IV. Gravity and elements of astronomy. The student:
5) describes the Big Bang as the beginning of the Universe; knows the approximate age of the Universe, describes the expansion of the Universe (the escape of galaxiesescape of galaxiesescape of galaxies); applies Hubble's law to calculations.
Redshift describes how the observed light spectra are shifted towards longer wavelengths (red part of visible light spectrum) as an object in space moves further away from the observer.
This phenomenonphenomenonphenomenon allowed to find out that the Universe expands.
The redshift of an object is measured by studying the absorption or emission lines in its spectrum. The spectrum lines are unique for every element and correspond always to the same wavelengths (frequencies). When an object moves in space toward or away from its observer, the spectrum lines can be found in different position, as they were expected.
If the space between galaxies expands, the wavelength of the light sent from one galaxy stretches proportionally to the time that it needs to reach the other galaxy. RedshiftredshiftRedshift (z) is defined as the change in the wavelength of the observed light divided by the wavelength that the light would have if the source was not moving (emitted wavelength):
where ν is the radial outward velocity of the galaxy (ν << c) and c is the speed of light.
The Hubble’s law describes the relation between the velocity of a receding galaxy and its distance to the observer as:
where v is the radial outward velocity of the galaxy, r is the distance between the galaxy and the observer and H is the proportionality constant (called Hubble constant).
The exact value of the Hubble constant is still under study. The approximate value is:
(The latest value in 2018 from Planck Mission results is )
The value of the Hubble constant is important to cosmologists because it can be used to estimate the age of the Universe. If we assume that the expansionexpansionexpansion of the Universe started immediately with the beginning of its existence and it continues, then the radial outward velocity of our Galaxy can be expressed as:
If we compare these formula with the Hubble law than the lifetimelifetimelifetime of the Universe evaluated with the Hubble constant is about 13,8 billion years.
In 1929 the American astronomer Edwin Hubble described the redshiftredshiftredshiftphenomenonphenomenonphenomenon and discovered that the Universe expands.
Selected words and expressions used in the lesson plan
W 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble opisał fenomen przesunięcia ku czerwieni i połączył go z ekspansją Wszechświata. Wyniki jego obserwacji wykazały, że prawie wszystkie galaktyki oddalają się od siebie. Przesunięcie ku czerwieni wydaje się większe dla słabo widocznych i, jak przypuszczał, dalszych galaktyk. Stąd wywnioskował, że im dalej znajduje się galaktyka, tym szybciej oddala się ona od obserwatora.
Parsek to jednostka często używana przez astronomów do mierzenia dużych odległości do obiektów astronomicznych znajdujących się poza Układem Słonecznym. Jeden parsek odpowiada odległości od Słońca do obiektu astronomicznego, który ma kąt paralaksy równy jednej sekundzie kątowej. 1 parsek wynosi 3,3 lat świetlnych. Parsek oznaczany jest skrótem pc.
mdf5cb51c837bab62_1528449000663_0
Ucieczka galaktyk i prawo Hubble’a
mdf5cb51c837bab62_1528449084556_0
Trzeci
mdf5cb51c837bab62_1528449076687_0
IV. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:
5) opisuje Wielki Wybuch jako początek znanego nam Wszechświata; zna przybliżony wiek Wszechświata, opisuje rozszerzanie się Wszechświata (ucieczkę galaktyk); stosuje do obliczeń prawo Hubble’a.
mdf5cb51c837bab62_1528449068082_0
45 minut
mdf5cb51c837bab62_1528449523725_0
Opisuje ekspansję Wszechświata.
mdf5cb51c837bab62_1528449552113_0
1. Opisuje, w jaki sposób można określić ucieczkę galaktyk.
2. Stosuje prawo Hubble'a do obliczeń.
mdf5cb51c837bab62_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia, w jaki sposób można określić ucieczkę galaktyk,
- objaśnia prawo Hubble'a.
mdf5cb51c837bab62_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
mdf5cb51c837bab62_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
mdf5cb51c837bab62_1528450135461_0
mdf5cb51c837bab62_1528450127855_0
Uczniowie przypominają jak zbudowane są galaktyki.
Co to jest galaktyka? Jakie są znane rodzaje galaktyk? Z czego składa się galaktyka?
mdf5cb51c837bab62_1528446435040_0
Nauczyciel omawia ze studentami prawo Hubble'a.
Zjawisko przesunięcia ku czerwieni:
Przesunięcie ku czerwieni opisuje, jak obserwowane widma promieniowania są przesuwane w kierunku dłuższych fal (czerwona część widma promieniowania widzialnego), gdy obiekt w przestrzeni oddala się od obserwatora.
Zjawisko to pozwoliło odkryć, że Wszechświat rozszerza się.
Przesunięcie ku czerwieni dla danego obiektu jest mierzone poprzez badanie linii absorpcyjnych lub emisyjnych w jego widmie. Linie widmowe są charakterystyczne dla każdego pierwiastka i odpowiadają zawsze tym samym długościom fal (częstotliwościom). Kiedy obiekt porusza się w przestrzeni w kierunku do lub od obserwatora, linie widmowe znajdują się w innej pozycji, niż spodziewana.
Jeśli przestrzeń między galaktykami rozszerza się, długość fali światła wysyłanego z jednej galaktyki wydłuża się proporcjonalnie do czasu, w którym musi dotrzeć do innej galaktyki. Przesunięcie ku czerwieni (z) jest zdefiniowane jako zmiana długości fali obserwowanego światła podzielona przez długość fali, którą światło miałoby, gdyby źródło nie poruszało się (emitowana długość fali):
gdzie ν jest radialną prędkością galaktyki (ν << c), a c jest prędkością światła.
[Grafika interaktywna]
Prawo Hubble'a:
W 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble opisał fenomen przesunięcia ku czerwieni i połączył go z ekspansją Wszechświata. Wyniki jego obserwacji wykazały, że prawie wszystkie galaktyki oddalają się od siebie. Przesunięcie ku czerwieni wydaje się większe dla słabo widocznych i, jak przypuszczał, dalszych galaktyk. Stąd wywnioskował, że im dalej znajduje się galaktyka, tym szybciej oddala się ona od obserwatora.
Prawo Hubble'a opisuje zależność między prędkością oddalającej się galaktyki a jej odległością od obserwatora jako:
gdzie v jest radialną prędkością galaktyki, r jest odległością między galaktyką a obserwatorem, a H jest stałą proporcjonalności (zwaną stałą Hubble’a).
Dokładna wartość stałej Hubble'a jest wciąż badana. Przybliżona wartość to:
(Najnowsza wartość uzyskana w 2018 podczas misji satelity Planck wynosi ).
Parsek:
Parsek to jednostka często używana przez astronomów do mierzenia dużych odległości do obiektów astronomicznych znajdujących się poza Układem Słonecznym. Jeden parsek odpowiada odległości od Słońca do obiektu astronomicznego, który ma kąt paralaksy równy jednej sekundzie kątowej. 1 parsek wynosi 3,3 lat świetlnych. Parsek oznaczany jest skrótem pc.
Wartość stałej Hubble'a jest ważna dla kosmologów, ponieważ można ją wykorzystać do oszacowania wieku Wszechświata. Jeśli przyjmiemy, że ekspansja Wszechświata rozpoczęła się natychmiast wraz z początkiem jego istnienia i trwa nadal, wówczas radialna prędkość naszej Galaktyki może być wyrażona jako:
Jeśli porównamy tę formułę z prawem Hubble'a, to czas życia Wszechświata oceniany za pomocą stałej Hubble'a wynosi około 13,8 miliarda lat.
mdf5cb51c837bab62_1528450119332_0
W 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble opisał zjawisko przesunięcia ku czerwieni i odkrył, że Wszechświat rozszerza się.