Dr. Both Előd

a Magyar Asztronautikai Társaság alelnöke

MODERN CSILLAGÁSZATI VILÁGKÉPÜNK

STONEHENGE-TŐL A KOZMOLÓGIAI NOBEL-DÍJIG

Szent László Gimnázium, Természettudományos Önképzőkör

Budapest, 2015. április 27.

Világképünk fejlődése

1. fordulat (XVII. sz.): a távcső megjelenése

2. fordulat (XX-XXI. sz.): megfigyelések

a teljes elektromágneses spektrumban

Az ősrobbanás kozmológiája

Gyorsulva tágul? – napjaink kozmológiája

Kozmikus telitalálat – a megbundázott

Világegyetem

Világképünk

fejlődése

A CSILLAGÁSZAT

KEZDETEI

A (vagy az egyik)

legősibb

természettudomány

Ősi kultúrák –

archeoasztronómia:

naptárak, égi

jelenségek szabad

szemmel

A GÖRÖG CSILLAGÁSZAT

Ókori görög (és hellenisztikus) csillagászok:

Arisztarkhosz (Kr. e. III. sz.): a Hold és a Nap

távolságának (és méretének) aránya, heliocentrikus

világkép (feledésbe merül)

Eratoszthenész (Kr. e. III. sz.): megméri/kiszámítja a

Föld kerületét

Hipparkhosz (Kr. e. II. sz.): csillagkatalógus,

magnitúdóskála (fényrendek)

Ptolemaiosz (Kr. u. II. sz.): Almageszt: geocentrikus

világkép

VILÁGKÉPÜNK FEJLŐDÉSE

Nincs világkép

A megfigyelés forradalma: ókori görögök szabad

szemes megfigyelései, mérései (Kr. e. III. – Kr. u. II. sz.)

Ptolemaioszi világkép

Kopernikuszi világkép

A táguló Világegyetem világképe

A távcső forradalma (XVII. sz.)

Az új minőségű távcsövek forradalma (XX. sz. II. fele)

AZ ELSŐ MINŐSÉGI UGRÁS: A TÁVCSŐ

A CSILLAGÁSZAT TÖRTÉNETÉNEK

LEGFONTOSABB ÉVTIZEDE

1600: Kepler Tycho asszisztense lesz

1601: Tycho halála

1604: Kepler-szupernóva

1608: a (földi) távcső feltalálása

1609: Galilei elkészíti távcsövét

1609: Kepler: Astronomia Nova

1610: Galilei csillagászati felfedezései

1611: Kepler: Dioptrice - Kepler-távcső

GALILEI KORA

Első megfigyelési

eredményei (saját kezű

rajzaival illusztrálva) már

1610. márciusában

megjelennek Sidereus

Nuncius (Csillaghírnök,

Égi hírnök) c. könyvében

GALILEI MEGFIGYELÉSEI

Hold hegyei, megméri a magasságukat

Vénusz fázisai és méretváltozása – a

kopernikuszi rendszer fontos bizonyítéka

Jupiter 4 nagy holdja - nem a Nap a mozgások

egyetlen középpontja!

Tejút csillagai - a csillagok pontszerűek

A Szaturnusz gyűrűje -

de a gyűrű alakot nem

ismeri fel

Napfoltok

Fiastyúk

FORDULAT A CSILLAGÁSZAT

TÖRTÉNETÉBEN: 1543-1687

megsejtette (1543)

megfigyelte (1576-97)

bebizonyította (1610)

értelmezte (1609, 1619)

megmagyarázta (1687)

Magyarországon: Buda török megszállása

A KOPERNIKUSZI VILÁGKÉP KORA

A TÁVCSŐ FEJLŐDÉSE GALILEITŐL A XX. SZ. KÖZEPÉIG:

MENNYISÉGI VÁLTOZÁS

A klasszikus távcsőtípusok

lencsés: Galilei- (földi),

Kepler- (csillagászati)

tükrös: Newton-

később: Cassegrain-

(fúrt tükör)

A legnagyobbak:

Yerkes

(100 cm lencsés, 1897)

Palomar-hegy

(5 m-es tükrös, 1948)

VILÁGKÉPÜNK FEJLŐDÉSE

Nincs világkép

A megfigyelés forradalma: ókori görögök szabad

szemes megfigyelései, mérései (Kr. e. III. – Kr. u. II. sz.)

Ptolemaioszi világkép

Kopernikuszi világkép

A táguló Világegyetem világképe

A távcső forradalma (XVII. sz.)

Az új minőségű távcsövek forradalma (XX. sz. II. fele)

A MÁSODIK MINŐSÉGI UGRÁS

A megfigyelések a teljes elektromágneses

színképre kiterjednek

Optikai űrtávcsövek (főként a HST)

Földi optikai távcsövek: fordulat az 1980-as évek

után, a technikai (mechanika, új anyagok,

elektronika) fejlődésnek köszönhetően

vékony óriástükrök, aktív és adaptív optika

szegmensekből álló tükör

több, összehangoltan működő tükör

több, összehangoltan működő távcső (interferométer)

Összefonódás a részecskefizkával

A TELJES ELEKTROMÁGNESES SZÍNKÉP

Földről:

rádió-

távcsövek

űrből:

mikro-

hullámú,

infravörös,

ibolyántúli,

röntgen,

gamma

A TELJES ELEKTROMÁGNESES SZÍNKÉP

OPTIKAI ŰRTÁVCSÖVEK

Keck I. és II. (USA, Hawaii, 1990-es évek)

36 szegmens, 10 m átmérő

ESO VLT (Európa, Chile) –

4 db 8,2 m átmérőjű önálló távcső

TOVÁBBI, MŰKÖDŐ, OPTIKAI ÓRIÁSOK

Subaru (Japán, Hawaii) – 8,2 m

Gemini North (1999, Hawaii),

Gemini South (2000, Chile) –

8,1 m átmérőjűek, egyetemek

nemzetközi konzorciuma

üzemelteti

Hobby-Eberly (USA, Texas)

és SALT (Dél-Afrika, nemzet-

közi) „Afrika óriás szeme” –

91 hatszögű szegmens,

9,2 m, illetve 10 m átm.,

csak azimutális mozgatás

Nagy

Binokuláris

Távcső (LBT,

Mt. Graham,

Arizona,

USA)

2 db 8,4 m-es

tükör,

2008 óta

GranTeCan (Gran Telescopio

Canarias, GTC) – Kanári-

szigetek, 2400 m magas

csúcson, 10,4 m átmérő, 36

szegmensű tükör

2009. július óta működik, ma

a világ legnagyobb távcsöve

Giant Magellan Telescope

(Chile, 2010-2018)

7 db 8,4 m-es tükör,

625 millió USD

www.gmto.org

Thirty Meter Telescope

(Hawaii, bár az

őslakosok tiltakoznak) –

30 m átmérő, 492 db 1,4

m átmérőjű, hatszögletű

szegmens

A Chiélében épülő LSST óriástávcső

A TÁVOLABBI JÖVŐ

European Extremly Large Telescope (E-ELT) – 2022-re

Helyszín: Chile – 39,3 m átmérő, közel 1000 db 1,45 m átmérőjű,

hatszögű szegmens – www.eso.org

(Korábban 100, majd 60 majd 42 m átmérőjűre tervezték, várható

költség 1055 millió euró)

VILÁGKÉPÜNK FEJLŐDÉSE

Nincs világkép

A megfigyelés forradalma: ókori görögök szabad

szemes megfigyelései, mérései (Kr. e. III. – Kr. u. II. sz.)

Ptolemaioszi világkép

Kopernikuszi világkép

A táguló Világegyetem világképe

A távcső forradalma (XVII. sz.)

Az új minőségű távcsövek forradalma (XX. sz. II. fele)

A TÁGULÓ VILÁGEGYETEM

A FELFEDEZŐ: EDWIN P. HUBBLE

(1889 – 1953)

1920-as évektől:

Wilson-hegy, 2,5 m-

es Hooker-távcső

galaxisok kutatása

Hubble-törvény

a Világegyetem

tágulása, a modern

kozmológia alapja

AZ ŐSROBBANÁS ELMÉLETE

Einstein (1916): általános relativitáselmélet

Lemaitre (1927): megoldja a téregyenleteket – akár

tágulhat is! (ősatom hipotézis)

Einstein: Ne táguljon >> bevezeti a kozmológiai állandót

(„élete nagy tévedése”)

Hubble (1929): mégiscsak tágul!

Hoyle (1940-es évek): nem kell tágulni, ha anyag keletkezik

(állandó állapotú Világegyetem)

Hoyle (1950): megalkotja az Ősrobbanás (Big Bang)

kifejezést, gúnyszóként!

1965: mikrohullámú háttérsugárzás – túl homogén!

Alan Guth (1980-as évek): felfúvódó Világegyetem

1990-es évek műholdjai: nem is olyan homogén!

1990-es évek (HST): kora 13,7 milliárd év

1998: GYORSULVA TÁGUL

A kozmológiát alapjaiban megrengető felfedezés!

10 év megfigyelései után 42 db távoli, Ia típusú

SN kerül a Hubble-diagramra

Halványabbak, mint amilyennek egyenletesen

táguló Világegyetem esetén látszaniuk kellene

A Világegyetemben valamilyen antigravitációs

hatás működik sötét energia!

Vagy talán valamit nem vettünk figyelembe?

A kozmológiában a sötét energia az a feltételezett energiaforma,

mely az egész Világegyetemben jelen van, és erős negatív

nyomást fejt ki. Az általános relativitáselmélet szerint a negatív

nyomás nagy távolságokon a gravitációs vonzást semlegesíti. Ez

jelenleg a legelfogadottabb elmélet annak a megfigyelésnek a

magyarázatára, hogy a Világegyetem gyorsulva tágul.

2011: FIZIKAI NOBEL-DÍJ

Saul Perlmutter (1959), amerikai fizikus,

csillagász, Berkeley-i Kalifornia Egyetem

Adam Guy Riess (1969), amerikai asztrofizikus

(Johns Hopkins Egyetem)

Brian P. Schmidt (1967), amerikai-ausztrál

asztrofizikus, Ausztrál Nemzeti Egyetem, Mount

Stromlo Obszervatórium

„a Világegyetem gyorsuló tágulásának

távoli szupernóvák

vizsgálata által

történt

felfedezéséért”

MAI CSILLAGÁSZATI VILÁGKÉPÜNK

HÁROM PILLÉREN NYUGSZIK:

1. Kozmikus körforgás

2. Az ősrobbanás kozmológiája

3. Kozmikus telitalálat

1. KOZMIKUS KÖRFORGÁS

Csillagok keletkezése: por és gázfelhőkből

porkorongok, bolygókeletkezés, exobolygók

kémiai elemek felépülése a vasig a

csillagokban

a csillagfejlődés végállapotai

(fehér törpe, neutroncsillag,

fekete lyuk)

szupernóvarobbanás:

a vasnál nehezebb elemek

felépülése és szétszóródása

új gáz- és porfelhők,

keveredés a régiekkel

minden kezdődik elölről

A Világegyetem kora 13,73 ± 0,12

milliárd év (a mérés pontossága 0,9%).

A Hubble-állandó 70,1 ± 1,3 km/s/Mpc.

2. AZ ŐSROBBANÁS KOZMOLÓGIÁJA

MIBŐL ÁLL?

A Világegyetem teljes

tömegéből:

4,6% ± 0,15% atomos

(barionokból álló) anyag,

23% ± 1% a nem

barionokból álló,

ún. sötét anyag

72% ± 1,5% a sötét energia.

Utóbbi kettő mibenlétéről

szinte semmit sem tudunk,

de azt legalább pontosan

ismerjük, mennyi van belőlük.

Az Ősrobbanás utáni (a Világegyetem nagyléptékű szerkezetét

kialakító) mikroszkopikus kvantumfluktuációk véletlenszerűek voltak.

A teret kozmikus “neutrínó-háttér” tölti ki. (Az Ősrobbanás utáni

néhány percben a nagyon sűrű anyagban bekövetkező magreakciók

melléktermékei.) Az Ősrobbanás után 380 000 évvel (amikorról a ma

megfigyelhető mikrohullámú háttérsugárzás ered), a neutrínók még

az univerzum anyagának és energiájának 10%-át tették ki, szemben

mai, nullához közelítő részesedésükkel.

A Világegyetem “sötét korszaka” (amikor az Ősrobbanás

fénye már nem világított, az első csillagok viszont még

nem alakultak ki), mintegy 400 millió évvel ezelőtt

kezdett véget érni („reionizáció”).

A téridő szerkezete sík (1% pontossággal) a felfúvódó

(inflációs) kozmológiai modellt támogatja.

A Világegyetem a végtelenségig tágul.

A sötét energia nem vesz részt a tér tágulásában, inkább

a téridő eredendő sajátossága (mint az Einstein-féle

“kozmológiai állandó”).

Nem fenyeget a „Nagy Hasadás” veszélye (az

elkövetkező évmilliárdok során a Világegyetem az egyre

gyorsuló tágulás miatt teljesen szétszakad).

3. KOZMIKUS TELITALÁLAT

Az általunk ismert élet létezése érzékenyen függ a fizika

törvényeiben és a Világegyetem szerkezetében

tapasztalható számos, látszólag szerencsés véletlen

jellegzetességétől.

Szén atommag rezonanciája: e nélkül nem működne a

csillagok energiatermelése.

A természet négy kölcsönhatásának erőssége - ha

bármelyiknek akár csak kissé más lenne az értéke, nem

létezhetne élet.

Egyes alapvető elemi részecskék tömege nem térhet el

jelentős mértékben a mi világunkban megfigyelttől.

Az egybeesések magyarázata fontos megoldatlan

természettudományos és filozófiai probléma!

IRODALOM

Természet Világa csillagászati különszám (2009)

Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete

Steven Weinberg: A világ magyarázata

John Gribbin: A tudomány története 1543-tól napjainkig

John Gribbin: Kozmikus körforgás

Paul Davies: Kozmikus telitalálat