Odległości Do Gwiazd
advertisement
Odległości Do Gwiazd Gimnazjum Klasy I – III Doświadczenie konkursowe nr 3 Rok 2017 Konkurs Astronomiczny „Astrolabium” Odległości Do Gwiazd Doświadczenie konkursowe rok 2017 1. Wstęp teoretyczny Gwiazdy znajdują się bardzo daleko od Ziemi. Proxima Centauri, gwiazda leżąca najbliżej Słońca jest oddalona o około 40 000 000 000 kilometrów. Operowanie takimi wielkościami jest niewygodne, więc używamy zamiennika w postaci odległości, jaką pokonuje światło w próżni w ciągu jednego roku. Odległość ta zwana jest rokiem świetlnym. Jeden rok świetlny (skrót ly – ang. light year) to około 9 460 000 000 kilometrów, co oznacza, że Proxima Centauri jest oddalona o około 4,2 ly od nas. Jak mierzyć tak duże odległości? Dla pobliskich gwiazd (leżących nie dalej niż około 500 lat świetlnych) można zastosować metodę paralaksy. Zjawisko paralaksy opiera się na zmiennej perspektywie obserwatora. Najłatwiej ją zrozumieć przez wystawienie kciuka na wyprostowanej ręce i popatrzenie na niego raz tylko lewym, a raz tylko prawym okiem (nie ruszając ani głową ani ręką). Kciuk widocznie skacze na tle obiektów położonych dalej. Im kciuk będzie dalej od oczu, tym będzie wykonywał mniejsze skoki. Można to sprawdzić ustawiając kciuk nieco bliżej oczu, a następnie nieco dalej. Gwiazdy znajdują się jednak zbyt daleko, żeby patrzeć na nie raz lewym, a raz prawym okiem i dostrzec różnicę; ale możemy wykorzystać fakt, że Ziemia obiega Słońce. Wykonując pomiary, raz gdy Ziemia znajduje się po jednej stronie Słońca, a drugi raz (po upływie 6 miesięcy), gdy znajduje się ona po jego drugiej stronie, to uzyskamy wynik taki, jakbyśmy obserwowali oczami rozstawionymi o około 300 milionów kilometrów od siebie. Odległość ta odpowiada dwóm jednostkom astronomicznym. Jednostka astronomiczna (w skrócie AU – ang. astronomical unit), to miara odległości równa w przybliżeniu średniemu dystansowi między Ziemią a Słońcem (wynoszącemu ok. 149,6 miliona km). Tak wykonane pomiary są już w zupełności wystarczające, żeby zaobserwować pozorne zmiany położenia bliższych gwiazd na tle innych, o wiele dalszych obiektów (Rys.1). Rysunek 1. Paralaksa w astronomii. Paralaksę, jak każdy inny kąt, mierzymy w stopniach, minutach i sekundach. Ze względu na częste wykorzystanie paralaksy w astronomii, wprowadzona została nowa jednostka odległości: parsek (w skrócie pc). Jest to odległość, dla której paralaksa wynosi 1 sekundę łuku (1''). Innymi słowy, jeśli paralaksa danej gwiazdy wynosi 1'', to znajduje się ona jeden parsek od Słońca. W praktyce oznacza to, że odwrotność paralaksy wyrażonej w sekundach łuku jest równa odległości do obiektu d wyrażonej w parsekach (Rys.2). 2 Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii” Konkurs Astronomiczny „Astrolabium” Odległości Do Gwiazd Doświadczenie konkursowe rok 2017 Rysunek 2. Trzy hipotetyczne gwiazdy: czerwona, żółta i niebieska są położone w różnych odległościach od Słońca. Żółta gwiazda leży w odległości 1 parseka, czerwona gwiazda znajduje się znacznie bliżej, niebieska dalej. Największą paralaksę ma gwiazda czerwona, najmniejszą niebieska. Jeden parsek to 3,26 roku świetlnego. Żadna gwiazda nie ma tak dużej paralaksy. Pobliskie gwiazdy mają zazwyczaj paralaksę mierzoną w milisekundach łuku (w skrócie: mas, z angielskiego miliarcsecond). Jak można się domyślić, obiekty bardzo odległe będą miały niemierzalnie małą paralaksę. Aby wyznaczyć odległość do nich, musimy skorzystać z innych metod1. 2. Cel doświadczenia Celem doświadczenia jest samodzielne obliczenie odległości do pięciu gwiazd przy użyciu metody paralaksy. 3. Opis wykonania doświadczenia Wyznacz odległość do pięciu gwiazd podanych poniżej (Tab.1), używając metody paralaksy. Wielkość paralaksy znajdziesz w przeglądarce katalogów Simbad (http://simbad.ustrasbg.fr/simbad/sim-fbasic). Nazwa gwiazdy alfa Men tau Ceti PLX 756 Nunki Vega Tabela 1. Badane obiekty. Na stronie wyszukiwarki Simbad wpisz nazwę gwiazdy tak, jak pokazano na rysunku (Rys.3). Po przejściu do strony poświęconej wybranej gwieździe, znajdziesz szereg podstawowych informacji o niej. 1 Więcej informacji znajdziesz w doświadczeniu numer 3 dla szkół ponadgimnazjalnych. 3 Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii” Konkurs Astronomiczny „Astrolabium” Odległości Do Gwiazd Doświadczenie konkursowe rok 2017 Rysunek 3. Pierwszy krok w korzystaniu z przeglądarki Simbad. Wartość paralaksy znajduje się obok pozycji Paralaxes, zaznaczonej zieloną obwódką na rysunku (Rys.4). Paralaksa jest wyrażona w milisekundach łuku. Rysunek 4. Krok drugi w korzystaniu z wyszukiwarki Simbad. To tutaj odczytuje się paralaksę gwiazdy. Przykładowo, gwiazda Bellatrix posiada paralaksę 12,92 mas, czyli 0,01292''. Przekłada się to na 77,40 pc, czyli 252,32 roku świetlnego. 4 Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii”
