. Forskjellige typer galakser

Hva er og hvorfor vi trenger vi mørk materie?

Ting vi skal dekke i dette kurset

Galaksehoper:Hva er en galaksehop, hvordan kan vi “veie” en galaksehop,

hva det forteller oss om universet, …

Ting vi skal dekke i dette kurset

Kosmologi: Hva vi vet om universet som helhet. Inflasjon. Big Bang! Den kosmiske bakgrunnstrålingen.

Hva er mørk energi og hvorfor tror vi dette finnes?

Ting vi skal dekke i dette kurset

Fra det største til det minste• Astronomer studerer de største objektene som finnes, og

kartlegger universet over enorme avstander.

• For å forstå de fysiske mekanismene som ligger bak det vi ser, må vi ofte bruke kunnskap om universets minste byggesteiner.

• Dette vil si at man trenger elementer fra gravitasjonsteori, elektromagnetisme, hydrodynamikk, termodynamikk, statistisk fysikk, atomfysikk, kvantefysikkog mer til (men du trenger heldigvis ikke kunne alt dette for å følge dette kurset)

• Vi skal kun lære litt enkel fysikk og bruke det til å forståmange av de tingene vi observerer (som for eksempel planetbaner og hvordan observasjoner av lys fra stjerner kan brukes til å si noe om stjerna)

Store og små tall

• Store tall som potenser av 10:

100 = 102

1 000 000 = 106

Regel: 1 (fulgt av n nuller) = 10n

• Sola veier ca. 2 ∙ 1030 kg = 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kg

Store og små tall

• Små tall som negative potenser av 10:

0,1 = 10-1

0,00 001 = 10-5

Regel: 0,(n-1 nuller)1 = 10-n

• En hydrogenkjerne veier ca. 1,67 ∙ 10-27 kg= 0,00 000 000 000 000 000 000 000 000 167 kg

Astronomiske lengdeenheter• “To ganger ti i tyvende meter” er ikke lett å

ha noe forhold til. Vi bruker derfor egnelengeenheter i astronomien som gjør detlettere å forstå.

• Innenfor solsystemet: 1 astronomisk enhet= 1 AU = 149 597 871 km

• Svarer omtrent til gjennomsnittlig avstandmellom jorda og sola.

• Når vi ikke trenger å være supernøyaktigkan vi sette1 AU = 1,5 ∙ 108 km (= 150 millioner km).

Utenfor solsystemet: lysår og parsec

• 1 lysår = lengden lys beveger seg gjennom tomt rom i løpet av et år = 9,46 ∙ 1015 m (du vil noen ganger se liknende enheter som lysminutter, lysdag etc.)

• Senere i kurset skal vi møte en annen enhet for lengde: parsec (1 pc = 3,26 lysår)

• Merk: Disse er en enhet for lengde, ikke for tid! Det eroverraskende mange som tror dette er tid (selv etter å hatt dette kurset)

• Så nei: Han Solo’s Millenium Falcon gjennomførteneppe the Kessel Run i løpet av 12 parsec

Vinkler• Avstander kan ikke måles

direkte på himmelen.

• Det som kan måles direkte, er vinkler (vi skal senere i kurset snakke litt om hvordan vi kan beregne avstander).

• Når vi snakker om, for eksempel, stjernehøyde, er det snakk om vinkelen opp fra horisonten, ikke avstand.

Vinkler• Vinkler måles i grader, 360 grader

svarer til en full sirkel.

• 1 bueminutt = 1/60 av en grad.

• 1 buesekund = 1/60 av ett bueminutt.

• Eksempel: Fullmånen dekker en vinkel på 31 bueminutter (nesten nøyaktig det samme som sola, hvilket gjør solformørkelser mulige) 1 bueminutt er en liten vinkel!

Tilnærmet lik størrelsen på en fotballpå én kilometers avstand! Et buesekund er 1/60-del av det!

Astrofysikk• Tradisjonelt: Astronomer måler og beskriver

himmelfenomener. Før ca. 1850 var det kun himmellegemenes posisjon på himmelen og bevegelse i rommet man kunne studere.

• Astrofysikere forsøker å forstå himmelfenomenene vedhjelp av fysikkens lover (i dag også kjemi, biologi…). Dette ble først mulig omkring 1850-1860 ved spektroskopi.

• I dag: Ordene brukes om hverandre. Astronomi og astrofysikk er det samme (i hvert fall for meg).

Hvordan drive med astrofysikk?Historien om Neptun og Vulkan

Oppdagelsen av Neptun• Beregninger av Uranus’ bane

stemte ikke med observasjoner.

• I 1821 foreslo Alexis Bouvard at avvikene skyldtes en planet i bane utenfor Uranus.

• John Couch Adams og Urbain Le Verrier beregnet banen til den hypotetiske planeten i 1845.

• Oppdaget av Galle og d’Arrest i 1846. Suksess!

Uranus

Neptun

Neptun virker med en gravitasjonskraftpå Uranus

Historien om Vulcan• Også Merkurs bane viste avvik fra den

beregnede.

• Le Verrier foreslo i 1859 at avvikene skyldes en planet i bane innenfor Merkurs.

• Mange lette, men Vulcan ble aldri funnet.

• Rundt 1920 fant vi den riktige forklaringen: Newtons gravitasjonslov må erstattes med Einsteins generelle relativitetsteori (mer nøyaktig).

Does not exist!

Vitenskapelig metode• Vi observerer uventede fenomen.

• Vi gjetter på en forklaring.

• Hvis forklaringen har noen verdi, har den konsekvenser som kan testes med nye observasjoner.

• Stemmer ikke konsekvensene med observasjonene, forkastes den. Vi må gjette på nytt.

• I motsatt tilfelle får vi større grunn til å tro at vi har gjettet riktig, men det er ikke bevist.

Virkeligheten ikke alltid like enkel

• Observasjoner kan være feil.

• Uforutsette omstendigheter kan føre til at observasjonene ikke stemmer med gjetningen, selv om den er riktig.

• Astronomer kan være sta: Holder fast påteoriene sine, selv om de er i strid med observasjonene.

• En av de viktigste forutsetningene for fremskritt er åpen diskusjon og kritikk avhypoteser og observasjoner.

( …men ting er nok litt bedre i dag enn det Max Planck følte )

Forskjell mellom fysikk og astrofysikk

• Vi kan ikke gjennomføre kontrollerteeksperimenter i astrofysikken.

• Vi kan for eksempel ikke lage en stjerne og målehvordan den utvikler seg.

• Vi må lære om stjerners historie ved å observeremange av dem ved ulike stadier av livet.

Hva med astrologi?

Kilde: Wikimedia commons

Hva er astrologi?

• Vanskelig å svare på, for det finnes mange ulike varianter: vestlig astrologi, hinduistisk astrologi, kinesisk astrologi…

• En fellesnevner er forestillingen om at det er forbindelser mellom fenomen på stjernehimmelen og jordiske hendelser + personlighetstrekk

Per Liljes ukeshoroskop• minfremtid.no:

“I begynnelsen av uken blir fokuset ditt rettet innad og mot dine indre opplevelser. Tiden er god for refleksjon og healing. Spørsmålene om arv, forsikring og finansiering kan tas opp denne uken – nå kan du inngå gunstige avtaler. Denne uken kan du få muligheter til å utvide dine horisonter. Kanskje planlegger du en reise eller bestemmer deg for å studere noe nytt, eller på andre måter å berike ditt liv med nye impulser.

Ukens motto: Å være åpen for nye impulser!”

• minkrystallkule.no:

"Det kan se ut som at du blir nødt for å ta et avgjørende valg. Om det ikke er i dag, så er det ganske snart. Du vet egentlig hva du skal velge, så ikke nøl. Ta hensyn til deg selv først og fremst, så resten i andre hånd.”

Horoskoper• Ofte svært generelle – åpne for tolkning i

mange mulige retninger (Barnum statements)

• Kan planeters posisjon i forhold til stjernebilder brukes til å spå fremtiden?

• Nei

• De eneste mulige påvirkningene planetenes posisjon har er tyngdekraft og reflektert sollys.

• Ingen av disse mekanismene påvirker mennesker på jorden i betydelig grad.

Er astrologi vitenskap?

• Ut i fra hva vi mener å vite om hvordan universet fungerer, finnes det ikke en sjanse i havet for at astrologien kan være sann!

• Spørsmålet er om astrologisk metode er en anvendelse av vitenskapelig metode.

• Likhetstrekk på overflaten: Hypotese om påvirking, beregning av horoskop leder til påstander om virkeligheten.

Virker det?

• Shawn Carlson (Nature 318, side 419, 5. desember 1985) ”A double-blind test of astrology”

• Testet astrologers evne til å forutse personlighet basert på fødselshoroskop.

• Astrologene gjorde det like bra som man ville ha gjort ved ren gjetning.

Hva førte dette til?

• Ingen verdens ting!

• Astrologer fortsetter akkurat som før.

• Ingen revisjon av hypoteser, ingen forbedringer av metode.

• Astrologer lærer ikke av empiri. De har ideer og metoder som opprettholdes uansett hva som observeres.

• Derfor kan det ikke kalles vitenskap.

Siste del av forelesningen:

• Hvordan angi posisjon på himmelen

• Hvordan stjernehimmelen forandrer seg gjennom gjennom døgnet og året

• Hvorfor har vi årstider?

Koordinatsystemer

• I astronomien brukes oftest sfæriskekoordinatsystemer (kulekoordinater).

• En retning på himmelen (eller et punkt påjordoverflaten) kan beskrives ved 2 vinkler.

• På overflaten av jorda kaller vi disse lengde- ogbreddegrad.

Koordinater på jordklodenLengde og bredde

Globale himmelkoordinaterrektascensjon og deklinasjon

Oversettelse:

Equinox = Jevndøgn

Vernal equinox = Vårjevndøgn

Solstice = Solverv

Right ascension = Rektascensjon

Declination = Deklinasjon

Ecliptic = Ekliptikken

Celestial eq. = Himmelekvator

Rektascensjon og deklinasjon

• Deklinasjon måles (positivt og negativt) igrader, bueminutter og buesekunder: f.eks. +10o 15’ 20”

• Rektascensjon måles (mot øst) i timer, minutter og sekunder, 12h 14m 20s

• 24h = 360o

• 1h = 15o

Lokale himmelkoordinaterDer du er: asimut og høyde

Hvorfor to forskjellige koordinatsystemer?

• Ett til hvert sitt bruk

• Lokalt: For å finne posisjonen til en stjerne der du befinner deg

• Hvor stjernene står kommer an på hvor på kloden du er.

• Men hva om du snakker med noen som befinner seg et heltannet sted?

• Globalt: Felles referanse som gjelder overalt

88 stjernebilder

Stjernehimmelen 24. august kl. 01:00

Temasider om astronomi

• https://www.mn.uio.no/astro/forskning/tema/index.html

Stjernene i løpet av døgnet

På ekvator – hele himmelkulasynlig i løpet av en natt, hele himmelkula godt synlig i løpet av året.

I Oslo på 60 grader nordlig bredde – en del av himmelkula er sirkumpolar, men det er tilsvarende deler som aldri er synlig fra Oslo.

På nordpolen – halve himmelkula er synlig hver natt, men det er alltid den samme halvdelen vi ser gjennom hele året.

Stjernene i løpet av året

▪ Dato D0: Stjernen står opp i øst idet sola går ned.

▪Tre timer senere (1/8 dag): Jorda har rotert 45o (1/8 omdreining) og stjernen har flyttet seg tilsvarende mot vest og befinner seg halvveis mot syd.

▪ Ved solnedgang D45, 45 dager senere. Nå har jorda flyttet seg45o i banen rundt sola, mens stjernen befinner seg i sammeretning som 3 timer etter solnedgang 45 dager tidligere.

Solas gang over himmelen iOslo til forskjellige årstider

Solas årsbevegelse på himmelen

• Solas bevegelse i løpet av året sett fra jorda (t.v.) og med sentrum i sola (t.h).

• Solverv - når solas avstand fra himmelekvator er størst (sommer, vinter). På folkemunne: når “sola snur”. Kortest/lengste dag/natt.

• Jevndøgn - når sola står rett over himmelekvator (vår, høst). Dag og natt har samme lengde.

• Årsak - jordas rotasjonsakse heller 23.5 grader med normalen på jordas baneplan rundt solen.

Årstider

Hvorfor har vi årstider?

1. Innstråling (øverst).2. Arealfaktor (nederst)

Quiz om denne forelesningen

https://create.kahoot.it/share/ast1010-forelesning-1/5fbac64b-8140-4764-94b3-

b5b593d247fc

Neste forelesning

Litt astronomihistorieDet geosentriske verdensbildet

Det heliosentriske verdensbildet