En kosmisk reise Forelesning 1:

Transkript

1 En kosmisk reise Forelesning 1: Om astronomi som fag, og li8 om avstander Innhold Hva astronomer studerer Notasjon for veldig store og veldig små tall Avstander i kosmos Astronomi og astrofysikk: Hva er forskjellen? Li8 om vitenskapelig metode Astronomi vs. astrologi 1

2 Kursopplegg Undervisning: Forelesninger (4t i uka) og kollokvier (2t i uka). Anbefalt, men ikke obligatorisk å følge undervisningen. Ingen obligatoriske innleveringer, ingen midtveiseksamen. Eksamen: SkriPlig, 3 Rmer, ingen hjelpemidler, ca. 15 spørsmål. Pensum Astronomi en kosmisk reise, Øystein Elgarøy, Universitetsforlaget, Annet stoff gjennomgå8 på forelesinger og kollokvier kan også inngå i pensum. Det vil bli sagt klart i fra når de8e er aktuelt. 2

3 Ny\ge navn Kursansvarlig: Øystein Elgarøy rom 102, Tlf: Gruppelærer: Amir Hammami rom 216, Tlf: Studiekonsulenter: Lill KrisRn Theodorsen Brenda Apili Atubo rom 207 Tlf: Kollokviene foregår i auditoriet, rom 209 Alle koordinatene refererer Rl astrofysikkbygningen, Svein Rosselands hus. Hva er astronomi? Astronomi, vitenskapen om himmellegemene og verdensrommet. (Store Norske Leksikon). 3

4 8/18/14 Kilde: NASA Kilde: NASA 4

5 8/18/14 Kilde: NASA Kilde: HST/NASA 5

6 Kilde: ESA/Planck Science Team Fra det største Rl 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 ope bruke kunnskap om universets minste byggesteiner. 6

7 Store og små tall 100=10 2, 1000=10 3, = 10 6 Regel 1 (fulgt av n nuller) = 10 n 0.1=10-1, 0.01=10-2, =10-6 Generell regel: 0.(n- 1 nuller)1=10 - n Eksempel 1: =1.5 x = 1.5x10 5 Eksempel 2: 0.015=1.5 x 0.01 = 1.5x10-2 Gjør det le8 å skrive veldig store og veldig små tall. Eksempel 1: Størrelsen på det observerbare univers Universet er ca. 14 milliarder år gammelt. Lys beveger seg med en fart på 3 x 10 8 m/s. De jerneste objektene vi kan se befinner seg derfor i en avstand lik: 3 x 10 8 m/s x 14 x 10 9 x365x24x60x60 s = 1.3 x m 7

8 Eksempel 2: Små lengder Synlig lys: Bølgelengder i området rundt 5 x 10-7 m Atom: Størrelser rundt m Atomkjerne: Rundt m Minste lengdeskala ulorsket av LHC: m Egne enheter for små lengder 1 nanometer = 1 nm = 10-9 m 1 Ångstrøm = m 1 femtometer = 1 fermi = 1 fm = m 8

9 Astronomiske lengdeenheter Innenfor solsystemet: 1 astronomisk enhet = 1 AU = km Svarer omtrent Rl den midlere avstanden mellom Jorden og Solen. Når vi ikke trenger å være veldig nøyakrge kan vi se8 1 AU = 1.5 x 10 8 km. Utenfor solsystemet 1 lysår = lengden lys beveger seg gjennom tomt rom i løpet av et år = 9,46 x m. Merk: Enhet for lengde, ikke for Rd! Senere i kurset skal vi møte en annen enhet for lengde: Parsec. Eksempel: Størrelsen på det synlige univers = 14 milliarder lysår. 9

10 Solsystemet Sola En appelsin Diameter 1.4 x 10 6 km 8.4 cm Jorda Merkur Venus Jupiter Neptun/Pluto Proxima Centauri Avstand til sola Diameter Avstand til sola Diameter Avstand til sola Diameter Avstand til sola Diameter Avstand til sola Diameter (N) Diameter (P) 1,5 x 10 8 km km 5,8 x 10 7 km 4879 km 1,08 x 10 8 km km 7,78 x 10 8 km km 4,5 x 10 9 km km 2300 km Avstand?? 9.0 m 0.8 mm 3.5 m 0.3 mm 6.5 m 0.7 mm 47 m 8 mm 270 m 3 mm 0.1 mm Solsystemet og nærmeste stjerne Sola En appelsin Diameter 1.4 x 10 6 km 8.4 cm Jorda Avstand til sola Diameter 150 x 10 6 km km 9.0 m 0.8 mm Merkur Avstand til sola Diameter 58 x 10 6 km 4879 km 3.5 m 0.3 mm Venus Jupiter Avstand til sola Diameter Avstand til sola Diameter 108 x 10 6 km km 778 x 10 6 km km 6.5 m 0.7 mm 47 m 8 mm Neptun/Pluto Proxima Centauri Avstand til sola Diameter (N) Diameter (P) Nærmeste stjerne Avstand 4500 x 10 6 km km 2300 km (sollignende) 4.4 lysår 270 m 3 mm 0.1 mm 2500 km 1 cm 10

11 Kilde: xkcd.com Vinkler Avstander kan ikke måles direkte på himmelen. Det som kan måles, er vinkler. Vinkler måles i grader, 360 grader svarer Rl en full sirkel. 1 bueminu8 = 1/60 av en grad. 1 buesekund = 1/60 av e8 bueminu8. Eksempel: Fullmånen dekker en vinkel på 31 bueminu8er. 11

12 Astrofysikk Tradisjonelt: Astronomer måler og beskriver himmelfenomener, astrofysikere forsøker å forstå himmelfenomenene ved hjelp av fysikkens lover. I dag: Ordene brukes om hverandre. De8e kurset handler vel så mye om astrofysikk som astronomi. Hvordan drive med astrofysikk? Li8 om vitenskapelig metode 12

13 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 Rl den hypoterske planeten i Oppdaget av Galle og d Arrest i 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 le8e, men Vulcan ble aldri funnet. RikRg forklaring: Newtons gravitasjonslov må ersta8es med den generelle relarvitetsteorien. 13

14 Metode Vi observerer uventede fenomen. Vi gje8er 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 gje8e på ny8. I motsa8 Rlfelle får vi større grunn Rl å tro at vi har gje8et rikrg, men det er ikke bevist. Virkeligheten ikke like enkel Observasjoner kan være feil. Uforutse8e omstendigheter kan føre Rl at observasjonene ikke stemmer med gjetningen, selv om den er rikrg. Astronomer kan være sta: Holder fast på teoriene sine, selv om de er i strid med observasjonene. En av de vikrgste forutsetningene for fremskri8 er åpen diskusjon og krirkk av hypoteser og observasjoner. 14

15 Forskjell mellom fysikk og astrofysikk Vi kan ikke gjennomføre kontrollerte eksperimenter i astrofysikken. Kan for eksempel ikke lage en stjerne og måle hvordan den utvikler seg. Vi må lære om stjerners historie ved å observere mange av dem ved ulike stadier av livet. Astrofysikk ligner slik på arkeologi og historie! Kilde: comics.com 15

16 Hva med astrologi? Kilde: Wikimedia commons Hva er astrologi? Vanskelig å svare på, for det finnes mange ulike varianter: vestlig astrologi, hinduisrsk astrologi, kinesisk astrologi En fellesnevner er foresrllingen om at det er forbindelser mellom fenomen på stjernehimmelen og jordiske hendelser + personlighetstrekk 16

17 Mi8 dagshoroskop 28/ Sol.no: Det er en livlig utveksling av ideer og tanker, men de fører ikke Rl noen ferdige resultater akkurat nå. Magic.no: Et målre8et utspill fra deg kan gi resultater. Eventuelle bange anelser du må8e ha ved å gjøre deg synlig, er sikkert ubegrunnede. Nå kan du få deg en skikkelig, gledelig overraskelse. Seriøs astrologi 17

18 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 Rl påstander om virkeligheten. 18

19 Virker det? Shawn Carlson (Nature 318, side 419, 5. desember 1985) A double- blind test of astrology Testet astrologers evne Rl å forutse personlighet basert på fødselshoroskop. Astrologene gjorde det like bra som man ville ha gjort ved ren gjetning. Hva førte de8e Rl? Ingen verdens Rng! Astrologer fortse8er akkurat som før. Ingen revisjon av hypoteser, ingen forbedringer av metode. Astrologer lærer ikke av empiri. De har ideer og metoder som oppre8holdes uanse8 hva som observeres. Derfor kan det ikke kalles en vitenskap. 19

20 Neste forelesning: Om koordinater, stjernehimmelen og astronomi i anrkken 20