"Astronomia ogólna"

Spis treści

1. Wstęp 9

1.1. Ciała niebieskie 9

1.2. Rola astronomii 12

1.3. Dziedziny badań astronomicznych 14

1.4. Skala Wszechświata 16

2. Astronomia sferyczna 19

2.1. Trygonometria sferyczna 19

2.2. Ziemia 22

2.3. Sfera niebieska 23

2.4. Układ horyzontalny 24

2.5. Układ równikowy 25

2.6. Momenty wschodów i zachodów 27

2.7. Układ ekliptyczny 28

2.8. Układ galaktyczny 29

2.9. Perturbacje współrzędnych 29

2.10. Astronomia pozycyjna 33

2.11. Gwiazdozbiory 37

2.12. Katalogi i mapy gwiazd 37

2.13. Czas słoneczny i gwiazdowy 40

2.14. Astronomiczne systemy czasu 43

2.15. Kalendarze 46

2.16. Przykłady 46

2.17. Zadania 50

Ramka 2.1. Redukcja współrzędnych 51

Ramka 2.2. Data juliańska 53

3. Obserwacje i instrumenty 55

3.1. Obserwacje przez atmosferę 55

3.2. Teleskopy optyczne 57

3.3. Detektory i instrumenty badawcze 68

3.4. Radioteleskopy 75

3.5. Inne zakresy widma elektromagnetycznego 81

3.6. Inne postaci energii 86

3.7. Przykłady 88

3.8. Zadania 89

Ramka 3.1. Dyfrakcja na okrągłej aperturze 89

4. Podstawowe pojęcia fotometrii 91

4.1. Natężenie, gęstość strumienia, dzielność promieniowania 91

4.2. Jasności widome 93

4.2. Systemy fotometryczne 94

4.4. Jasności absolutne 96

4.5. Ekstynkcja i grubość optyczna 96

4.6. Przykłady 98

4.7. Zadania 101

5. Mechanizmy promieniowania 102

5.1. Promieniowanie atomów i molekuł102 104

5.2. Atom wodoru 104

5.3. Profile linii widmowych 105

5.4. Liczby kwantowe, reguły wyboru, obsadzenie poziomów 107

5.5. Widma molekuł 109

5.6. Widmo ciągłe 109

5.7. Promieniowanie ciała doskonale czarnego 109

5.8. Temperatury 111

5.9. Inne mechanizmy promieniowania 113

5.10. Przepływ promieniowania 114

5.11. Przykłady 115

5.12. Zadania 117

6. Mechanika nieba 119

6.1. Równania ruchu 119

6.2. Rozwiązanie równania ruchu 120

6.3. Równanie orbity i I prawo Keplera 122

6.4. Elementy orbity 122

6.5. II i III prawo Keplera 124

6.6. Układy wielu ciał 126

6.7. Wyznaczanie orbit 127

6.8. Położenie ciała na orbicie 127

6.10. Twierdzenie o wiriale 129

6.9. Prędkość ucieczki 129

6.11. Kryterium Jeansa 130

6.12. Przykłady 131

6.13. Zadania 134

Ramka 6.1. Prawa Newtona 134

7. Układ Słoneczny 135

7.1. Klasyfikacja obiektów 135

7.2. Konfiguracje planet 137

7.3. Orbita Ziemi i pozycje Słońca na niebie 139

7.4. Orbita Księżyca 140

7.5. Zaćmienia i zakrycia142 144

7.6. Struktura i powierzchnie planet 144

7.7. Atmosfery i magnetosfery 147

7.8. Albedo 152

7.9. Fotometria, polarymetria i spektroskopia ciał Układu Słonecznego 154

7.10. Termiczne promieniowanie planet 157

7.11. Pochodzenie Układu Słonecznego159 165

7.12. Model nicejski 165

7.13. Przykłady 165

7.14. Zadania 167

Ramka 7.1. Pływy 168

8. Ciała Układu Słonecznego 170

8.1. Merkury 170

8.2. Wenus 173

8.3. Ziemia i Księżyc 176

8.4. Mars 181

8.5. Jowisz 185

8.6. Saturn 190

8.7. Uran 193

8.8. Neptun 195

8.9. Planety karłowate 197

8.10. Małe ciała 199

8.11. Planetoidy 199

8.12. Komety 203

8.13. Meteoroidy 206

8.14. Pył międzyplanetarny i inne cząstki 207

8.15. Przykłady 208

8.16. Zadania 209

Ramka 8.1. Zjawiska atmosferyczne 209

9. Widma gwiazd 211

9.1. Pomiar widm 211

9.2. Harwardzka klasyfikacja widm 213

9.3. Klasyfikacja MK 215

9.4. Widma osobliwe 217

9.5. Diagram Hertzsprunga-Russella 218

9.6. Modele atmosfer gwiazdowych 219

9.7. Co o gwiazdach mówią obserwacj 220

9.8. Zadanie 221

Ramka 9.1. Natężenie promieniowania opuszczającego atmosferę gwiazdową 221

10. Gwiazdy podwójne i masy gwiazd 222

10.1. Układy wizualnie podwójne 222

10.2. Astrometryczne układy podwójne 223

10.3. Układy spektroskopowo podwójne 224

10.4. Fotometryczne układy podwójne 225

10.5. Przykłady 227

10.6. Zadania 227

11. Wewnętrzna budowa gwiazd 229

11.1. Warunki równowagi wewnętrznej229 232

11.2. Stan fizyczny gazu 232

11.3. Źródła energii w gwiazdach 233

11.4. Modele gwiazd 237

11.5. Przykłady 238

11.6. Zadania 239

Ramka 11.1. Ciśnienie gazu i promieniowania 240

Ramka 11.2. Ciśnienie gazu zdegenerowanego 240

12. Ewolucja gwiazd 242

12.1. Ewolucyjne skale czasowe 242

12.2. Ewolucja przed ciągiem głównym243 245

12.3. Faza ciągu głównego 245

12.4. Faza olbrzyma 247

12.5. Końcowe etapy ewolucji 250

12.6. Ewolucja ciasnych układów podwójnych 251

12.7. Porównanie z obserwacjami 254

12.8. Pochodzenie pierwiastków 256

12.9. Przykład 258

12.10. Zadania 259

13. Słońce 260

13.1. Struktura wewnętrzna260 263

13.2. Atmosfera 263

13.3. Aktywność słoneczna266 272

13.4. Wiatr słoneczny i pogoda kosmiczna 272

13.5. Przykład 273

13.6. Zadania 273

14. Gwiazdy zmienne 274

14.1. Klasyfikacja 275

14.2. Zmienne pulsujące 276

14.3. Zmienne wybuchowe 278

14.4. Supernowe 283

14.5. Przykłady 286

14.6. Zadania 286

15. Obiekty zwarte 287

15.1. Białe karły 287

15.2. Gwiazdy neutronowe 288

15.3. Czarne dziury 293

15.4. Rentgenowskie układy podwójne 295

15.5. Przykłady 298

15.6. Zadania 299

Ramka 15.1. Promień Białych Karłów i Gwiazd Neutronowych 299

16. Ośrodek międzygwiazdowy 301

16.1. Pył międzygwiazdowy 301

16.2. Gaz międzygwiazdowy 310

16.3. Molekuły międzygwiazdowe 318

16.4. Tworzenie się protogwiazd 321

16.5. Mgławice planetarne 322

16.6. Pozostałości supernowych 323

16.7. Gorąca korona Drogi Mlecznej 324

16.8. Promienie kosmiczne i międzygwiazdowe pole magnetyczne 326

16.9. Przykłady 327

16.10. Zadania 328

Ramka 16.1. Promieniowanie synchrotronowe 329

17. Gromady i asocjacje gwiazd 330

17.1. Asocjacje 330

17.2. Gromady otwarte gwiazd 332

17.3. Gromady kuliste 334

17.4. Przykłady 335

17.5. Zadania 336

18. Droga Mleczna 337

18.1. Metody pomiaru odległości 337

18.2. Statystyki gwiazdowe 340

18.3. Ruch obrotowy Drogi Mlecznej 344

18.4. Składowe strukturalne Drogi Mlecznej 349

18.5. Formowanie się i ewolucja Drogi Mlecznej 352

18.6. Przykłady 354

18.7. Zadania 354

19. Galaktyki 356

19.1. Klasyfikacja galaktyk 356

19.2. Jasności i masy 361

19.3. Struktury galaktyczne 365

19.4. Dynamika galaktyk 368

19.5. Wiek gwiazd i ilości pierwiastków w galaktykach 370

19.6. Grupowanie się galaktyk 372

19.7. Galaktyki aktywne i kwazary 376

19.8. Pochodzenie i ewolucja galaktyk 382

19.9. Zadania 385

Ramka 19.1. Trójwymiarowy kształt galaktyk 385

20. Kosmologia 387

20.1. Obserwacje kosmologiczne 387

20.2. Zasada kosmologiczna 392

20.3. Wszechświaty jednorodny i izotropowy 393

20.4. Modele Friedmanna 394

20.5. Testy kosmologiczne 396

20.6. Historia Wszechświata 398

20.7. Tworzenie się struktur 399

20.8. Przyszłość Wszechświata 404

20.9. Przykłady 405

20.10. Zadania 406

Ramka 20.1. Newtonowskie wyprowadzenie równania różniczkowego dla współczynnika skali R(t) 406

Ramka 20.2. Trzy przesunięcia ku czerwieni 407

21. Astrobiologia 408

21.1. Czym jest życie? 408

21.2. Chemia życia 409

21.3. Warunki wstępne dla życia 411

21.4. Zagrożenia 411

21.5. Pochodzenie życia 412

21.6. Czy jesteśmy Marsjanami? 415

21.7. Życie w Układzie Słonecznym 416

21.8. Wykrywanie życia 417

21.9. SETI – wykrywanie inteligentnego życia 417

21.10. Liczba cywilizacji 419

21.11. Zadania 420

22. Egzoplanety 421

22.1. Inne systemy planetarne 421

22.2. Metody obserwacyjne 421

22.3. Właściwości egzoplanet 423

22.4. Zadania 424

A Matematyka 425

A.1. Geometria 425

A.2. Przekrój stożka 425

A.3. Szeregi Taylora 426

A.4. Rachunek wektorowy 427

A.5. Macierze 429

A.6. Całki wielokrotne 430

A.7. Rozwiązanie numeryczne równania 432

B Teoria względności 433

B.1. Podstawowe pojęcia 433

B.2. Transformacja Lorentza. Czasoprzestrzeń Minkowskiego 434

B.3. Ogólna teoria względności 435

B.4. Testy ogólnej teorii względności436 C Tabele 437

Odpowiedzi do zadań 464

Literatura dodatkowa 468

Przypisy do fotografii 471

Suplement kolorowy 472