Astronomia – jest to najstarsza nauka przyrodnicza. Zajmuje się badaniem całego Wszechświata. Wyraz astronomia powstał ze złożenia dwóch wyrazów:

• Astron – gwiazda

• Nodus – prawo

Jest to zatem nauka badająca prawa rządzące zjawiskami we Wszechświecie.

Skala Kosmosu:

• Astronomia bada obiekty o bardzo różnorodnych skalach czasowych i przestrzennych

• Większość skal czasowych jak i przestrzennych wykracza poza nasze codzienne doświadczenia

• Nasz Świat, Ziemia, a nawet Układ Słoneczny są malutkie i nieistotne jeżeli porównamy jest z rozmiarami Kosmosu

Wędrówka po skali Kosmosu:

1. Ziemia – 12 756 km średnicy

2. Odległość Ziemia – Księżyc wynosi 384 000 km

Księżyc jest najbliższym Ziemi i drugim co do jasności ciałem niebieskim widocznym na niebie. Jest też jedynym ciałem niebieskim, na którym stanęła ludzka stopa. Średnica Księżyca wynosi 3 474 km (1/4 średnicy Ziemi)

1. Odległość Ziemia – Słońce wynosi 150 000 000 km (1 AU – jednostka astronomiczna)

   1. Odległość Słońce – Merkury wynosi 0,38 AU

   2. Odległość Słońce – Wenus wynosi 0,72 AU

   3. Odległość Słońce – Mars wynosi 1,52 AU

   4. Odległość Słońce – Jowisz wynosi 5,2 AU

   5. Odległość Słońce – Saturn wynosi 9,52 AU

   6. Odległość Słońce – Uran wynosi 19,2 AU

   7. Odległość Słońce – Neptun wynosi 30,01 AU

   8. Odległość Słońce – Pluton wynosi 100 AU

2. Pusta przestrzeń dookoła Układu Słonecznego (próżnia) – 10 000 AU

3. Okolice Słońca – 1 000 000 AU (17 lat świetlnych):

   1. Syriusz najjaśniejszym obiektem gwiazdowym na sklepieniu niebieskim

4. Dalsze otoczenie Słońca – 1 700 lat świetlnych

5. Droga Mleczna – 170 000 lat świetlnych (średnica 100 000 lat świetlnych)

6. Lokalna Grupa Galaktyk – 1 700 000 lat świetlnych. W skał Lokalnej Grupy Galaktyk wchodzą m.in.:

   1. Droga Mleczna

   2. Andromeda

   3. Trójkąt

7. Wszechświat w największej skali – 1 700 000 000 lat świetlnych

W przybliżeniu 15 mld lat temu cała materia była skoncentrowana w jednym punkcie. Wówczas eksplozja zwana Big Bang (Wielki Wybuch) spowodowała, że materia zaczęła się oddalać. Wszechświat stale się rozszerza.

Efekt Dopplera – obserwujemy przesunięcie linii widmowych galaktyk ku czerwieni – ucieczka galaktyk.

Prawo Hubble’a (1929) – prędkość ucieczki galaktyk rośnie wraz z odległością:

v = H × r

V – prędkość galaktyk

R – odległość galaktyk

H – stała Hubble’a

Prędkość z jaką oddalają się dwa obiekty jest proporcjonalna do ich wzajemnej odległości. Zgodnie z tą regułą ekspansja Wszechświata zachowuje proporcjonalne odległości.

Zasada kosmologiczna:

• We Wszechświecie nie ma wyróżnionych miejsc

• Wszechświat z każdego miejsca „wygląda” identycznie

Dwie teorie dotyczące ekspansji Wszechświata:

• Szybka ekspansja – zbyt mała gęstość materii, aby grawitacja mogła powstrzymać rozszerzanie (ujemna lub zerowa krzywizna) Wszechświata – Wszechświat nieskończony

• Wolna ekspansja – grawitacja powstrzymuje rozszerzanie i w przyszłości spowoduje kurczenie się Wszechświata i dużą gęstość materii (dodatnia krzywizna Wszechświata) – Wszechświat skończony

Historia Wszechświata:

1. Era Plancka: 0 – 10^-43s:

   • Nie potrafimy opisać Wszechświata w tej fazie

   • Wszechświat rozszerza się bardzo szybko

   • Nierozróżnialne oddziaływania są w równowadze z materią i antymaterią

   • Temperatura 10³² K

2. Era hadronowa: 10^-43 – 10^-4s:

   • Dalsze rozszerzanie – maleje gęstość i temperatura

   • Oddziaływanie silne oddziela się od oddziaływań elektrosłabych

   • Materia w postaci plazmy kwarkowo-gluonowej

   • Temperatura 10²⁷K

   • 10^-5s:

     • Kwarki łączą się w protony i neutrony

     • Antymateria zaczyna zanikać – promieniowanie ma zbyt małą energię, aby ją wytwarzać

     • Temperatura 10¹⁰K

3. Era leptonowa: 10^-4 – 10s:

   • Dominacja leptonów (elektrony, taony, miony, neutrina)

4. Era promieniowania: 10s – 300 000 lat:

   • 3 minuty:

     • Protony i neutrony tworzą lekkie jądra (D, He, Li)

     • Ustala się zwartość lekkich izotopów we Wszechświecie

     • Temperatura 10⁹K

   • 300 000 lat:

     • Powstają atomy – elektrony zostają wychwycone przez jądra

     • Materia staje się przezroczysta dla fotonów

     • Temperatura 6000K

5. Era gwiazdowa: 300 000 lat do dziś:

   • 400 000 000 lat:

     • Powstanie galaktyk i gwiazd

     • Synteza jądrowa w gwizdach – powstanie pierwiastków ciężkich

     • Temperatura 18K

Ciało doskonale czarne doskonale absorbuje promieniowanie padające na nie. Takie ciało również emituje promieniowanie jeżeli jest dostatecznie gorące.

Objętość Helu:

• W pierwszych 3 minutach zostały stworzone jądra atomowe

• Teoria Big Bang przewiduje względną obfitość pierwiastków:

  • Wodór – 76%

  • Hel – 24%

  • Lit – 1 cząstka na 10¹⁰