3.8 · Space physics

ฟิสิกส์อวกาศ

แรงโน้มถ่วงรวมฝุ่นละอองเข้าเป็นดวงดาว ดวงดาวหลอมรวมธาตุต่างๆ และการเลื่อนไปทางแดงของกาแล็กซีที่อยู่ไกลบ่งบอกว่าจักรวาลทั้งหมดกำลังขยายตัวออกมาจากจุดเริ่มต้น 14 พันล้านปีที่ผ่านมา หัวข้อสุดท้ายของ OxfordAQA จะปิดบทเรียนด้วยวัฏจักรชีวิตของดวงดาว โอบิตัล และหลักฐานของการระเบิดใหญ่

OxfordAQA International GCSE Physics 9203, หัวข้อ 3.8 (เวอร์ชัน 5.1). ข้อความที่ทำเครื่องหมาย (P) เป็นข้อสอบเฉพาะ Paper-2-เท่านั้น

วัฏจักรชีวิตของดวงดาว

ดวงดาวเกิดขึ้นเมื่อ แรงโน้มถ่วง ดึงดูดฝุ่นและแก๊ส (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม) เข้าด้วยกัน — ก้อนเล็กๆ กลายเป็นดาวเคราะห์ ในช่วง หลักลำดับ ที่ยาวนาน ไฮโดรเจนจะหลอมรวมเป็นฮีเลียมในแกนกลาง และแรงโน้มถ่วงจะต้านทานแรงผลักด้านนอก ยิ่งดวงดาวมีมวลมากเท่าไหร่ แกนกลางยิ่งร้อนและสามารถสร้างนิวเคลียสที่หนักขึ้นด้วยการหลอมรวมได้มากขึ้นเท่านั้น

เมื่อไฮโดรเจนหมดสิ้น มวลจะเป็นตัวกำหนดชะตากรรม ดวงดาวคล้ายดวงอาทิตย์ จะพองตัวเป็น ดาวยักษ์แดง ลอยชั้นห่อหุ้มออกไป และแกนกลางที่ถูกเผยให้เห็นจะเย็นลงจาก ดาวแคระขาว ไปสู่ ดาวแคระดำ ส่วน ดาวมวลมาก จะพองตัวเป็น ดาวยักษ์แดง massif หลอมรวมธาตุที่หนักขึ้นเรื่อยๆ (คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน) จากนั้นระเบิดออกเป็น ซูเปอร์โนวา — กระจายธาตุต่างๆ (ธาตุที่หนักกว่าเหล็กถูกสร้างขึ้นในระหว่างการระเบิดเอง) — ทิ้งไว้เป็น ดาวนิวตรอน หรือ หลุมดำ การหลอมรวมในดวงดาวและการระเบิดซูเปอร์โนวาทำให้เกิดธาตุธรรมชาติทุกชนิด: จักรวาลยุคแรกมีเพียงไฮโดรเจนเท่านั้น

ระบบสุริยะและการเคลื่อนที่แบบโคจร

ระบบสุริยะ: ดาราคำแปดดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ รวมถึงดาวบริวารittleoid ดาวแคระ และดาวหาง ทางช้างเผือกเป็นหนึ่งในหลายพันล้านกาแล็กซี แต่ละแห่งมีดาวจำนวนหลายพันล้านดวง จรวดเทียมโคจรรอบโลกในวงโคจร Geo-stationary หรือ Low polar orbit

แรงโน้มถ่วงทำหน้าที่เป็น แรงเข้าหาศูนย์กลาง:它指向中心，改变运动方向（速度）而不改变速率。距离越远引力越弱，因此轨道速度越低：为了保持在特定半径，人造卫星必须以相应的速度运行——改变速度就会改变轨道半径。

การเลื่อนไปทางแดงและการขยายตัวของเอกภพ (P)

แหล่งกำเนิดคลื่นที่เคลื่อนที่เปลี่ยนความยาวคลื่นที่สังเกตได้ (Doppler effect): แหล่งกำเนิดที่เคลื่อนที่ออกจะยืดคลื่น — ความยาวคลื่นยาวขึ้น ความถี่ต่ำลง กาแล็กซีที่อยู่ไกลขึ้นจะเคลื่อนที่ออกเร็วขึ้นและมีการเลื่อนไปทางแดงมากขึ้น — ตัวอวกาศเองกำลังขยายตัว ชี้ไปยังจุดเริ่มต้นที่มีขนาดเล็กมาก: บิกแบง。 CMBR — รังสีที่เติมเต็มเอกภพตั้งแต่ช่วงสั้นๆ หลังจุดเริ่มต้นนั้น — เป็นเสาหลักที่สอง ทฤษฎีบิกแบงเป็นทฤษฎีเดียวที่อธิบายปรากฏการณ์นี้ในปัจจุบัน

ตรวจสอบความเข้าใจของคุณเอง

1. อะไรคือสิ่งที่ดึงดูดฝุ่นและแก๊สให้รวมตัวเป็นดาว?
2. เกิดอะไรขึ้นในแก่นของดาวบนแถบลูกศร?
3. จดชื่อ 3 ขั้นตอน mà ดาวคล้ายดวงอาทิตย์จะผ่านหลังจากแถบลูกศร
4. ดาวชนิดใดที่จะกลายเป็นซูเปอร์โนวา?
5. ธาตุหนักกว่าเหล็กถูกสร้างที่ไหน?
6. ชื่อประเภทวงโคจรของจรวดเทียมสองประเภท
7. ทำไมจรวดเทียมในวงโคจรที่สูงกว่าจึงเคลื่อนที่ช้ากว่า?
8. (P) เกิดอะไรขึ้นกับความยาวคลื่นเมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ออก?
9. (P) ระบุหลักฐาน 2 ประการที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง
10. (P) CMBR คืออะไร?

คำตอบ: 1 แรงดึงดูด; 2 นิวเคลียสไฮโดรเจนหลอมรวมเป็นฮีเลียม ปล่อยพลังงาน โดยแรงโน้มถ่วงสมดุล; 3 ดาวยักษ์แดง ดาวแคระขาว ดาวแคระดำ (สามขั้นตอนหลังแถบลูกศร); 4 ดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์มาก; 5 ในเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา; 6 Geo-stationary และ Low polar; 7 แรงโน้มถ่วงอ่อนลงตามระยะทาง ดังนั้นแรงเข้าหาศูนย์กลาง — และความเร็วที่ต้องการ — จึงน้อยลง; 8 (P) มันเพิ่มขึ้น (การเลื่อนไปทางแดง) และความถี่ที่สังเกตได้ลดลง; 9 (P) การเลื่อนไปทางแดงของกาแล็กซีเพิ่มขึ้นตามระยะทาง และรังสีไมโครเวฟจากเอกภพ; 10 (P) รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เติมเต็มเอกภพ เหลือรอดมาจากช่วงสั้นๆ หลังบิกแบง