APF (autorskie próby forumowiczów)

[Gość Astro]

Pomyślałem, że może niektórzy z forumowiczów zechcieliby popróbować się z napisaniem czegoś nieco dłuższego niż trzy zdania od siebie. Może zaciekawi, może zainspiruje, może wywoła ciekawą dyskusję? Na początek podrzucam własną – może niezbyt przemyślaną – próbę.

 

 

 

Skąd wiadomo ile lat liczy sobie Słońce?

Preludium

Ludzkość od zarania swojej historii spoglądała z nadzieją, wiarą i trwogą w niezmienne, jak i nieprzewidywalne dla niej ruchy mikrych światełek na niebie, które do dziś, nawet w dobie powszechnego zanieczyszczenia światłem naszego nieboskłonu fascynują tak wielu. Dlaczego tak chętnie spoglądaliśmy, jako ludzie, w to, czego nie rozumieliśmy? Dlaczego próbowaliśmy zrozumieć?

W czasach gdy nie istniał Internet, radio i telewizja, niebo nad nami było swoistym oknem na Świat. Każdy w dawnych czasach po zmroku mógł cieszyć się widokiem, który dziś jest rzadkością. W ruchach ciał niebieskich odnajdowaliśmy regularności, które miały wszak i bardzo praktyczny wymiar. Terminy zasiewów, zbiorów i wylewów świętego Nilu to tylko pierwszy przykład z brzegu. Astronomia nieprzypadkowo jest najstarszą nauką, a współcześnie rozumiana metodologia nauki z pokorą musi odnieść się do żmudnych, czasochłonnych i wiekami prowadzonych obserwacji. Nieprzypadkowo to astronomia była swoistym motorem rozwoju królowej nauk, matematyki. Sumeryjski pozycyjny system liczbowy o podstawie 60, który zapożyczyli Babilończycy do dziś pobrzmiewa w naszej kulturze. Godzina liczy 60 minut, minuta – 60 sekund, a kąt pełny to 360 stopni.

Interludium

Historia nauki, w szczególności astronomii, to bardzo interesująca dziedzina, dokonajmy jednak skrótu perspektywicznego. Sporo czasu zajęło nam odkrycie, że to jednak Ziemia krąży wokół Słońca, a przyczyny tak długiego czasu na owo odkrycie były różnorakie. Pojęliśmy jakie rozmiary ma Słońce, jaką ma masę i skład chemiczny, a co ważniejsze, zmierzyliśmy to. Zrozumieliśmy, że nikłe światełka na nieboskłonie to w większości obiekty, które są podobne Słońcu. Niedaleka stąd droga do pytania o to, jaki wiek ma Słońce i gwiazdy. Ponownie dokonując pewnego skrótu perspektywicznego zatrzymajmy się przed myślą lorda Kelvina i von Helmholtza. Trudno dziwić się, że Baron Kelvin jako zapalony kreacjonista przyjął, że Słońce "zwyczajnie stygnie". Myśl pozostałaby nie tylko ciekawą i wybitną, ale i zdecydowanie brzemienną w skutkach, gdyby nie pewien szkopuł. Jaki wiek mogło mieć Słońce przy tym założeniu? Nietrudno było prostym rachunkiem wykazać, co Helmholtz uczynił, że nie więcej niż kilka dziesiątków milionów lat. Wobec twierdzeń geologów dotyczących wieku Ziemi szacowanego na miliardy lat wydawało się to jednak oczywistą sprzecznością. Nasi bohaterowie gładko postarali się wybrnąć z sytuacji twierdząc, że geologia się myli. Geolodzy jednak się nie pomylili… Wcześniejszych teorii dotyczących generowania energii w Słońcu na drodze procesów chemicznych nie warto wspominać, gdyż taki mechanizm pozwoliłby Słońcu przetrwać jedynie tysiące lat.

Myśl Kelvina i Helmholtza nie przeszła jednak do historii nauki jako jedynie ciekawostka. Dziś doskonale wiemy, że gwiazdy ewoluując przechodzą w swoim życiu krótsze i dłuższe okresy, w których świecą dzięki mechanizmowi Kelvina-Helmholtza:
https://pl.wikipedia...vina-Helmholtza
W szczególności, mechanizm ten odpowiada za nadwyżkę promieniowania planet, przykładowo dobrze zmierzoną nadwyżkę energii emitowanej przez Jowisza w zestawieniu z energią uzyskiwaną ze Słońca; Jowisz kurczy się w tempie 2 cm rocznie. Skoro jednak Kelvin i Helmholtz pomylili się w kontekście wieku Słońca, to co było dalej?

Trudno krytykować Kelvina, skoro potrzebna do zrozumienia problemu fizyka właściwie nie istniała. Einstein, Eddington, Bethe i Critchfield to była jeszcze pieśń przyszłości, choć może nie tak odległa, gdyż wystarczyło parę dziesiątków lat by zrozumieć, jak potężną energią jest materia sama w sobie. W tym czasie nie tworzyliśmy już trywialnych modeli budowy wewnętrznej Słońca, a dokonywaliśmy całkiem przyzwoitych oszacowań i konstruowaliśmy proste zapewne – z dzisiejszego punktu widzenia – modele. Doskonale wiedzieliśmy, jakich warunków fizycznych można spodziewać się we wnętrzu Słońca i co ważniejsze, zrozumieliśmy fizykę jądrową w zakresie wystarczającym do tego, by mówić o wieku Słońca. Zaczął się złoty wiek dla tych, którzy lubili liczyć, choć bez komputerów końca lat 40. zapewne byłoby ciężko. Obliczenia zaskakiwały samych liczących. Okazywało się, że przez miliardy lat gwiazdy zmieniają się bardzo powoli, by nagle, w mgnieniu oka w tej skali zmieniać się radykalnie. Proste schematy stałego kroku czasowego trzeba było znacząco modyfikować. Cóż zatem liczono, czym jest ewolucja?

Przyjmijmy rozsądnie, że gwiazda powstaje w jednorodnym chemicznie obłoku. Zapada się, zapada, a Kelvin i Helmholtz radośnie uśmiechają się zza światów. We wnętrzu robi się coraz cieplej i cieplej, aż w końcu mamy warunki, w których zaczynają spontanicznie na dużą skalę zachodzić reakcje jądrowe. Gwiazda osiada na ciągu głównym wieku zero. Dalej jest mało ciekawie, bo we wnętrzu wodór zamieniany jest w hel, a energia transportowana jest na zewnątrz. Trwa to zwykle, przynajmniej dla gwiazd małomasywnych, nieprzyzwoicie długo. Zmieniają się nieco w tej swojej ewolucji nasze gwiazdy poprzez zmianę średnicy i temperatury efektywnej. Jak to liczymy? Nieprzyzwoicie długie programy komputerowe, które uwzględniają parę równań/ założeń fizycznych. Gwiazda jest stabilna, wiemy (zakładamy) z jakiej materii się składa (równanie stanu), wiemy w jaki sposób generowana jest energia i w jaki sposób transportowana jest wyżej, by być ostatecznie wyświeconą.

Postludium

Na koniec pozostaje odpowiedź na pytanie tytułowe: ile lat liczy sobie Słońce? Tyle, ile wynika z naszych najlepszych modeli, czyli ok. 4,5 miliarda lat. Czy modele te mogą być błędne? Zapewne tak, jak wszystko w fizyce. Fundamenty fizyczne tych modeli, jak i same ich przewidywania przeszły tysiące prób konfrontacji z rzeczywistością, czyli obserwacjami, ale jest to zapewne temat na osobny i znacznie obszerniejszy artykuł.

[thikim 117]

Plus za:

- dłuższy tekst wymagający większego wysiłku

- to że faktycznie kochasz to forum.

[Gość Astro]

Wolałbym trudne pytanie w związku z tym tekstem.

[thikim 117]

Wiem

[Jajcenty 314]

Chętnie zobaczyłbym trochę mięsa modelu: M(y,x,z) = 4.5e9 lat.

[Gość Astro]

Mówisz, masz. Domyślam się, że chodzi Ci o "mięso modelarskie" – Tobie zatem polecam DIY (niektóre rzeczy są otwarte ):

http://mesa.sourceforge.net/

(trochę jest do ściągnięcia; manuale i nawet link do filmiku na yt też znajdziesz. Niestety, tylko Linux albo Mac )

Tytułem wprowadzenia polecam:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Budowa_gwiazdy

https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_solar_model

Określenie 1D stellar evolution code odnosi się do założenia, że gwiazda jest sferycznie symetryczna, czyli wszystkie charakterystyki modelu budowy wewnętrznej zależą tylko od odległości od centrum gwiazdy. Nie oznacza to oczywiście, że nie uwzględnia się rotacji czy konwekcji…

Ed.: Nie chcę zniechęcać fachową terminologią i zapraszam do pytań niefachowców. Złych pytań nie ma.

Edytowane 13 marca 2017 przez Astro

[Gość Astro]

Zanim spróbuję się z cięższą rzeczą tyczącą weryfikacji modeli ewolucyjnych gwiazd, to może coś prostszego, bliższego nam, krótszego i bardziej sympatycznego?

Ile trwa rok, i dlaczego tak?

Każdy zapewne wie doskonale, że rok liczy 365 dni, a czasem (rok przestępny) 366. Każdy zapewne wie również, co wiedzieli już przecież "głupi Rzymianie", że okres obiegu Ziemi wokół Słońca nie jest wielokrotnością dnia, stąd konieczne owe lata przestępne. Rewolucja Grzegorza XIII poprawiła Rzymian dając lepszą dokładność; strata jednego dnia w stosunku do Rzeczywistości nastąpi po ponad trzech tysiącach lat, czyli jest całkiem przyzwoicie. Wszystko do tej pory brzmi rozsądnie, ale jaka jest w końcu długość roku? W wielu miejscach tłumaczenia bywają nieprecyzyjne, pokrętne, a nawet błędne. Spójrzmy przykładowo na:

Czas, kiedy Ziemia okrąży Słońce wynosi w przybliżeniu 365 dni 5 godzin 48 minut.

https://pl.wikipedia.org/wiki/Rok

W bardziej precyzyjnym artykule

https://pl.wikipedia.org/wiki/Rok_gwiazdowy
dowiemy się, że to jednak "365 dni 6 godzin 9 minut 9,54 sekundy". To w końcu ile?

Rok gwiazdowy, który dobrze można utożsamiać z okresem obiegu Ziemi wokół Słońca (ok. 365,256 dnia) nie jest tym rokiem, do którego "temperujemy" swój kalendarz. Rok słoneczny/ zwrotnikowy/ tropikalny, którego wyznaczenie nastręcza pewne problemy
https://pl.wikipedia.org/wiki/Rok_zwrotnikowy
jest właśnie tym, do czego odnosimy swój kalendarz. Ma wartość ok. 365,242 dnia (Majowie wiedzieli, całkiem zresztą słusznie, że lepsze przybliżenie to 365,2422 dnia). O co w tym wszystkim chodzi?

Warto może zacząć od czegoś prostszego. Ile trwa dzień, czyli doba? Każdy doskonale wie, że to 24 godziny. Czy tyle wynosi okres obrotu Ziemi wokół własnej osi? Oczywiście nie, bo Ziemia dokonuje pełnego obrotu w czasie ok. 23 godzin, 56 minut i 4 sekund. Dlaczego nie odnosimy się do doby gwiazdowej? Sprawa jest prosta. Jako istoty z gruntu (choć nie wszystkie) dzienne oczekujemy, że wskazanie przez zegarek godziny dwunastej da nam porę dnia, gdy Słońce (z grubsza – bo strefy czasowe, bo Ziemia nie krąży wokół Słońca po okręgu – https://pl.wikipedia.org/wiki/Analemma)
będzie miało ten sam azymut i będzie górować. W końcu Ziemia nie tylko obraca się wokół własnej osi, ale i okrąża Słońce.

Dlaczego zatem rok zwrotnikowy, a nie gwiazdowy? Ponownie, jako istoty nie tylko dzienne, ale i z gruntu rolnicze wolimy, by np. 3 kwietnia zacząć zasiewy roślinki X, a z zasiewami Y poczekać do 25 kwietnia. To właśnie zapewnia nam rok zwrotnikowy. Różnica między rokiem gwiazdowym i zwrotnikowym, wynosząca ok. 20 minut bierze się z prostego zjawiska fizycznego, które nazywamy precesją osi ziemskiej. Starożytni nie znali tego pojęcia, nie wiedzieli o zasadzie zachowania momentu pędu, mogli nawet nie wiedzieć o tym, że to Ziemia okrąża Słońce, nie znali bardzo wielu rzeczy, które znamy obecnie, ale ich wysiłki w kontekście zrozumienia Rzeczywistości budzą podziw. Przynajmniej dla każdego myślącego współcześnie człowieka.

Edytowane 24 marca 2017 przez Astro

[ww296 10]

No kurcze, nie zastanawiałem się nad tym nigdy, bo przyjąłem, że niedokładności wynikają z nieprecyzyjnego pomiaru a obecnie z przyzwyczajenia.

A to takie oczywiste (jak ktoś pokaże paluchem )

 

Dzięki Astro

[Gość Astro]

Drobiazg. Myślę, że od początku staram przemycać się trochę wiedzy.

 

Może się powtórzę, ale pytania chętnie ze strony autora są widziane.

Ed. Jeśli ktoś nie widział w życiu własnym gołym okiem Merkurego (nie ma się co krygować, zdecydowana większość ludzi nie widziała ), to polecam spojrzeć w kierunku zachodnim. Podobnie jak wczoraj będzie i dziś pięknie świecił. Niezbyt jednak długo, zatem polecam lekki pośpiech.

[Gość Astro]

Dlaczego Święta Wielkiej Nocy są ruchome?

Zapewne każdy wie, że ruchome są, jak i szereg innych świąt kościelnych, które odliczane są od Wielkiej Nocy. Dlaczego tak, i co je wyznacza? Algorytm jest bardzo prosty, ale należałoby zacząć nieco od historii. Skazanie Chrystusa według wszelkich podań odbyło się czternastego dnia wiosennego miesiąca nisan. Taki tam, niekoniecznie prymitywny, kalendarz księżycowy. Czternastego dnia żydowskiego miesiąca księżycowego przypada pełnia (z grubsza). Głupio byłoby nie uwzględniać tradycji, ale odnosić się do kalendarza żydowskiego jeszcze głupiej. W końcu sobota nie bardzo jest poprawna politycznie, zatem jedziemy od niedzieli ("nie działaj", czyli nie pracuj, choć w kulturach zapewne niesłusznych pozostała przedchrześcijańska nazwa jak sunday, czyli dzień poświęcony Słońcu). Cóż zatem wymyślili ojcowie Niedzieli Wielkiej, by o Bożogrobowcach wieku XII nie wspomnieć?

Święta przypadają w pierwszą niedzielę i poniedziałek po pierwszej wiosennej pełni Księżyca. Brzmi dość prosto, ale z powodu pewnego poplątania potrzeba – zarówno w tradycji chrześcijańskiej jak i innych, np. tybetańskiej (tu już trochę trudniej, bo kalendarz księżycowo-słoneczny) udzielania się takich ludków jak astro.

Pozdrawiam gorąco pogańskim symbolem życia jak jajeczko.

[ww296 10]

Astro, a może ktoś inny - chętnie przeczytałbym jakiś prosty tekst o siłach pływowych. A konkretnie interesuje mnie dlaczego podczas rozrywania np gwiazdy przez czarną dziurę część materii oddała się się od niej. Jak to możliwe, przecież potrzebna jest do tego siła skierowana przeciwnie do grawitacji BH i o większej wartości? Sam temat sił pływowych na ziemi też jest dość ciekawy - dlaczego nie obserwujemy np sił pływowych (myślę tu o przypływach i odpływach oceanów np) związanych z oddziaływaniem Słońca?

[Gość Astro]

Temat dosyć długi, a i "większy kawałek czasu" trudno mi ostatnio wygospodarować. Będę miał na myśli i postaram się odpowiedzieć wyczerpująco. Liczę, że może jednak ktoś ubiegnie mnie – ciekawy temat do wykazania się. Polecam.

[Jajcenty 314]

Przyłączam się do prośby. Przydałby się liczby. Ile z tego siły od/dośrodkowe a ile grawitacja. 

 

 

Sam temat sił pływowych na ziemi też jest dość ciekawy - dlaczego nie obserwujemy np sił pływowych (myślę tu o przypływach i odpływach oceanów np) związanych z oddziaływaniem Słońca?

Chyba nie zrozumiałem, pływy syzygijne i kwadraturowe mają udział właśnie Słońca. 

[Gość Astro]

Tytułem może zajawki tylko, bo chyba w najbliższej perspektywie nie rozpiszę się nazbyt.
 
Siły pływowe, siły odśrodkowe, grawitacja… Klasyczny fizyk powiedziałby zapewne, że w tym wypadku jest tylko grawitacja. Albercik pewnie by się uśmiechnął, ale zacznijmy od początku. Dlaczego w ogóle coś się rozrywa? Upraszczając można powiedzieć, że znaczenie ma niejednorodność pola grawitacyjnego. Sądzę, że bardzo ładnie wyłożone jest to np. poniżej:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Granica_Roche’a
Przy okazji (zahaczamy już formalnie o BH) polecam nie tylko wyznawcom KLPS:

https://en.wikipedia.org/wiki/Spaghettification

(celowo wersja anglojęzyczna, bo ładne obrazki ).

 

 

 

dlaczego nie obserwujemy np sił pływowych (myślę tu o przypływach i odpływach oceanów np) związanych z oddziaływaniem Słońca?

 

Najprościej rzecz ujmując można tak:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Strefa_Hilla

 

 

 

interesuje mnie dlaczego podczas rozrywania np gwiazdy przez czarną dziurę część materii oddała się się od niej

Tak trochę nazbyt upraszając: dwie kulki na sznurku szybko obracające się względem środka masy. Całość krąży wokół Ziemi. Przy szczęśliwym zbiegu okoliczności po pęknięciu sznurka…

Masz zapewne na myśli jednak coś innego, czyli dysk akrecyjny wokół BH i dżety, które zdecydowanie przyczyniają się do "oddalania się materii". To jednak trochę bardziej skomplikowana magnetohydrodynamika…

[ww296 10]

Tak dokładnie, myślałem o dżetach. Generalnie w różnych opracowaniach na ten temat jest informacja o dżetach i ich oddalaniu się od BH natomiast nigdy nie spotkałem się z informacją dlaczego. ( lub nie zrozumiałem)

Co do wpływu Słońca na Ziemie

Wpływ Słońca jest praktycznie pomijalny na poziom wód w ocenach w porównaniu do wpływu księżyca. Z kolei gdzieś spotkałem się z informacją że wpływ Słońca jest znaczący jeśli chodzi o ruch samej Ziemi (wewnątrz) i przy tym pominięty był wpływ Kiężyca - innymi słowy - te dwie sprawy wydają mi się przeciwstwne i stąd prośba o rozwinięcie.

[pogo 102]

to dość proste... tarcie, powstająca temperatura... jeszcze daleko przed horyzontem zdarzeń. Część materii nagrzewa się an tyle, że osiąga prędkość ucieczki, ale nie umiem na czuja rozrysować dlaczego większość z tego tworzy dżety. To pewnie dodatkowe oddziaływania.

[Gość Astro]

Przypuszcza się, że ważną rolę w powstawaniu i kolimacji dżetów odgrywa pole magnetyczne, oddziałujące z plazmą, oraz rotacja dysku i obiektu centralnego.

https://pl.wikipedia.org/wiki/D%C5%BCet_(astronomia)

 

Polecam też (ładne symulacje):

https://phys.org/news/2016-06-black-hole-jets-galaxies_1.html

[ex nihilo 214]

chętnie przeczytałbym jakiś prosty tekst o siłach pływowych.

 

Uprośćmy sobie sytuację do`maksimum:

mamy dwie idealne kulki (kosmiczne), które się do siebie zbliżają bez żadnych obrotów własnych i ruchu orbitalnego. Wzajemnie na siebie oddziałują siłą grawitacji (krzywizna 3+1D). Powoduje to, że im bardziej się zbliżają, tym bardziej z kulek robią się jajca skierowane do siebie najdłuższą średnicą. Im bardziej wydłuża się ta średnica najdłuższa, tym jajca stają się chudsze, bo ich objętość pozostaje stała. To odkształcenie można opisać i obliczyć wsadzając do środka jajec takie trzy wektorki skierowane wzdłuż średnic i do siebie prostopadłe (tensor). Im dłuższy będzie się robił najdłuższy wektorek (wzdłuż kierunku zbliżania), tym krótsze będą dwa pozostałe.

Teraz możemy sobie do tego dodać własne obroty tych coraz bardziej jajcowaciejących kulek. Ponieważ kierunek najdłuższego wektora tensora pozostanie stały (na linii kulka-kulka) odkształcenie będzie się przemieszczać w objętości kulek. Masy wewnątrz kulek przemieszczają się względem siebie, co powoduje m.in. ich nagrzewanie, a może też doprowadzić do rozpadu.

 

Na razie tyle

 

Dżety to inna bajka.

Edytowane 6 maja 2017 przez ex nihilo