ZÁLUDNÉ VÝBĚROVÉ EFEKTY A ZÁŘIVÉ VYHLÍDKY ASTRONOMIE Jiří GRYGAR Fyzikální ústav Akademie věd ČR, Praha

Viktor A. Ambarcumjan (1908 – 1996) arménský astrofyzik „Člověk se liší od vepřů mimo jiné tím, že občas zvedá hlavu a dívá se na hvězdy“ Viktor A. Ambarcumjan (1908 – 1996) arménský astrofyzik 15.4.2019 15.4.2019 2

Pračlověk pozoroval oblohu Seřazeno dle (maximální) jasnosti na obloze 1. Slunce [-27 mag] 2.* Bolidy [-27 mag Tunguský meteorit; běžně -20 mag] 3. Měsíc [-13 mag] 4.* Hvězdy návštěvnice [- 9 mag] 5. Planety [-5 mag] 6.* Komety [-5 mag] 7. Hvězdy [-2 mag] 8. Mléčná dráha [3 mag] 9. Magellanova mračna [4 mag] 10. Mlhovina M31 [5 mag] 11. Uhelný pytel [tmavší než mezihvězdné pozadí] ( * = efemérní jevy) Rozsah jasností 33 mag (13 řádů!) 15.4.2019 15.4.2019 3

HLAVNÍ VÝBĚROVÝ EFEKT – NEZNÁMÁ VZDÁLENOST OBJEKTU OD POZOROVATELE Úspěchy starověké geometrie a astronomie: Určení rozměru Země a odhady vzdáleností Měsíce a Slunce 3. tisíciletí BC: Egypt – Slunce průměr 29´ 6. stol. BC: Řecko (Pythagoras): Země je koule 4. stol. BC: Řecko (Aristoteles): obvod Země 65 tis. km 3. stol. BC: Řecko (Aristarchos): heliocentrismus. Poloměr Měsíce 2 350 km; vzdálenost Země-Měsíc 120 tis. km; poloměr Slunce 45 tis. km; vzdálenost Slunce 2,3 mil. km 3./2. stol. BC: Řecko (Eratosthénes): obvod Z. 40 ÷ 46 tis. km Země – Měsíc 133 tis. km?; Země – Slunce 137 mil. km? 15.4.2019 15.4.2019 4

POSTUPNÉ ZLEPŠOVÁNÍ ÚDAJŮ O ROZMĚRECH SLUNEČNÍ SOUSTAVY 4. stol. BC: Řecko (Herakleitos): hvězdy jsou od nás 2,5krát dál než Slunce 3./2. stol. BC: Řecko (Eratosthénes): hvězdy jsou od nás podstatně dál než Slunce 2. stol. BC: Kréta (Hipparchos):Poloměr Měsíce 1 740 km; vzdálenost od Země 376 tis. km; vzdálenost Slunce 7 mil. km 15. stol. AD: Polsko (Kopernik): vzdálenost Slunce 8 mil. km, Saturnu 60 mil. km, ale hvězd už 8 mld. km, čili o 3 řády dál, než je Slunce! 1635: Vlámsko (G. Wendelin = Aristarchos): AU ~ 89 mil. km 1672: Cassini & Richer (paralaxa Marsu): AU = 138 mil. km 15.4.2019 15.4.2019 5

ASTRONOMICKÁ JEDNOTKA = AU (1903) A VZDÁLENOSTI HVĚZD 1639 + (1761 + 1769): Francie (J. Lalande) transity Venuše přes Slunce; AU = 153 mil. km 1676: Dánsko (O. Rømer) pozorování Galileových družic Jupiteru; rychlost světla je konečná: 210 tis. km/s 1837-39: Německo, Jižní Afrika, Estonsko (F. Bessel, T. Henderson, V. Struve) paralaxy hvězd 61 Cyg; α Cen; Vega 1842: Praha (C. Doppler): Dopplerův princip 1893: USA (A. Michelson): pozemní měření na dlouhé základně (rotující zrcadla): rychlost světla 299,8 tis. km/s 1895: USA (S. Newcomb) transity Venuše (1874 + 1882) a aberace poloh hvězd; AU = 149,5 mil. km 15.4.2019 15.4.2019 6

NEPŘÍMÉ METODY MĚŘENÍ VZDÁLENOSTÍ 1908 – 1912: USA (H. Leavittová) vztah perioda-maximální jasnost pro cefeidy v Malém Magellanově mračnu (autorka navržena na Nobelovu cenu) 1911 – 1914: Dánsko + USA (E. Hertzsprung + H. Russell) diagram spektrum – svítivost pro hvězdy 1914-19: USA (H. Shapley): teorie pulsace cefeid, nulový bod vztahu Leavittové, stavba Galaxie z rozložení 69 kulových hvězdokup (výstředná poloha Slunce v Galaxii) 1920: USA (V. Slipher) červený posuv ve spektru galaxií: 1923: USA (E. Hubble): objev cefeid v mlhovině M31 1923: UK (A. Eddington): závislost hmotnost-zářivý výkon pro hvězdy hlavní posloupnosti 15.4.2019 15.4.2019 7

KOSMOLOGICKÝ ŽEBŘÍK VZDÁLENOSTÍ (standardní svíčky) 1908: pohybová paralaxa otevřené hvězdokupy Hyády 1918: vzdálenosti proměnných typu RR Lyr 1929: USA (E.Hubble) vztah červený posuv – vzdálenost 44 galaxií <2 Mpc. Ho ~ 550 km/s/Mpc; stáří vesmíru 1,8 mld. let? 1930: trigonometrické vzdálenosti hvězd do 50 pc 1936: vzdálenosti nov (světelné ozvěny) 1936: odlišení nov od supernov 1960: paralaxy zákrytových dvojhvězd 1952: USA (W. Baade) galaxie jsou 2x dále (Populace I a II) 1997: ESA (družice HIPPARCOS) trigonometrie do 300 pc 15.4.2019 15.4.2019 8

Současný kosmologický žebřík Žlutozelená políčka: galaxie s překotnou tvorbou hvězd Bleděmodrá: pro galaxie s hvězdami populace II Fialová: trigonometrické metody Červená: Svítivosti planetárních mlhovin - galaxie nadkupy Virgo Plné černé šipky: dobré kalibrované příčky žebříku Čárkované černé šipky: nejistě kalibrované příčky 15.4.2019 15.4.2019 9

VELKÉ ASTRONOMICKÉ OBJEVY XX. STOLETÍ 1927: Belgie (G. Lemaître) závislost červeného posuvu galaxií na vzdálenosti 1929: USA (E. Hubble) tatáž závislost v angličtině 1930: Indie (S. Chandrasekhar) mez 1,4 Mo pro bílé trpaslíky 1933: USA (F. Zwicky, W. Baade) neutronové hvězdy ze SN 1933: USA (F. Zwicky) dynamická hmotnost galaxií v kupách o řád větší než hmotnost zářivá 1939: USA (H. Bethe aj.) TNR ve hvězdách jako zdroj energie 1948: USA (R. Alpher, G. Gamov) teorie velkého třesku 1952: USA (W. Baade, E. Salpeter): revize vzdáleností galaxií 15.4.2019 15.4.2019 10

VELKÉ ASTRONOMICKÉ OBJEVY XX STOLETÍ 1957: UK, USA (B2FH) vznik chemických prvků ve hvězdách 1963: Austrálie, USA (J. Bolton aj., M. Schmidt aj.): kvasary 1965: USA (A. Penzias, R. Wilson) reliktní záření 1968: UK (J. Bellová, A. Hewish) pulsary (neutronové hvězdy) 1973: USA (W. Klebesadel aj.) zábleskové zdroje záření gama 1979: USA (D. Walsh aj.) gravitační čočky 15.4.2019 15.4.2019 11

VELKÉ ASTRONOMICKÉ OBJEVY XX. - XXI. STOLETÍ 1982: USA (A. Guth): inflace vesmíru v čase 10-35 s po VT 1998: USA, Austrálie (S. Perlmutter aj.) anomálie SN Ia 2006: USA (J. Mather aj.) družice COBE a WMAP 2008: USA (J. Gunn aj.) přehlídka SDSS Zrychlené tempo rozpínání vesmíru (skrytá energie) 2008: USA, SRN (A. Ghezová, R. Genzel aj.) černá veledíra v jádře Galaxie (4 mil. Sluncí) 15.4.2019 15.4.2019 12

ZÁLUDNOST VÝBĚROVÝCH EFEKTŮ Význam astronomických objektů je deformován drastickými rozdíly ve vzdálenostech, rozměrech, hmotnostech, optických (zářivých) projevech, průhlednosti prostoru pro záření různých vlnových délek i relativní četností v prostoru a čase. V následujícím seznamu jsou dosud objevené typy objektů seřazeny zdola podle fyzikální významnosti. K tomu jsou uvedena přibližná data prvního pozorování a následně též letopočet klíčového pochopení významnosti jevu. 15.4.2019 15.4.2019 13

Málo významné astronomické jevy 16. BOLIDY a METEORITY (Starověk/S/ – XIX. stol.): hmotnost <107 kg; rozměr <100 m 15. KOMETY (S – 1950): hmotnost <1017 kg; rozměr <100 km 14. PLANETKY, TRPASLIČÍ PLANETY (1801 – 1950): hmotnost <1022 kg; rozměr <3 tis. km 13. MĚSÍC (S – XVII. stol.): hmotnost <1023 kg; rozměr 3,6 tis. km 12. PLANETY (S - XVIII. stol.): hmotnost <1027 kg; rozměr <150 tis. km 11. SLUNCE (S – 1938): M ~ 1030 kg; rozměr 1,4 mil. km; výkon 1026 W 15.4.2019 15.4.2019 14

Středně významné astronomické jevy 10. HVĚZDY (S – 1938): M <1033 kg; rozměr <1 mld. km; výkon <1032 W 9. NOVY (1918 – 1970): M <1030 kg; rozměr <10 tis. km; výkon <1032 W 8. GALAXIE (S – 1925): M <1043 kg; rozměr <1 Mpc; výkon <1040 W 7. SUPERNOVY (1936 – 1957): M <1032 kg; rozměr <10 mil. km; výkon <1035 W 6. PULSARY (1968 – 1969): M <1030 kg; rozměr <30 km; výkon <1031 W 5. KVASARY (1963 – 1980): M <1040 kg; rozměr <20 mld. km; výkon <1040 W 15.4.2019 15.4.2019 15

Velmi významné astronomické jevy 4. ZÁBLESKOVÉ ZDROJE ZÁŘENÍ GAMA(1973 – 94): M <1032 kg; rozměr <50 km; výkon <1042 W 3. ČERNÉ VELEDÍRY(1995 – 2005): M <1040 kg; rozměr <50 mld. km; výkon 0 W ** 2. SKRYTÁ LÁTKA = Dark Matter (1933 – 1980): průhledná, nezáří, přitažlivá; ~23% M vesmíru 1. SKRYTÁ ENERGIE = Dark Energy (1998 – 2008): rovnoměrně rozložená, odpudivá; ~73 % M !! 0. KOSMOLOGICKÁ INFLACE (1982 – 2008): rozfouknutí vesmíru 1030x v čase 10-35 s po VT 15.4.2019 15.4.2019 16

Výsledný trend závažnosti objevů 1. Neznalost vzdáleností nebeských těles a úkazů je hlavním výběrovým efektem, po němž následují selektivnost elektromagnetických i jiných projevů existence kosmických těles 2. Časové pořadí, v němž jsou astronomické objekty a úkazy objevovány, je obecně nepřímo úměrné jejich fyzikální závažnosti pro stavbu a vývoj vesmíru 3. Není příliš pravděpodobné, že na počátku XXI. století tento trend skončí; tempo závažných astronomických objevů se spíše zrychluje vlivem zdokonalování pozorovací techniky i teorie 15.4.2019 15.4.2019 17

Zářivé vyhlídky astronomie Astronomie do r. 1940 zkoumala projevy pouhých 4 % úhrnné hmotnosti vesmíru a do r. 2000 pouhou čtvrtinu hmotnosti vesmíru! Naše vědomosti o kosmických neutrinech a částicích energetického kosmického záření jsou chabé I když je každá extrapolace riskantní, je vysoce pravděpodobné, že nejzávažnější objevy astronomie jsou dosud před námi Povolání astronoma patří proto k nejlákavějším a nejperspektivnějším lidským činnostem v blízké i vzdálené budoucnosti! 15.4.2019 15.4.2019 18

taková malá TEČKA téměř na závěr „Existuje teorie, která tvrdí, že kdyby jednou někdo přišel na to, k čemu je vesmír a proč tu je, vesmír by okamžitě zmizel a jeho místo by zaujalo něco ještě mnohem bizarnějšího a nevysvětlitelnějšího. Pak existuje ještě jiná teorie, která říká, že se to už stalo." Douglas Adams (1952 – 2001): Restaurant na konci vesmíru (1980) 15.4.2019 15.4.2019 19

KONEC © Učená společnost ČR MMXII 15.4.2019