Temat

Ucieczka galaktyk i prawo Hubble’a

Etap edukacyjny

Trzeci

Podstawa programowa

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.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Opisuje ekspansję Wszechświata.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Opisuje, w jaki sposób można określić ucieczkę galaktyk.

2. Stosuje prawo Hubble'a do obliczeń.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia, w jaki sposób można określić ucieczkę galaktyk,

- objaśnia prawo Hubble'a.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Uczniowie przypominają jak zbudowane są galaktyki.

Co to jest galaktyka? Jakie są znane rodzaje galaktyk? Z czego składa się galaktyka?

Realizacja lekcji

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 $67,66\frac{\frac{km}{s}}{Mpc}$)

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.

Podsumowanie lekcji

W 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble opisał zjawisko przesunięcia ku czerwieni i odkrył, że Wszechświat rozszerza się.