επιστροφή

Ύλη Εξετάσεων Αστρονομίας 2008 - 2009

 

1.      Διατυπώστε τους τρείς νόμους του Κέπλερ. Πώς απέκτησαν θεωρητική βάση;

2.      Τι σχήμα έχει η Γή και ποιες κινήσεις εκτελεί;

3.      Τι είναι ο αστρικός μήνας και ποιο φαινόμενο ονομάζεται σύγχρονη περιστροφή ;

4.      Γιατί βλέπομε πάντα την ίδια πλευρά της Σελήνης ;

5.      Αναφέρετε δύο χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης πού την κάνουν ακατάλληλο για γήινη ζωή.

6.      Τι είναι η λευκή κηλίδα πού παρατηρείται περιοδικά κατά τον χειμώνα στις πολικές περιοχές του Άρη, τι οι σκοτεινές περιοχές πού αποτελούν τά 3/8 της επιφανείας του και τι οι πορτοκαλί περιοχές;

7.      Τι είναι η ερυθρά κηλίδα πού παρατηρείται στον Δία και πού οφείλεται;

8.      Τι είναι η διαφορική περιστροφή του Κρόνου και του Ουρανού και τί προκαλεί στα νέφη τους;

9.      Οι Δίιοι πλανήτες έχουν μαγνητικό πεδίο;

10.  Πώς εξηγείται η εκπομπή περισσότερης ενέργειας από αυτήν πού δέχονται από τον ήλιο, του Δία και του Κρόνου;

11.  Τι είναι οι δακτύλιοι των Δίιων πλανητών;

12.  Τι είναι οι κομήτες και από πού πήραν το όνομά τους;

13.  Τι είναι τά μετέωρα και σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται ;

14.  Τι είναι οι μετεωρίτες και τι η βροχή μετεώρων ; Πώς προκύπτει η τελευταία ;

15.  Τι περιλαμβάνει ο μεσοπλανητικός χώρος; Πόσο πυκνός είναι αυτός ο χώρος;

16.  Τι είναι το ζωδιακό φώς και πού οφείλεται;

17.  Τι είναι το αντιζωδιακό φώς και πού οφείλεται ;

18.  Από πού προέρχεται η ενέργεια του Ηλίου και με ποιο μηχανισμό απελευθερώνεται;

19.  Περιγράψτε εν συντομία το ηλιακό φάσμα. Ποια είναι η σημασία του;

20.  Ποιες είναι μονάδες μέτρησης των αστρονομικών αποστάσεων;

21.  Τι είναι οι φασματικοί τύποι των αστέρων; Αναφέρετέ τους.

22.  Τι είναι το διάγραμμα H-R; Ποια ανάγκη οδήγησε στην επινόησή του;

23.  Τι είναι οι καινοφανείς αστέρες ή Novae και τι οι υπερκαινοφανείς ή supernovae ;

24.  Διατυπώστε τον νόμο του Hubble και γράψτε τη μαθηματική του έκφραση.

25.  Τι ονομάζονται ενεργοί γαλαξίες και σε ποιες κατηγορίες κατατάσσονται ;

26.  Τι είναι η σκοτεινή ύλη και πώς προέκυψε η ανάγκη για την αποδοχή της ύπαρξής της ; Σε τι συνίσταται αυτή ;

27.  Ποιο φαινόμενο ονομάζεται βαρυτικός φακός και πώς αξιοποιείται από τους επιστήμονες ;

28.  Ποια πιστεύεται ότι είναι η σύσταση του Κόσμου σήμερα ;

29.  Τι είναι η ακτινοβολία υποβάθρου, και σε τι μέλαν σώμα αντιστοιχεί;

30.  Ποια κοσμολογική θεωρία για την ιστορία του σύμπαντος είναι σήμερα αποδεκτή και ποιες ισχυρές ενδείξεις την ενισχύουν; Αναφέρετε τά στάδια της εξέλιξης του Σύμπαντος σύμφωνα με την θεωρία αυτή

31.  Ποιος είναι ο ρόλος της βαρύτητας στη μελλοντική εξέλιξη του Σύμπαντος; Ποια είναι τά πιθανά ενδεχόμενα στην εξέλιξη αυτή ;

 

Απαντήσεις

 

1.  Οι νόμοι του Κέπλερ είναι οι εξής :

• Οι τροχιές των πλανητών είναι ελλείψεις, στη μια εστία των οποίων βρίσκεται ο Ήλιος.
• Η ακτίνα πού συνδέει τον Ήλιο με τον πλανήτη κατά την κίνησή του γύρω από αυτόν «σαρώνει» σε ίσους χρόνους ίσα εμβαδά.
• Ο λόγος του τετραγώνου του χρόνου περιφοράς ενός πλανήτη γύρω από τον Ήλιο, προς τον κύβο του μεγάλου ημιάξονα της τροχιάς του (μέση ακτίνα) είναι σταθερός. Δηλαδή Τ²/Α³ =σταθερό.

Οι νόμοι του Κέπλερ απέκτησαν θεωρητική βάση με την διατύπωση από τον Νεύτωνα των τριών νόμων του της Μηχανικής και αυτού της παγκόσμιας έλξης, οπότε εξηγήθηκαν οι εμπειρικοί νόμοι του Κέπλερ.

 

2.  Το σχήμα της Γής είναι γεωειδές εκ περιστροφής. Δηλαδή πεπλατυσμένο στους πόλους και εξογκωμένο στον ισημερινό.

Οι κινήσεις της Γής είναι :

§                     Κίνηση προς τον αστερισμό του Ηρακλή μαζί με το ηλιακό μας σύστημα.

§                     Κίνηση προς τον αστερισμό του Λέοντος μαζί με τον γαλαξία μας.

§                     Περιφορά γύρω από τον Ήλιο σε ελλειπτική τροχιά περιόδου 365,256 ημερών (ένα έτος).

§                     Περιστροφή γύρω από τον άξονά της περιόδου 23,93 ωρών.

 

3.  Αστρικός μήνας είναι η περίοδος περιστροφής της Σελήνης γύρω από τον άξονά της, δηλαδή 27,3217 ημέρες.

Σύγχρονη περιστροφή της Σελήνης είναι το γεγονός ότι δείχνει προς τον γήινο παρατηρητή πάντα την ίδια πλευρά λόγω της ισότητας των χρόνων της περιφοράς της γύρω από την Γή και της περιστροφής της γύρω από τον άξονά της.

 

4.  Λόγω της ισότητας των χρόνων της περιφοράς της γύρω από την Γή και της περιστροφής της γύρω από τον άξονά της.

 

5.  Αφ’ ενός οι πολύ υψηλές επιφανειακές θερμοκρασίες, και αφ’ ετέρου η ελάχιστη ύπαρξη οξυγόνου καθιστούν την Αφροδίτη αφιλόξενη για γήινη ζωή.

 

6.  Η λευκή κηλίδα είναι στερεοποιημένο διοξείδιο του άνθρακα (ξηρός πάγος), οι σκοτεινές περιοχές είναι ανώμαλες ορεινές περιοχές, ενώ οι πορτοκαλί είναι εκτεταμένες επίπεδοι έρημοι με σύννεφα σκόνης υπεράνω αυτών.

 

7.  Η ερυθρά κηλίδα του Δία είναι φαινόμενο πού οφείλεται στα κινούμενα πυκνά νέφη μοριακού υδρογόνου της ατμόσφαιράς του. Πρόκειται για ένα γιγαντιαίο ελλειπτικό στρόβιλο με άξονες 40.000 και 12.000 χιλιόμετρα πού κινείται με φορά αντίθετη των δεικτών του ρολογιού και έχει περίοδο περιστροφής 7 ημέρες. Από πλευράς διαστάσεων είναι συγκρίσιμος με την Γή.

 

8.  Διαφορική περιστροφή γενικώς ενός σώματος είναι η περιστροφή αυτού κατά την οποία τά διάφορα τμήματά του έχουν διαφορετικές γωνιακές ταχύτητες και συνεπώς και διαφορετικές περιόδους περιστροφής.

Η διαφορική περιστροφή του Κρόνου και του Ουρανού αναγκάζει τά νέφη να διατάσσονται σε ζώνες παράλληλες προς τον ισημερινό τους.

 

9.  Ο Δίας έχει ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο, ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός έχουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ενώ ο Κρόνος ασθενές. Το μαγνητικό πεδίο του Δία είναι δέκα φορές ισχυρότερο από της Γής και εκτείνεται σε μεγάλη απόσταση.

 

10.  Η εκπομπή αυτής της ενέργειας οφείλεται στο ότι οι πλανήτες αυτοί διαρκώς συστέλλονται με αποτέλεσμα να παράγουν οι ίδιοι θερμότητα.

 

11. Οι δακτύλιοι που περιβάλλουν τον Κρόνο αλλά και άλλους πλανήτες αποτελούνται από σκόνη και θραύσματα πάγου, η διάσταση των οποίων κυμαίνεται από τα εκατό μέτρα έως το ένα χιλιοστό του χιλιοστού. Είναι πολύ λεπτοί, με πάχος μερικές εκατοντάδες μέτρα και πλάτος πού μπορεί να φτάνει τά 200.000 χιλιόμετρα.

 

12.  Οι κομήτες είναι μικρά ακανόνιστα ουράνια σώματα, από τά οποία άλλα περιφέρονται γύρω από τον ήλιο σε ελλειπτικές τροχιές (περιοδικοί κομήτες) και άλλα ακολουθώντας τυχαία διαδρομή χάνονται στο διάστημα (μη περιοδικοί). Το όνομά τους έχει προέλευση την αρχαία ελληνική λέξη «κόμη» (=μαλλιά), επειδή το αεριώδες περίβλημά τους έδινε την αίσθηση μακρυμάλλη αστέρα στους αρχαίους Έλληνες.

 

13.  Τά μετέωρα είναι ουράνια αντικείμενα μικρών διαστάσεων πού περιφέρονται γύρω από τον ήλιο, και πού, όταν πλησιάσουν κοντά στη Γή, έλκονται από αυτή και εισερχόμενα στην ατμόσφαιρά της, υπερθερμαίνονται λόγω τριβής, τήκονται και εξαερώνονται.

Τά μετέωρα διακρίνονται στους διάττοντες αστέρες, πού έχουν μικρή μάζα και λαμπρότητα, και στις βολίδες, πού έχουν μεγαλύτερη μάζα, είναι εντυπωσιακότερα αλλά και σπανιότερα. 

 

14.  Μετεωρίτες  είναι τά μετέωρα, τά οποία είναι επαρκώς μεγάλα ώστε να μην εξαερώνονται εντελώς και να φτάνουν στη Γή δημιουργώντας κρατήρες.

Βροχή μετεώρων έχομε όταν αυτά δεν εμφανίζονται σποραδικά, αλλά με τη μορφή βροχής. Η βροχή αυτή προέρχεται από το μετεωρικό ρεύμα πού περιφέρεται γύρω από τον ήλιο και δημιουργείται από την αποσύνθεση κάποιου κομήτη. Οι βροχές αυτές παίρνουν το όνομα του αστερισμού ο οποίος βρίσκεται στην περιοχή πού εκδηλώνονται. Π.χ Περσίδες, Ωριονίδες, Λεοντίδες κλπ.

 

15.  Ο μεσοπλανητικός χώρος περιλαμβάνει :

§            Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία

§            Πλάσμα (ηλεκτρόνια, πρωτόνια, ιόντα κλπ

§            Κοσμικές ακτίνες

§            Μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης

§            Μαγνητικό πεδίο προερχόμενο κυρίως από τον Ήλιο

Γενικώς η πυκνότητα του μεσοπλανητικού χώρου είναι 5 σωματίδια/cm3 κοντά στη Γή και ελαττώνεται αντίστροφα με την απόσταση από τον ήλιο.

 

16.  Κατά τους μήνες Ιανουάριο μέχρι Απρίλιο κατ΄ έτος, μετά τη λήξη του λυκόφωτος γίνεται ορατό στον δυτικό ορίζοντα ένα υπόλευκο και διάχυτο, πολύ ζωηρό φως σε μορφή τριγωνικής στήλης που εκτείνεται κατά μήκος της εκλειπτικής. Το ύψος του φωτός αυτού στην Ελλάδα φαίνεται να περιορίζεται στις 50°. Ανάλογο τέτοιο φως παρατηρείται και στον ανατολικό ορίζοντα, προ του λυκαυγούς, κατά τους μήνες Οκτώβριο και Νοέμβριο. Και στις δύο αυτές περιπτώσεις αυτό το φως ονομάζεται ζωδιακό φως.

Το ζωδιακό φως προέρχεται από την ανάκλαση του ηλιακού φωτός υπό σωματιδίων που ως αραιός κονιορτός (σκόνη) βρίσκονται διαχυμένα στο χώρο μεταξύ των πλανητών και κυρίως από τον Ήλιο μέχρι τον Άρη.

 

17.  Το αντιζωδιακό φως είναι ένα αμυδρό διάχυτο φως που αυξάνει ελαφρώς την επιφανειακή λαμπρότητα του νυκτερινού ουρανού κατά την κατεύθυνση αντίθετα από τον Ήλιο. Το αντιζωδιακό, όπως και το ζωδιακό φως, είναι λαμπρότερο κοντά στο επίπεδο της Εκλειπτικής. Ανακαλυφθηκε το 1854 από τον Δανό αστρονόμο Τέοντορ Μπρόρσεν. Ονομάζεται επίσης ανθηλιακό φως, από την κατεύθυνση προς την οποία παρατηρείται.

Το αντιζωδιακό φώς είναι στην πραγματικότητα ηλιακό φως που ανακλάται από τα σωματίδια της διαπλανητικής σκόνης, εξωτερικά από την τροχιά της Γης.

 

18.  Η ενέργεια του Ηλίου προέρχεται από την μετατροπή μάζας αυτού σε ενέργεια, αφού σύμφωνα με την θρυλική εξίσωση του Αϊνστάιν E = mc², η μάζα ισοδυναμεί με ενέργεια. Μόνο πού για να πραγματοποιηθεί αυτή η μετατροπή απαιτούνται τρομακτικά υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες υπάρχουν όμως στον πυρήνα του Ηλίου, και καθιστούν εφικτή την πυρηνική σύντηξη η οποία πραγματοποιείται με την αντίδραση πού είναι γνωστή ως αλυσίδα πρωτονίου – πρωτονίου (p-p).

 

19. Το ηλιακό φάσμα αποτελείται από ένα αρκετά έντονο συνεχές υπόβαθρο προερχόμενο από φωτόσφαιρα, το οποίο διακόπτεται από χιλιάδες σκοτεινές και λίγες φωτεινές γραμμές διαφόρων εντάσεων, οι οποίες προέρχονται από τά υπερκείμενα στρώματα. Ο πρώτος πού το μελέτησε ήταν ο Fraunhofer, γι αυτό φέρει και το όνομά του .

 

20.  Η αστρονομική μονάδα  (Α.U), πού είναι η μέση απόσταση Γής – Ηλίου και ισχύει περίπου ότι :    1 Α.U = 150.000.000 χιλιόμετρα.

Το έτος φωτός (ε.φ. ή ly) πού είναι η απόσταση πού διανύει το φώς σε ένα έτος και ισχύει ότι :       1 ε.φ. = 63.240 Α.U.

Το παρσέκ (parsec, pc) για το οποίο ισχύει ότι :  1 pc = 3,26 ε.φ. = 206265 Α.U.

 

21. Οι φασματικοί τύποι είναι επτά κατηγορίες στις οποίες ταξινομούνται οι αστέρες ανάλογα με το φάσμα τους, το οποίο ως γνωστόν εξαρτάται από την θερμοκρασία και τη χημική σύσταση της ατμόσφαιράς τους. Οι φασματικοί τύποι των αστέρων από τους θερμότερους (μπλέ) έως τους ψυχρότερους (κόκκινους) είναι οι εξής : O-B-A-F-G-K-M. Κάθε φασματικός τύπος διαιρείται σε υποκατηγορίες από το 0 έως το 9 πού αντιστοιχούν στους ψυχρότερους έως τους θερμότερους αστέρες .

 

22.  Το διάγραμμα H-R είναι η απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της επιφανειακής θερμοκρασίας ή του φασματικού τύπου των αστέρων (άξονας τετμημένων) και της απόλυτης λαμπρότητας (φωτεινότητας) ή του απόλυτου μεγέθους αυτών (άξονας τεταγμένων).

Τό εν λόγω διάγραμμα επινοήθηκε από τούς  Hertzprug καί Russel ανεξάρτητα, στήν προσπάθειά τους νά συλλέξουν πληροφορίες γιά τά στάδια εξέλιξης ενός αστέρα, από τήν μελέτη ενός πλήθους αστέρων πού βρίσκονται σέ διαφορετικά στάδια εξέλιξης. Καί τούτο διότι είναι αδύνατη βεβαίως η παρακολούθηση τής εξέλιξης ενός αστέρος δεδομένου ότι γίνεται σέ δισεκατομμύρια έτη.

 

23.  Οι καινοφανείς αστέρες είναι φυσικοί εκρηκτικοί μεταβλητοί αστέρες, οι οποίοι ενώ είναι πολύ αμυδροί,  μέσα σε λίγες ώρες ή μέρες γίνονται περίπου 100.000 φορές φωτεινότεροι και καθίστανται αστέρες 1^ου μεγέθους. Πιστεύεται ότι αυτό οφείλεται σε εκρήξεις στις επιφανειακές στοιβάδες του αστέρα πού συνοδεύονται με διαστολή της μάζας τους.

Υπερκαινοφανείς είναι εκείνοι οι καινοφανείς αστέρες, των οποίων λαμπρότητα αυξάνει κατά 100.000.000 φορές, ώστε να φαίνονται ακόμα και κατά την διάρκεια της μέρας.

 

24.  Σύμφωνα με τον νόμο αυτό, οι ακτινικές ταχύτητες (υ) των απομακρυνόμενων γαλαξιών από τον δικό μας γαλαξία, είναι ανάλογες τών αποστάσεών τους (d) από την Γή.

Η μαθηματική έκφραση του νόμου είναι υ = Η • d. Η σταθερά αναλογίας Η ονομάζεται παράμετρος Hubble, έχει περίπου τιμή 75 Km/sec/Mpc και εκφράζει την ταχύτητα ανά μονάδα μήκους, με την οποία φαίνονται να απομακρύνονται από την Γή οι γαλαξίες.

 

25.  Πρόκειται για γαλαξίες - τεράστιες πηγές ακτινοβολίας πού αντιστοιχούν και στο μη ορατό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η ενέργεια πού εκπέμπουν μπορεί να είναι χιλιάδες φορές η ενέργεια του Γαλαξία μας !

Οι ενεργοί γαλαξίες είναι τριών ειδών : ραδιογαλαξίες, γαλαξίες Seyfert και κβάζαρς.

 

26.  Ο υπολογισμός της μάζας της ύλης του Σύμπαντος, όπως προκύπτει από την μελέτη των γαλαξιών, είναι πολύ μεγαλύτερη από την παρατηρούμενη συνολικά. Αυτό οδήγησε στην αποδοχή ύπαρξης μη παρατηρούμενης ύλης, η οποία εκλήθη σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι πλανήτες, ή πάρα πολύ αμυδροί αστέρες διασκορπισμένοι στο διάστημα ή ακόμα και μια τεράστια μάζα από υποατομικά σωματίδια με κυρίως υποψήφια τά axıons και τά WIMP ( Weak Interactive Massive Particles ).

 

27.  Οι φωτεινές ακτίνες μακρινών αντικειμένων, ταξιδεύοντας προς εμάς, υφίστανται εκτροπή από βαρυτικές επιδράσεις οποιασδήποτε μάζας, όπως εκτρέπονται όταν περνούν μέσα από ένα φακό. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται βαρυτικός φακός.

Οι επιστήμονες εκμεταλλεύονται το φαινόμενο αυτό προκειμένου να ανιχνεύσουν και να υπολογίσουν την σκοτεινή ύλη.

 

28.  Σήμερα οι αστροφυσικοί έχουν καταλήξει ότι το Σύμπαν αποτελείται κατά 4% από τη γνωστή ύλη, κατά 23 % από ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ και κατά 73 % από μία μυστηριώδη ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, στην οποία αποδίδεται η επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος.

 

29.  Πρόκειται για μια διάχυτη ακτινοβολία μικροκυμάτων που κατακλύζει ομοιόμορφα ολόκληρο το Σύμπαν και θεωρείται ότι είναι το σημερινό υπόλειμμα από την υπέρθερμη αρχέγονη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε την ύλη, το χώρο και το χρόνο, περίπου 12-15 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Εκείνη η ακτινοβολία, λόγω της διαστολής του σύμπαντος και της ταυτόχρονης ψύξης του, αντιστοιχεί σε μέλαν σώμα θερμοκρασίας 2,7 Κ.

 

30.  Σήμερα είναι αποδεκτή η κοσμολογική θεωρία της Μεγάλης Εκρήξεως, η οποία ενισχύεται από την Νουκλεοσύνθεση , τήν  Διαστολή Hubble, και τήν  Ακτινοβολία υποβάθρου.

Τά βασικά στάδια στην ιστορία του σύμπαντος είναι :

Εποχή Ακτινοβολίας

§                  Περίοδος αδρονίων (ή βαρέων σωματιδίων)

§                  Περίοδος λεπτονίων (ή ελαφρών σωματιδίων)

§                  Περίοδος πλάσματος

Εποχή Ύλης

§                  Περίοδος ύλης

 

31.  Στη διαστολή του Σύμπαντος αντιτίθεται η βαρύτητα, η οποία εξαρτάται από την ύλη και την πυκνότητά της.  Αν η τιμή της πυκνότητας (d)είναι μικρότερη ή όχι μιάς κρίσιμης τιμής (d_Κ), τότε το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται ή όχι. Η ύλη με την βαρύτητά της έχει προκαθορίσει και την τύχη του Σύμπαντος.

§                     Αν  η πυκνότητα  d  <  d_Κ τότε το Σύμπαν είναι ανοικτό και θα διαστέλλεται πάντοτε.

§                     Αν  η πυκνότητα  d  =  d_Κ τότε το Σύμπαν είναι επίπεδο και η διαστολή θα σταματήσει  σε άπειρο χρόνο.

§                     Αν  η πυκνότητα d  >  d_Κ τότε το Σύμπαν είναι κλειστό ή παλλόμενο και η διαστολή θα σταματήσει  εξ αιτίας της βαρύτητας κάποια χρονική στιγμή, ενώ θα αρχίσει η συστολή η οποία θα οδηγήσει στον σχηματισμό Μελανής Οπής.