PENGENALAN ASTRONOMI & FIZIK MODEN

1. Pengenalan Astronomi

HASIL PEMBELAJARAN

• Di akhiran pembelajaran dalam bab ini, pelajar dapat:– Memberikan takrifan astronomi– Menyatakan takrifan setiap unit astronomi– Menjelaskan teori Big Bang– Menggambarkan saiz alam semesta

UNIT PEMBELAJARAN

• PENGENALAN• TEORI DEGUMAN BESAR– Fasa 10-43 saat– Fasa 10-37 saat– Fasa 10-6 saat– Fasa 3 minit– Fasa 300, 000 tahun– Fasa 1bilion tahun– Fasa 15bilion tahun

UNIT PEMBELAJARAN

• BUKTI DEGUMAN BESAR– Kesan Doppler

• PENGUKURAN ASTRONOMI– Unit Astronomi (AU)– Tahun Cahaya (ly)

• LATIHAN

PENGENALAN

• Astronomi ialah sains tertua di mana di awal peradaban

• Astronomi - astron bermaksud bintang dan nomos iaitu hukum

• Takrifan astronomi,

“Kajian saintifik tentang jirim di angkasa lepas, terutamanya kedudukan, dimensi, taburan, pergerakan, komposisi, tenaga dan evolusi jasad samawi dan fenomenanya.”

TEORI DEGUMAN BESAR

• Awal kejadian bermula dengan satu titik yang tunggal yang sangat mampat – kesingularan

• Tidak stabil - letupan yang sangat dahsyat (deguman besar atau big bang) - alam semesta terus-menerus mengembang sehingga ke hari ini.

• Pada permulaan kejadian alam, terdapat beberapa fasa selepas kelahiran alam semesta tersebut. iaitu Fasa 10-43 saat, 10-32 saat, 10-6 saat, 3minit, 300,000 tahun, 1bilion tahun dan akhir sekali, 15 bilion tahun.

Fasa 10-43 saat

• Dikenali sebagai kesingularan. Alam semesta ketika itu akan mengalami pengembangan yang sangat cepat melampaui laju cahaya dikenali sebagai “inflasi”.

Fasa 10-37 saat

• Dikenali sebagai pasca-inflasi.• Alam semesta berada dalam keadaan sup

kuark, elektron dan beberapa zarah yang lain.• Suhunya sangat tinggi iaitu sekitar 1027 oC

Fasa 10-6 saat

• Kuark mulai bercantum sesama mereka membentuk proton dan neutron

Fasa 3 minit

• Zarah proton dan neutron mula bercantum membentuk nukleus

• Nukleus-nukelues ringan mula terbentuk.

Fasa 300, 000 tahun

• Elektron dan nukleus-nukleus mulai bergabung dan membentuk atom.

• Kebanyakan atom-atom ringan mulai mendiami alam semesta seperti hidrogen dan helium.

Fasa 1bilion tahun

• Daya graviti - gas hidrogen dan helium bergabung lalu membentuk awan gergasi – membentuk galaksi - membentuk bintang.

• Suhunya tidak lagi panas, iaitu pada -200 oC.

Fasa 15bilion tahun

• Galaksi-galaksi akan tertarik sesama mereka di bawah kesan daya graviti dan membentuk kluster galaksi.

Rumusan

• Letupan yang besar itu telahpun berlaku sekitar 12-15 bilion tahun dahulu dan dikatakan alam semesta terus mengembang sehingga ke hari ini.

• Pengembangan mencapai titik genting - alam semesta akan mengalami keruntuhan - alam semesta mula mengecut dan kembali asal iaitu titik kesingularan.

BUKTI DEGUMAN BESAR

• Dua bukti yang utama terhadap kajian deguman besar iaitu, – Kesan Doppler – Sinaran latar kosmik yang dikesan oleh WMAP

(Wilkinson Microwave Anisotrpy Probe). • Kita akan membincangkan tentang Kesan

Doppler sahaja.

Kesan Doppler• Fenomena pemanjangan dan penguncupan panjang

gelombang. • Christian Doppler pada tahun 1842 di Prague.• Panjang gelombang boleh dihubungkan dengan frekuensi

melalui persamaan berikut,

UJI MINDA

• Kirakan frekuensi cahaya yang mempunyai panjang gelombang 660nm.

Petunjuk: – nm = nanometer = 10-9m– laju cahaya, c = 3.0 x 108 ms-1

Kesan Doppler - Cahaya

• Kesan Doppler bagi kes cahaya lebih rumit - i kes relativistik.

• Kesan Doppler ini dicerap oleh Edwin Hubble ke atas pergerakan galaksi – anjakan merah.

PENGUKURAN ASTRONOMI

• Jarak pengukuran yang digunakan antara objek samawi adalah sangat besar.

• Unit kilometer mahupun meter adalah sukar.

Unit Astronomi (AU)

• Unit Astronomi atau AU ditakrifkan sebagai jarak purata antara bumi dan matahari.

1 AU = 1.50 x 108 m (atau 150juta kilometer)

UJI MINDA

• Berapakah jarak dua objek dalam Unit Astronomi (AU) dengan jarak 2.33 juta kilometer?

• Berapakah pula jarak dua objek dalam kilometer (km) dengan jarak AU, 15.9AU?

Tahun Cahaya (ly)

• Bagi jarak-jarak yang tersangat jauh, adalah lebih baik digunakan laju cahaya dalam satu tahun.

• Cahaya bergerak dengan kelajuan, 3.0 x 108 ms-1.

Unit ly

• Kita akan menggunakan jarak dan laju seperti berikut:

d = c x t d = jarak antara dua objek samawi c = laju cahaya, 3.0 x 108 ms-1

t = masa

1 ly = 9.4607×1015 m (9.4607×1012 km)

UJI MINDA

• Daripada perbincangan unit AU dan ly, berapakah anggaran bagi saiz satu sistem solar? – 10,000 ly– 1 ly– 100 AU– 1 AU– 100, 000km