Geboorte, leven en dood van sterren

De Zon en Licht
Paul Groot
Afdeling Sterrenkunde, IMAPP
Radboud Universiteit Nijmegen
[email protected]
Overzicht
 Licht als een electromagnetische golf
 De Zon van buiten.
Licht is een golf
 Licht is een transversale golf
 Licht draagt energie
 Licht is een electromagnetische golf
 Licht gedraagt zich ook als deeltje….
Vier honderd jaar geleden..
anno 1677-1692
Christiaan Huygens
(1629-1695)
‘Licht is een golfverschijnsel’
Licht is een golf
De golflengte (=‘kleur’): afstand tussen pieken
De amplitude (=‘helderheid’): hoogte v/d pieken
De polarisatie (=‘trilrichting’): richting v/d pieken
Het Principe van Huygens
• Licht plant zich sferisch symmetrisch
voort.
Verklaart veel:
Breking van licht:
Weerkaatsing
Weerkaatsing van licht:
De invloed van Huygens
Het slingeruurwerk
De beste lenzen van zijn tijd
Ontdekking van Titan
Licht: anno 1704
Sir Isaac Newton
(1642 – 1727)
‘Licht bestaat uit deeltjes’
Newtons ‘deeltjes’-licht
Licht beweegt in rechte banen
Kleuren zijn eigenschappen
van de lichtdeeltjes.
De invloed van Newton…
Calculus
Theorie van de zwaartekracht
Methode van onderzoek
Huygens versus Newton
Newton’s deeltjes theorie voerde 100 jaar
lang de boventoon tot …
Thomas Young (1773-1829)
Augustin Fresnel (1788-1827)
De spleten van Young
Interferentiepatroon aan spleten:
Conclusie: Licht is een golf
Polarisatie
Conclusie: Licht is een golf
Electromagnetisme van Maxwell
Electriciteit en magnetisme zijn hetzelfde.
Licht is een electromagnetische
golf.
James Clark
Maxwell
(1831-1879)
Conclusie: Golf? Ja.
Huygens – Newton: 1 - 0??
Of toch niet….?
Slechts twee overgebleven problemen
"Beauty and clearness of theory...
Overshadowed by two clouds...“ (Kelvin, 1900)
• De ether
• De zwarte straler / foto-electrisch effect…
Nagel 1: De Ether
Voor voortplanting van golven is een
medium nodig: bijvoorbeeld water
Of lucht voor
geluid
De ether
Licht plant zich voort door de ether: een
substantie die alle ruimte vulde.
Is die ether te meten?
Aristoteles (384-322 v Chr.)
De Michelson-Morley
interferometer
Albert Michelson
(1852-1931)
Conclusie: Golf? Ja. Ether? Nee
Edward Morley (1838-1923)
De Michelson-Morley interferometer
Niet bestaan van ether komt als schok.
Lorentz probeert het nog te redden met de
Lorentz contractie.
Lorentz (1853-1928)
Weg met de ether!
Einstein laat in Speciale Relativiteits theorie
zien dat ether helemaal niet nodig is. Licht
plant zich ook in vacuum voort.
Nagel 2a: De zwarte straler
In klassieke theorie zou een heet object
oneindig veel straling moeten gaan uitstralen
bij korte golflengten.
Nagel 2b: Het foto electrisch effect
Sommige materialen gaan stroom geleiden
als er licht op valt.
Dit hangt echter af van de golflengte van het
licht en het soort materiaal
Oeps…!!!
Niet te verklaren met de golfnatuur van licht.
Enter: Max Planck (1858 – 1947)
Rekent uit in 1900 dat
zwarte straler mogelijk is als
de emissie en absorptie van
straling gekwantiseerd is.
De Zwarte Straler
E=hν,
h = constante van Planck
Max Planck
‘Geen probleem als energie gekwantiseerd is’
Geboorte van de quantum-mechanica
Albert Einstein (1905)
• Emissie en absorptie is gekwantiseerd
(Planck)
• Maar wat wordt uitgezonden is licht.
• Is licht gekwantiseerd?
• Wel als licht een deeltje is…
Isaac lives!
Zeer fundamentele gevolgen!!!
Het werkelijke begin van de quantummechanica!
• Als golven deeltjes zijn, zijn deeltjes dan
ook golven? (de Broglie, 1923)
• Als fotonen gekwantiseerd zijn, is het atoom
dan ook gekwantiseerd? (Bohr, 1913)
Het atoom-model van Bohr
Niels Bohr
(1885-1962)
Electronen zitten als schillen rond kern
De geboorte van de astrofysica
Kwantitatieve sterrenkunde. Niet alleen het benoemen
van de sterren (astronomie), maar het afleiden van de
natuurkunde van sterren (astrofysica).
Spectra van sterren
Spectraallijnen: chemische
samenstelling van sterren!
Spectrum van de Zon
Electromagnetisch spectrum
Ruimte waarnemingen
De Zon
R = 695 000 km
M = 1.9 x 1030 kg
Wat zien we?
We zien de gaslaag waar onze
gezichtslijn ophoudt: de fotosfeer
Laag met gas van 5800 K
Temperatuur neemt van binnen naar
buiten af.
Wet van Wien
Plek van piek hangt af van
temperatuur:
λpiek T = 3•106
Blauw=heet, rood=koel
De fotosfeer
Rotatie van de Zon
Zon draait in 27 dagen rond
Zonnevlekken
Koelere gebieden door B-veld
Magneetveld op 11 jarige cyclus
Magneetveld vd Zon
Zonnevlekken → Protuberansen
Zonnevlekken → Protuberansen
Protuberansen
Chromosfeer en Corona
Door energie van magneetveld reconnectie
wordt de buitenste atmosfeer verhit
Chromosfeer
Chromosfeer
Chromosfeer
De Corona
De Corona
De Corona
Zonsverduistering