F9 prelom/3 - Modrijan

3.13.23.3FFKako je angleški fizik Newton odkril gravitacijski zakon, pripovedujetale anekdota. Nekega dne je ob popoldanskem čaju počivalv senci jablane. Ko je zapihal vetrič, je z drevesa padlo zrelo jabolko.Ob tem dogodku se je začel spraševati, zakaj vsa telesa padajonavpično proti središču Zemlje.»Da se je jabolko začelo gibati proti tlom, je nanj prav gotovo delovalakaka sila,« je razmišljal Newton. »Njen izvor je morda vZemlji.« Genialnost njegovega razmišljanja sloni na ugotovitvi, dalahko telesa delujejo drugo na drugo tudi na daljavo. Kakor Zemljas silo deluje na jabolko, tako s silo deluje tudi na Luno, da jo drživ krožnem gibanju. Ta sila je tudi vzrok gibanja nebesnih teles. Imenujemojo gravitacijska sila.Velikost gravitacijske sile je odvisna od mas m 1 in m 2 obeh telester od razdalje r med njunima središčema (slika 3.2). Odvisnost zapišemoz enačbo:F = κm1 m2r 2V enačbi κ označuje gravitacijsko konstanto, katere vrednost je–11 Nm26,67 ⋅ 10 .kg 2Gravitacijska sila Zemlje na telesa v njeni okolici se imenuje teža.S kolikšno silo Zemlja privlači Luno? Iz podatkov o Zemljini in Luninimasi ter razdalji med njima izračunamo gravitacijsko silo, kije 2 • 10 20 N. Zakaj Luna kljub tej sili ne pade na Zemljo? Zakajumetni sateliti, ki jih je človek izstrelil z Zemlje, krožijo na določenivišini nad njo in ne padejo?Naredimo miselni poskus.Predstavljajmo si, da z vzpetine vržemo kamen v vodoravni smeri.Kamen med gibanjem v vodoravni smeri hkrati tudi pada. Padanjekamna je zaradi stalne sile teže pospešeno, v prvi sekundi padeza 5 m proti tlom. Pri večji hitrosti bi sicer odletel dlje, a bi v prvisekundi padel prav tako za 5 m. Če bi se gibal z dovolj veliko hitrostjo,tal ne bi nikdar dosegel, ker je površina Zemlje ukrivljena(slika 3.3).Tako se gibljejo umetni sateliti in Luna. Gravitacijska sila spreminjale smer njihovega gibanja, tako da krožijo okoli Zemlje.Hitrost, ki jo mora telo doseči nad površino Zemlje, da ne pade nanjo, ampak začne okoli nje krožiti,je 7,9 km s . Imenujemo jo prva kozmična hitrost. Dosežejo jo lahko rakete, kamen je seveda ne more.Da se umetnim satelitom ne bi zmanjšala hitrost, morajo krožiti visoko nad površino Zemlje, in sicerna višini, kjer ni več zraka. Tam je gravitacijska sila manjša kot na površini Zemlje, zato je tudi krožilnahitrost nekoliko manjša.42

3.4Observatorij Mount Stromlo blizu Canberre v Avstraliji, kjer astronomis teleskopi in drugimi napravami opazujejo zvezde.Če v jasni noči brez mesečine indaleč od razsvetljenih naselij pogledamov nebo, vidimo velikomnožico neenakomerno razporejenihsvetlih točk. To so zvezde.Na prvi pogled se zdi, dajih je neskončno veliko, vendarjih lahko s prostim očesom vidimole kakih 2000. Že navadendaljnogled pa nam razkrije ševeč zvezd. Te svetijo prešibko,da bi jih zaznali s prostim očesom.Skozi teleskop jih lahkovidimo še mnogo več.Človek je že zgodaj dognal, da se v času njegovega življenja medsebojni položaj zvezd ne spreminja.Da bi se laže orientiral na nebu, je skupine zvezd na kakem delu neba navidezno povezal v ozvezdjain jih poimenoval. Stari Grki so zvezde in ozvezdja radi povezovali3.5z junaki in dogodki iz svoje mitologije (slika 3.5). Tako se skoraj vvsakem imenu zvezd in ozvezdij skriva kaka zanimiva pripovedka.Na delu neba, ki ga lahko opazujemo iz naših krajev, so najboljznana ozvezdja Veliki medved, katerega del je Veliki voz, Kasiopeja,Labod, Orel, Lira, Pegaz, Orion in ozvezdja zodiaka: Oven, Bik,Dvojčka, Rak, Lev, Devica, Tehtnica, Škorpijon, Strelec, Kozorog,Vodnar in Ribi.3.6Zaradi gibanja Zemlje okoli Sonca se med letom Sonce navidezno giblje skoziozvezdja, ki imajo predvsem živalska imena. Imenujemo jih živalski krog ali zodiak.OrionOrion je bil mogočen in zelo leplovec. V eni od številnih pripovedk jezapeljal hčer hioškega kralja, ki ga jeza kazen oslepil. Orionu se je vidpovrnil tako, da se je izpostavilžarkom sončnega vzhoda. Nato se jepridružil Artemidi, ki ga je v ljubosumjuubila. Zgodb o njegovi smrti ješe več, a vsem je skupno, da se je posmrti spremenil v ozvezdje.43

Nekaj ozvezdij in njihove najsvetlejše zvezdeOzvezdje Zvezda Magnituda* Oddaljenost [svetlobna leta] Najboljša vidljivostVeliki pes Sirij –1,5 8,6 januar–marecMali pes Prokion 0,4 11,4 december–marecOrion Betelgeza od 0 do 1 428 januar–marecOrion Rigel 0,1 773 januar–marecOrel Atair 0,8 17 junij–oktoberVolar Arktur 0 37 april–oktoberŠkorpijon Antares 1 604 maj–julijVoznik Kapela 0,1 42 september–aprilLira Vega 0 25 maj–novemberDevica Spika 1 262 marec–majBik Aldebaran 0,9 65 november–marec*Magnituda je enota za svetlost zvezd in drugih teles na nebu. S prostim očesom so vidne zvezde do6. magnitude. Svetlejša ko je zvezda, manjša je njena magnituda. Najsvetlejša zvezda severnega neba jeSirij z magnitudo –1,5. Svetlejši so le še planeti Venera, Mars in Jupiter ter Luna in Sonce.3.7DEVICASpikaLEVRAKTEHTNICAŠKORPIJONMALI PESVELIKI MEDVEDAntaresVELIKIPESDVOJČKAMALIMEDVEDVOLARORION BetelgezaVOZNIKSevernicaVegaLIRABIKPlejadeKASIOPEJALABODAtairORELSTRELECOVENANDROMEDARIBIPEGAZKOZOROGVODNAR44

Osončje sestavljajo Sonce, 8 planetov z lunami, pritlikavi planeti, planetoidi oz. asteroidi, kometi inmeteoriti. Da bi si laže predstavljali razsežnosti Osončja ter velikosti planetov in Sonca, si pomagajmos ponazoritvijo.Predstavljajmo si Sonce kot kroglo s premerom 1,5 m. Zemlja v velikosti frnikole se nahaja 150 m stranod Sonca, Jupiter v velikosti kegljaške krogle pa je oddaljen 800 m. Neptun je v tem merilu 4,5 kmoddaljena žogica za namizni tenis.Merkur in Venera (slika 3.15) sta notranja planeta, ker sta njunaeliptična tira bliže Soncu kot Zemljin tir. Opazujemo ju lahko lenizko nad obzorjem ob sončnem vzhodu ali zahodu. Merkur jetežavneje opazovati kot Venero. Venero lahko sedem mesecev obsončnem zahodu opazujemo kot Večernico, dober mesec zatem niv primernem položaju za opazovanje, potem je sedem mesecevvidna ob sončnem vzhodu kot Danica in končno jo po štirih mesecih,ko se nahaja ob Soncu in je ne moremo opazovati, zopet uzremokot Večernico.3.15Planeti, ki so od Sonca bolj oddaljeni kot Zemlja, so zunanji planeti.Najlažje jih opazujemo tedaj, ko so v opoziciji.Opozicija in konjunkcija3.16konjunkcijaMarsKo je zunanji planet na isti strani Sonca kot Zemlja, pravimo, da je vopoziciji. V konjunkciji je tedaj, ko je na nasprotni strani Sonca kotZemlja.zgornjakonjunkcijaVeneraMerkurNotranja planeta nista nikoli v opoziciji, ampak le v konjunkciji –zgornji ali spodnji. V spodnji konjunkciji sta tedaj, ko sta med Zemljoin Soncem, v zgornji pa tedaj, ko sta na nasprotni strani Sonca kotZemlja. Planetov v konjunkciji ne vidimo, ker so na nebu podnevi.spodnjakonjunkcijaSonceMerkurVeneraZemljaopozicijaMarsMars je videti kot svetla rdečerumena zvezda. Z vrhunskim teleskopom ga vidimotako, kot kaže slika 3.17.Jupiter je svetlejši kot najsvetlejša zvezda. Z daljnogledom lahko opazujemotudi njegove največje štiri lune.Saturn teže izsledimo, saj ni tako svetel kot Venera, Mars ali Jupiter. Njegov kolobarlahko opazimo le skozi teleskop.Uran je komaj svetlejši od najšibkejših zvezd, zato ga v množici drugih zvezdtežko prepoznamo, čeprav vemo, skozi katero ozvezdje se giblje.Neptun s prostim očesom ni viden.3.1747

ZemljaOddaljenost od Sonca:150 milijonov kmMasa: 6 •10 24 kgObhodni čas: 365 dniŠtevilo lun: 1Ime: LunaMarsOddaljenost od Sonca: 1,5 a. e.Masa: 0,11 mase ZemljeObhodni čas: 2 letiŠtevilo lun: 2Imeni: Fobos, DejmosSoncePolmer: 700000 kmMasa: 2 •10 30 kgJupiterOddaljenost od Sonca:5,2 a. e.Masa: 318 mas ZemljeObhodni čas: 12 letŠtevilo lun: 63 *Največje lune:Io, Evropa, Ganimed,Kalisto*Podatki o številu lunse spreminjajo gledena najnovejša odkritja.VeneraOddaljenost od Sonca:0,72 a. e.Masa: 0,81 mase ZemljeObhodni čas: 224 dniŠtevilo lun: 0MerkurOddaljenost od Sonca:0,39 a. e.Masa: 0,05 mase ZemljeObhodni čas: 88 dniŠtevilo lun: 048

Planeti in pritlikavi planetiNa 26. generalnem zasedanju Mednarodne astronomske zveze, ki je potekaloavgusta 2006, so astronomi izglasovali novo definicijo planetov. Tako Pluton nesodi več med planete, ampak med pritlikave planete. V to skupino spadata tudiasteroid Ceres ter pred kratkim odkrita Erida.SaturnOddaljenost od Sonca:9,5 a. e.Masa: 95 mas ZemljeObhodni čas: 29 letŠtevilo lun: 47 *Največja luna: Titan*Podatki o številu lunse spreminjajo gledena najnovejša odkritja.NeptunOddaljenost od Sonca:30 a. e.Masa: 17 mas ZemljeObhodni čas: 165 letŠtevilo lun: 13 *Največji luni: Triton, Nereida*Podatki o številu lun se spreminjajoglede na najnovejša odkritja.UranOddaljenost od Sonca:19 a. e.Masa: 14 mas ZemljeObhodni čas: 84 letŠtevilo lun: 27 *Največje lune:Ariel, Umbriel, Titanija,Oberon, Miranda*Podatki o številu lunse spreminjajo gledena najnovejša odkritja.Planeti se imenujejo po grških ali rimskih bogovih in boginjah. Po najvišjem boguJupitru so poimenovali največji planet v Osončju. Drugi največji planet se imenujepo Saturnu, bogu setve in vremena. Bog vodá je svoje ime »posodil« Neptunu.Uran je ime grškega boga neba, po boginji ljubezni in lepote se imenuje Venera.Mars je bog vojne, Merkur pa božji poslanec, bog trgovcev in popotnikov. Našplanet Zemlja bi lahko imenovali tudi Gaja, po grški boginji, ki pooseblja matervsega. Tudi večina lun se imenuje po bogovih in osebah iz grške mitologije.49

Planetoidi (slika 3.18) ali asteroidiso manjša telesa pretežnov pasu med Marsom in Jupitrom.Premer planetoida je manj kot1000 km. Največji planetoidi soPalas, Vesta in Juno.3.18Na levi je pritlikavi planet Ceress premerom okoli 970 km, na desnipa planetoid Vesta s premeromokoli 570 km.3.193.20Pritlikavi planeti so Ceres, Pluton in Erida. Ceres se nahaja v pasuplanetoidov med Marsom in Jupitrom, Pluton in Erida pa onkrajNeptunove orbite v pasu, ki ga imenujemo Kuiperjev pas.Kometi (slika 3.19) ali repatice so telesa, ki se gibljejo okoli Soncapo močno sploščenih elipsah. Njihovi obhodni časi so od nekaj letdo več sto let. Velikost kometovega jedra je do nekaj kilometrov.Ko se komet približa Soncu, se jedro segreje. Plini, ki izparevajoiz jedra, tvorijo rep kometa, ki lahko doseže dolžino do 10 milijonovkilometrov.Meteorji ali utrinki so majhna telesa (ostanki kometovih repov alidrobci razpadlih planetoidov), ki iz Osončja priletijo v zemeljskoozračje in zaradi trenja zgorijo. Zelo svetli meteorji, ki so vidniveč minut, so bolidi. Včasih ne zgorijo v celoti in padejo na površinoZemlje kot meteoriti.Največji meteorit, ki so ga našli na Zemlji, ima maso 60 ton. Padelje v Namibiji in je pretežno iz železa.Kraterji na površini Lune, ki so jih povzročili padci meteoritov.Zemlja se vrti okoli svoje osi inhkrati kroži okoli Sonca. Ravnina,po kateri se giblje, se imenujeekliptika. Zemlja se okolisvoje osi zavrti v enem dnevu,Sonce pa obkroži v enem letu.3.21Zemeljska os je glede na ravninoekliptike nagnjena. Posledicatega je menjavanje letnih časovin tudi različna dolžina dnevain noči prek leta.50

Zemlja ima stalno spremljevalko Luno. Od Zemlje je oddaljena približno 384 000 km in jo obkroži vpribližno 27 dneh. Ravnina Luninega tira je glede na ekliptiko nekoliko nagnjena. Ker sočasno tudiZemlja kroži okoli Sonca, se medsebojni položaj Sonca, Zemlje in Lune ponovi približno vsakih 29 dni.Luna se tako kot Zemlja vrti tudi okoli svoje osi. To vrtenje je usklajeno z gibanjem okoli Zemlje, takoda nam Luna kaže vedno isto stran.3.2223Zemlja14Luno vidimo zato, ker jo osvetljuje Sonce. Vedno je osvetljena približno polovica njenega površja. Zaopazovalca na Zemlji se videz Lune spreminja. Govorimo o Luninih menah. Te so posledica kroženjaLune okoli Zemlje. Zaporedoma si sledijo ščip ali polna luna, zadnji krajec, mlaj in prvi krajec.3.231 2 3 4ščip zadnji krajec mlaj prvi krajecZ Zemlje vidimo Luno popolnoma obsijano tedaj, ko je na nasprotni strani kot Sonce (1). Opazujemojo lahko vso noč. Ko je na isti strani kot Sonce (3), je proti opazovalcu obrnjena njena neosvetljenapolovica, tako da je ne vidimo.Ko je Luna na enem od narisanih vmesnih položajev (2, 4), je vidna le polovica njenega osvetljenegadela. Prvi krajec ima obliko črke D (Luna se »debeli«) in je viden v večernih urah. Zadnji krajec,ki je v obliki črke C (Luna »crkuje«), je viden v jutranjih urah. Lunine mene se ponovijo v 29 dneh.51

Ko so Sonce, Zemlja in Luna na isti premici, nastopi Sončev ali Lunin mrk. Do Sončevega mrka pridetedaj, ko je Luna med Zemljo in Soncem ter Lunina senca pade na Zemljo (slika 3.24). Lunin mrknastopi, ko je Zemlja med Soncem in Luno ter Luna zaide v Zemljino senco (slika 3.25).3.243.25Ker je ravnina Luninega tiraglede na ekliptiko nagnjena,Sončev in Lunin mrk ne nastopitavsak mesec. V enemletu je teoretično možnih največsedem mrkov, najpogosteje panastopijo štirje – dva Sončevain dva Lunina. Sončev mrk lahkoopazujemo le z majhnegadela površja Zemlje. Zaporedjemrkov se ponavlja na približno18 let.3.26Popolni Lunin mrk3.27Tri zaporedne faze Sončevega mrka52

Ljudje so zvezde opazovali že v davnih časih. Metode opazovanja so razvijale že civilizacije predGrki – v Mezopotamiji, na Kitajskem, v Egiptu in Ameriki. Na podlagi svojih spoznanj so stari astronominapovedovali različne dogodke (na primer mrke), izdelali koledar in poimenovali zvezde terozvezdja. Grški pomorščaki so se po zvezdnem nebu orientirali.Jonski naravoslovec Tales(625–548 pr. n. š.) je znal napovedatiSončev mrk, filozof Aristotel(384–322 pr. n. š.) je trdil, da jeZemlja okrogla. Aleksandrijskiučenjaki so določili razmerjemed razdaljama Sonca do Lunein Sonca do Zemlje, astronomHiparh (190–120 pr. n. š.) pa jeglede na njihov sij zvezde razvrstilv razrede – magnitude. Aleksandrijskiučenjak Eratosten(276–194 pr. n. š.) je dal sočasnov dveh različnih krajih izmeritinaklon sončnih žarkov in izračunalpremer Zemlje. AstronomKlavdij Ptolemaj (ok.100–170n.š.)je razvil teorijo geocentričnegaSončevega sistema.3.28 3.29Geocentrični Sončev sistemHeliocentrični Sončev sistemNato se je astronomija do 12. stoletja razvijala predvsem v arabskem svetu. V 15. stoletju je NikolajKopernik (1473–1543) utemeljil heliocentrični Sončev sistem in astronomija se je v Evropi začelaponovno razvijati.Po odkritju daljnogleda se jezanimanje za opazovanja zvezdmočno povečalo. Galileo Galilei(1564–1642) je bil prvi, ki je z daljnogledomopazoval nebo.3.303.31Johannes Kepler (1571–1630) jegibanje planetov opisal s tremizakoni:1. Vsak planet se giblje okoliSonca po elipsi.2. Planet se giblje hitreje, ko jebliže Soncu, in počasneje,ko je od njega bolj oddaljen.3. Razmerje kvadrata obhodnegačasa in kuba njegove oddaljenostiod Sonca je za vseplanete enako.Galileiev daljnogledJohannes Kepler53

Newtonov gravitacijski zakon inizpopolnitev teleskopa v 17. stoletjusta razvoj astronomije šepospešila in nova odkritja sosi sledila drugo za drugim. Pomembenprispevek k razumevanjuvesolja na začetku 20. stoletjaje bila relativnostna teorijaAlberta Einsteina (1879–1955).3.32 3.33Odkritja so zahtevala nove innove teorije, ki bi pojasnile razvojvesolja.Albert EinsteinStephen Hawking, angleškiastrofizik (rojen 1942), se meddrugim ukvarja s teorijo o razvojuvesolja.V lepem vremenu opazuj zvezde, ki se prve pojavijo na nebu, ko Sonce zaide.Ali veš, kako se imenujejo?Poišči zvezdo Severnico.Z daljnogledom opazuj zvezdno nebo. Razišči, kateri nebesni pojavi in ozvezdja so v tistinoči vidni. O tem si lahko prebereš v knjižici Naše nebo ali v reviji Spika. Poskušajpoiskati tudi Andromedino galaksijo.Vsakokrat, ko opazuješ zvezdno nebo, si zapiši tudi kraj, datum in uro opazovanja.Kolikšna je največja razdalja med Zemljo in Jupitrom?Za koliko kotnih stopinj se Sonce zaradi vrtenja Zemlje navidezno premakne v eni uri?Venera kot zvezda Večernica zaide 3 ure po zahodu Sonca. Tedaj je za opazovalca zZemlje najbolj oddaljena od Sonca. Koliko je tedaj oddaljena od Zemlje?Koliko mlajev največ je lahko v enem letu?Luna kaže proti Zemlji vedno isto stran, saj se okoli svoje osi zavrti v enakem času,kolikor ga potrebuje za en obhod okoli Zemlje. To je približno 27 dni. Med dvemaščipoma mine 29 dni. Koliko dni traja 1 Lunin dan?Predstavljaj si, da stojiš na Luni in opazuješ nebo.a) Ali se zvezde na nebu premikajo?b) Ali se Sonce giblje?c) Ali se Zemlja giblje?54