Fizyka

Ewolucja gwiazd

Gwiazd ewolucja, procesy przemiany struktury gwiazd w całym okresie ich istnienia. Głównym procesem określającym ewolucję gwiazd jest zmiana składu chemicznego jej wnętrza w wyniku reakcji termojądrowych.

W związku z tym przez większą część czasu życia gwiazdy zachodzące w niej zmiany następują powoli, w tzw. nuklearnej skali czasowej (okres, w ciągu którego gwiazda jest zdolna wyświecić zasoby swej energii jądrowej). Gwiazda znajduje się wówczas w równowadze zarówno hydrostatycznej, jak i termicznej, a cała produkowana przez nią jasność pochodzi z reakcji jądrowych.

W pewnych etapach ewolucji zmiany w gwieździe następują jednak w znacznie krótszej, termicznej skali czasowej. Gwiazda zachowuje wtedy równowagę hydrostatyczną, ale nie termiczną. W nielicznych wreszcie momentach ewolucji zmiany w gwieździe zachodzą bardzo szybko, w dynamicznej skali czasowej (brak równowagi hydrostatycznej i termicznej). Skale czasowe zależą bardzo silnie od masy gwiazdy: dla gwiazd najmasywniejszych są najkrótsze, dla gwiazd o bardzo małych masach – najdłuższe. Skale czasowe zależą ponadto od stadium ewolucyjnego gwiazdy.

Wszystkie gwiazdy powstają z kurczących się obłoków materii międzygwiazdowej. W pierwszych stadiach proces ten przebiega w dynamicznej skali czasowej. Gdy nastąpi równowaga hydrostatyczna obiektu, dalsza koncentracja przebiega w termicznej skali czasowej (protogwiazdy). W wyniku kontrakcji cały obiekt ogrzewa się i zwiększa swą gęstość. W momencie gdy temperatura w centrum wzrośnie dostatecznie (od kilku do kilkunastu milionów stopni, w zależności od masy gwiazdy), w środkowej części gwiazdy zaczynają wydajnie przebiegać reakcje przemiany wodoru w hel (tzw. spalanie wodoru). Gwiazda osiąga w tym momencie tzw. ciąg główny wieku zerowego. Wyjątek stanowią gwiazdy o masach mniejszych niż ok. 0,08 masy Słońca, w których temperatura centralna nie osiąga nigdy wartości dostatecznej do zapalenia wodoru (po osiągnięciu pewnego maksimum zaczyna opadać). Gwiazdy te nie zatrzymują się na ciągu głównym, lecz kurczą się dalej, stygnąc i ewoluując w kierunku czarnych karłów.

Wszystkie gwiazdy o masach większych niż 0,08 masy Słońca zatrzymują się na ciągu głównym, gdzie spędzają przeszło połowę swojego życia. W okresie tym powoli (nuklearna skala czasowa), w centralnych częściach gwiazd zachodzi spalanie wodoru. W gwiazdach o masach większych niż 1,2 masy Słońca wodór wyczerpuje się równomiernie w obrębie konwektywnego jądra obejmującego od kilku do kilkudziesięciu procent całej masy gwiazdy (największe jądra mają gwiazdy o dużych masach). Mniej masywne gwiazdy nie mają konwektywnego jądra i wodór wyczerpuje się w nich nierównomiernie (najszybciej w pobliżu centrum).

Ewolucji w stadium ciągu głównego towarzyszą powolny i niezbyt duży (rzędu kilkudziesięciu procent) wzrost promienia i jasności gwiazdy oraz nieznaczny spadek jej temperatury powierzchniowej. Pobyt gwiazdy na ciągu głównym kończy się z chwilą wyczerpania wodoru w centralnej części gwiazdy i wytworzenia się helowego jądra.

Następny etap ewolucji przebiega w termicznej skali czasowej. Jądro gwiazdy kurczy się i ogrzewa, a jej otoczka (części zewnętrzne) ekspanduje i stygnie. Jasność gwiazdy pozostaje w tym okresie w przybliżeniu stała, promień szybko rośnie, a temperatura powierzchniowa szybko maleje. Głównym źródłem energii gwiazdy pozostaje nadal spalanie wodoru, które zachodzi obecnie w cienkiej warstwie otaczającej helowe jądro. Na diagramie H-R (diagram Hertzsprunga-Russella) gwiazda przesuwa się w tym okresie szybko na prawo, przeskakując tzw. przerwę Hertzsprunga. Po przejściu przerwy Hertzsprunga gwiazda znajdzie się, w zależności od masy, w obszarze czerwonych podolbrzymów, olbrzymów lub nadolbrzymów.

Dalszy spadek temperatury powierzchniowej zostanie zahamowany wskutek wytworzenia się na powierzchni gwiazdy grubej warstwy konwektywnej, obejmującej znaczną część całej masy gwiazdy. W tym momencie gwiazda zmienia kierunek swej drogi ewolucyjnej na diagramie H-R i zaczyna przesuwać się do góry, zwiększając swą jasność i promień. Przebieg tego stadium ewolucji zależy ponadto od masy gwiazdy. Gwiazdy o masach poniżej ok. 2-2,5 masy Słońca mają początkowo zbyt małe jądra helowe, by w wyniku ich koncentracji temperatura centralna wzrosła dostatecznie do zapalenia helu. Kontrakcja takich jąder powoduje przede wszystkim wzrost ich gęstości, co przy niezbyt wysokich temperaturach prowadzi do degeneracji materii w jądrze.

Gwiazda w tym stadium (czerwony podolbrzym, następnie olbrzym) składa się z małego jądra, zbudowanego z gęstego, zdegenerowanego gazu, i rozległej, bardzo rozrzedzonej otoczki konwektywnej. Masa zdegenerowanego jądra helowego powoli rośnie w wyniku przemiany wodoru w hel w cienkiej warstwie otaczającej jądro. Towarzyszy temu odpowiednio powolny wzrost temperatury. Ewolucja odbywa się więc znów w nuklearnej skali czasowej (teraz wyraźnie krótszej niż na ciągu głównym).

Gdy masa jądra osiągnie pewną wartość krytyczną (ok. 0,48 masy Słońca dla gwiazd I populacji), temperatura w centrum podnosi się do ok. 100 mln K, co umożliwia wydajny przebieg reakcji przemiany helu w węgiel i tlen. Zapalenie helu przebiega bardzo gwałtownie ze względu na degenerację materii, jednakże gwiazda prawdopodobnie zachowuje równowagę hydrostatyczną. Po zapaleniu helu gwiazda przesuwa się na lewo na diagramie H-R, ewoluując wzdłuż gałęzi horyzontalnej. Gwiazda ma wtedy dwa źródła energii: spalanie helu w konwektywnej części helowego jądra i spalanie wodoru w cienkiej warstwie otaczającej jądro. Ewolucja przebiega w nuklearnej skali czasowej. Po wyczerpaniu helu w centrum, gwiazda powraca (znów w termicznej skali czasowej) w rejon czerwonych olbrzymów wzdłuż gałęzi asymptotycznej. Jej węglowo-tlenowe jądro wówczas kurczy się, a otoczka ekspanduje, źródłem energii jest spalanie wodoru i helu w dwu cienkich warstwach.

W stadium czerwonego olbrzyma (przed i po zapaleniu helu) gwiazda, wskutek różnych procesów, może utracić znaczną część swej masy, co silnie modyfikuje jej dalszą ewolucję. Gdy ilość wodoru w gwieździe, w wyniku spalania i w wyniku utraty masy, staje się bardzo mała, gwiazda zaczyna się kurczyć i przesuwać na lewo na diagramie H-R. Dość szybko staje się mała i bardzo gorąca. Gdy jej temperatura powierzchniowa wzrośnie powyżej 30 000 K, część wyrzuconej uprzednio materii zaczyna świecić w formie mgławicy planetarnej.

Przez dość krótki okres gwiazda pozostaje jądrem mgławicy planetarnej. Zużywa wtedy resztki swego paliwa jądrowego, następnie zaczyna stygnąć i staje się białym (biały karzeł), a później czarnym karłem. Czas tego stygnięcia jest bardzo długi (rzędu miliardów lat). Gwiazdy o małych masach początkowych (poniżej ok. 0,7 masy Słońca) lub te, które utraciły bardzo dużo masy, nie zapalają helu w jądrze, lecz z obszaru czerwonych olbrzymów ewoluują bezpośrednio w rejon mgławic planetarnych.

Odmiennie przebiega ewolucja u gwiazd o większych masach (ponad 2,5 masy Słońca). Jądra helowe takich gwiazd ogrzewają się szybko, a zapalenie helu przebiega spokojnie. Po zapaleniu helu gwiazda odzyskuje równowagę termiczną. Następny etap ewolucji przebiega w nuklearnej skali czasowej, przy czym źródłami energii są: spalanie helu w konwektywnej części jądra i spalanie wodoru w cienkiej warstwie wokół jądra. Gwiazda wykonuje w tym okresie charakterystyczną pętlę na diagramie H-R. Po wyczerpaniu się helu w centralnej części jądra ewolucja znów przebiega w termicznej skali czasowej: węglowo-tlenowe jądro kurczy się, otoczka zaś ekspanduje. Gwiazda znajduje się znów w obszarze czerwonych olbrzymów lub nadolbrzymów i przesuwa się do góry na diagramie H-R, zwiększając swą jasność i tracąc powoli masę. Dalsza ewolucja zależy od masy gwiazdy.

Jądra gwiazd o masach mniejszych niż ok. 8 mas Słońca tracą bardzo znaczne ilości energii przez emisję neutrin. Powoduje to ich stygnięcie i bardzo silną degenerację materii w ich wnętrzach. Masa węglowo-tlenowego jądra stopniowo rośnie w wyniku spalania helu i wodoru w dwu bardzo cienkich warstwach (znów nuklearna skala czasu). Po pewnym czasie jądro zaczyna się ogrzewać i gdy jego masa osiągnie krytyczną wartość ok. 1,4 masy Słońca, w centrum następuje (przy gęstości rzędu mld g/cm3) zapalenie węgla. Proces ten jest bardzo gwałtowny i prowadzi do wybuchu supernowej – bądź bezpośrednio (supernowa typu II), bądź z pewnym opóźnieniem (supernowa typu I). Otoczka gwiazdy rozprasza się w przestrzeni, a jądro zapada tworząc gwiazdę neutronową (pulsary).

W gwiazdy o masach początkowych większych niż ok. 8 mas Słońca węgiel w centrum zapala się spokojnie. Następne fazy ewolucji przebiegają bardzo szybko (o ile zachodzi emisja neutrin). Po wyczerpaniu węgla zapalają się kolejno w jądrze gwiazdy i następnie wyczerpują: tlen, neon, magnez, krzem i nikiel. Końcowym produktem jest jądro żelazne, które wobec braku dalszych źródeł energii jądrowej gwałtownie się zapada (zachodzi przy tym endotermiczna reakcja rozpadu żelaza na hel). Implozji jądra towarzyszy eksplozja otoczki, prowadząca prawdopodobnie do wybuchu bardzo jasnej supernowej. Pozostałością po wybuchu jest czarna dziura. Ostatecznymi produktami ewolucji gwiazd są: przy małych masach początkowych – czarne karły, przy średnich – gwiazdy neuronowe, przy dużych – czarne dziury.

Poszukiwanie Plazmy Kwarkowo-Gluonowej.

Choc nikt jeszcze kwarkow nie widzial, fizycy sa mocno przekonani ze materia jest zbudowana z punktowych kwarkow i gluonow. Obiekty te nie sa bezposrednio obserwowane w eksperymentach fizycznych, sa one prawdopodobnie uwiezione wewnatrz czastek elementarnych takich jak protony i neutrony. Teoria fizyczna zwana Chromodynamika Kwantowa (QCD) przewiduje ze wewnatrz tych obiektow kwarki i gluony zachowuja sie jak swobodne czastki. Teoria ta przewiduje ze jezeli scisniemy jadra do tak niewielkich rozmiarow ze protony i neutrony beda sie dotykac, lub jezeli dostarczymy wielka ilosc energii do niewielkiego obszaru przestrzeni, to mozliwe bedzie pojawienie sie obszaru wiekszego niz pojedynczy hadron, w ktorym kwarki i gluony beda sie zachowywac jak czastki swobodne. Ten stan materii jest nazywany Plazma Kwarkowo-Gluonowa (QGP). Jezeli fizykom uda sie wyprodukowac QGP, to zbadanie wlasnosci tego nowego stanu materii byc moze pozwoli zrozumiec lepiej teorie Chromodynamiki Kwantowej i problem uwiezienia kwarkow w hadronach.

Plazma Kwarkowo-Gluonowa po wytworzeniu bedzie powiekszala swoja objetosc i ostatecznie przemieniala sie w hadrony, powtarzajac to co zdarzylo sie w czasie jednej milionowej czesci sekundy po Wielkim Wybuchu, zdarzeniu ktore wedlug fizykow bylo poczatkiem naszego swiata. W owym czasie cala energia jaka obecnie znajduje sie w naszym Wszechswiecie zajmowala obszar porownywalny z wielkoscia naszego systemu slonecznego. Obszar ten wypelniony byl prawdopodobnie Plazma Kwarkowo-Gluonowa o temperaturze 1012 stopni Kelwina. Plazma ta szybko sie rozszerzala i ochladzala sie. Gdy temperatura spadla ponizej wartosci krytycznej nastapilo przejscie fazowe, proces analogiczny do tworzenia sie kropel w schlodzonej parze wodnej. Po raz pierwszy w historii Wszechswiata zostala utworzona materia jadrowa (protony, neutrony itd.). Odtwarzajac ten proces w laboratorium a nastepnie badajac go, nawet na mala skale, w procesach zderzen czastek elementarnych, fizycy moga dowiedziec sie czegos o ewolucji Wszechswiata. Dodatkowym wynikiem badan nad Plazma Kwarkowo-Gluonowa moze byc tez lepsze poznanie wlasnosci prozni. Obecnie wiadomo, ze o prozni nie mozna mowic jedynie jako o pustej przestrzeni. Jest ona pelna fluktuacji roznego typu – czastki pojawiaja sie i znikaja. Fizycy teoretycy uwazaja, ze po rozpadzie QGP na hadrony, czasami moze powstac nowy, nieznany stan prozni.

W Stanach Zjednoczonych i w Europie buduje sie coraz wieksze urzadzenia przyspieszajace czastki do coraz wyzszych energii. Urzadzenia te zwane sa akceleratorami. Do tej pory, pomimo prowadzonych eksperymentow, nie pojawily sie jeszcze dowody na to ze zostala wytworzona Plazma Kwarkowo-Gluonowa. Jednak po zakonczeniu w 1999 roku budowy nowego urzadzenia do przyspieszania czastek zwanego Zderzaczem Relatywistycznych Ciezkich Jonow (RHIC), mozna oczekiwac znacznego postepu w badaniach. Zderzacz czastek bedzie przyspieszal dwie, krazace w przeciwnych kierunkach wiazki jonow zlota, w tunelu o obwodzie 3.8 kilometra. Jony zlota osiagna predkosc rowna 99.995% predkosci swiatla, a gestosc energii podczas zderzenia bedzie rownowazna energii masy Ziemi scisnietej do objetosci szescianu o bokach 10 x 10 x 10 metrow.

Jadra zlota beda zderzac sie w czterech miejscach na obwodzie tunelu akceleratora. W tych miejscach umieszczone beda skomplikowane urzadzenia, zwane detektorami czastek, ktorych zadaniem jest zarejestrowanie produktow zderzenia i zbadanie ich wlasnosci. Poniewaz dokladny wynik skutkow zderzen nie jest znany, kazdy z detektorow jest optymalizowany do wykrycia roznych mozliwych efektow fizycznych. Jednym z tych detektorow jest Phobos.

Akceleratory pojęcie i funkcja.

Akceleratory – są to urządzenia służące do przyspieszenia cząsteczek naładowanych, czyli do nadawania im energii od kilkudziesięciu keV do kilkuset GeV. Akceleratory dzielimy na akceleratory elektronów, jonów, protonów, deutronów, cząsteczek delta oraz jonów atomu innych pierwiastków do uranu włacznie.

Ze względu na sposób przyśpieszenia cząsteczek, a wiec i budowe, akceleratory dzielimy na liniowe i kołowe. Przeprowadzono wiele prób z zastosowaniem różnej geometrii w konstrukcji akceleratorów. Pierścien zapewnia stopniowe przyspieszanie i cząsteczki mogą krążyć wewnątrz niego wiele milionów razy, zanim wystapi oddziaływanie. Niestety naładowane cząsteczki tracą energie na skutek promieniowania powstałego podczas ruchu po krzywej. Maksymalnie zredukowanie tego niepożadanego efektu wymaga zbudowania wirazy o wielkim promieniu luku, sięgającym 5-ciu, a nawet 15km. Poruszanie się po lini prostej usówa te niedogodność. Pociąga jednak konieczność stosowania bardzo wydajnych sposobów przyspieszania, bowiem cząsteczka przebiega przez urządzenie tylko jeden raz.

W akceleratorach liniowych przyspieszane czasteczki poruszają się po liniach prostych, przechodząc przez każdy punkt toru jednokrotnie. Przyspieszanie zachodzi w stałym polu elektrostatycznym lub też, przy czym wielokrotnie przechodzą przez pole magnetyczne, działające prostopadle do płaszczyzn ich toru, przy czym wielokrotnie przechodzą przez przyspieszające pole elektryczne, wytwarzane w rezonatorze wielkiej częstotliwości, uzyskując w ten sposób za każdym razem nową porcje energii. Wyjątek stanowi betatron, w którym proces przyspieszania elektronów nie odbywa sie “na raty”, lecz w sposób ciągly, a zjawisko indukcji pola elektromagnetycznego jest wykorzystywane zarowno do zakrzywiania toru cząsteczek, jak i do ich przyspieszania za pomocą wirowego pola elektrycznego. Obecnie technika akceleracji pozwala na magazynowanie przez wiele godzin cząsteczek przyspieszonych do wysokich energii w piescieniowych komorach próżniowych , stanowiących tzw. pierscienie przeciwswobne lub pierscienie akumulacyjne.

Zderzanie cząsteczek z dwóch przeciwbieżnych wiązek pozwalają uzyskąc pełną energie cząsteczek w układzie ośrodka masy.

Poglady wspolczesne (Model Standardowy): od 1964 do chwili obecnej

W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie, ze ich wyobrazenie, jakoby cala materia zbudowana byla z protonow, neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem. W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta, zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow czastek.

Czastki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej:

1964 Murray Gell-Mann i George Zweig rozwineli koncepcje kwarkow. Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up), dolny (down) i dziwny (strange): u, d i s majacych spin rowny 1/2 a ladunki elektryczne odpowiednio 2/3, -1/3 i -1/3 (okazuje sie, ze ta teori a nie jest zupelnie scisla). Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane, koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow. Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie, ze kwarki sa realnymi obiektami, chociaz nie mozna ich wyodrebnic.

1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac, w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym “zapachu”, potrzebnego, aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow, zwane obecnie rodzinami. Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl. Sheldon Glashow i James Bjorken ukuli okreslenie “powab” (charm) dla tego czwartego kwarku (c).

1965 O.W. Greenberg, M.Y. Han i Yoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego. Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale).

…1966… Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie, gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane.

1967 Steven Weinberg and Abdus Salam niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe. Ich teoria wymaga, by istnial neutralny, slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie, ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie. Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa, ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis.

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford, w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony, okazalo sie, ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow. James Bjorken i Richard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy “kwark”, chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow).

1970 Sheldon Glashow, John Iliopoulos, i Luciano Maiani docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego. Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0, a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu.

1973 Donald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego, ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0).

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan. Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED), lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego, teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD). Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy. Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania. Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy Harald Fritzsch i Murray Gell-Mann.

1973 David Politzer, David Gross i Frank Wilczek odkryli, ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc, zwana teraz “asymptotyczna swoboda”. Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69.

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji, John Iliopoulos przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym. Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz Sciezke Modelu Standardowego.

1974 Burton Richter i Samuel Ting prowadzac niezalezne eksperymenty, oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki. Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke “J”, podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja “psi”. Jako ze ich odkrycia sa jednakowo wazne, czastka jest powszechnie znana jako J/psi. Czastka J/psi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab.

1976 Gerson Goldhaber i Francois Pierre odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny). Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego.

1976 Martin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau. Lepton ten, nalezacy do trzeciej “rodziny” czastek byl zupelnie nieoczekiwany.

1977 Leon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark). Kwark ten nazwany zostal “denny” (bottom). Poniewaz fizycy spodziewaja sie, ze kwarki chodza parami, odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku — kwarku “szczytowego” (top).

1978 Charles Prescott i Richard Taylor obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter, ktore wykazuje niezachowanie parzystosci, jak to przewidywal Model Standardowy.

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu.

1983 Bozony posredniczace W± and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami, ktore opracowali Carlo Rubbia and Simon Van der Meer.

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco, ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych. Wynika to czasu zycia bozonu Z0, ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu.

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach, eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV. Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow.

Identyfikacja czastek w detektorze DELPHI

Detektorami przeznaczonymi jedynie do identyfikacji, sa komory mionowe , oraz detektory RICH (detektor DELPHI jako jedyny na LEP-ie posiada te detektory):

Detektory RICH (ang.“Ring Imaging CHerenkov counters”) sa to detektory sluzace do identyfikacji hadronow. Znajduja sie zarowno w czesci centralnej (BRICH) i w korkach (FRICH). Oba posiadaja radiatory gazowy i ciekly.

BRICH umieszczony jest pomiedzy TPC a OD (1.23 m < r < 1.97 m). Dlugosc tego detektora wynosi 3.5 m i obejmuje obszar od 40 do 140 stopni. FRICH pokrywa obszar od 15 do 35 stopni i od 145 do 165 stopni. Identyfikacja za pomoca tych detektorow odbywa sie poprzez wyznaczenie kata emisji promieniowania Czerenkowa, ktory zalezy od predkosci czastek. Mierzac dodatkowo w detektorach sladowych ped, mozna wyznaczyc mase czastki. Rowniez brak sygnalu, gdy ped czastki jest nizszy od pedu progowego na zjawisko Cerenkowa, stanowi cenna informacje identyfikacyjna.

Fotony promieniowania Czerenkowa sa kierowane na komore dryfowa. Komora ta, jest wypelniona substancja czynna, ktora powoduje konwersje fotonow. Nastepnie wskutek przylozonego pola elektrycznego, elektrony dryfuja w kierunku komor proporcjonalnych, gdzie sa rejestrowane i na podstawie czasu dryfu ustala sie pozycje padajacych fotonow. Minimalne wartosci pedu, dla ktorych pojawia sie sygnal w BRICH-u wynosza: w czesci cieklej, dla Pi,K i p odpowiednio 0.7, 0.7 i 1.5 GeV/c, a w czesci gazowej 3, 9 i 15 GeV/c. W czesci centralnej mozna dobrze rozroznic miedzy Pi a K do pedu 18 GeV/c, a miedzy K a p do 33 GeV/c.

Zelazo z kalorymetru hadronowego jest doskonalym filtrem oddzielajacym hadrony od mionow. Prawie wszystkie hadrony sa zatrzymywane w tym materiale, w przeciwienstwie do mionow, ktore ze wzgledu na slabe oddzialywanie z materia, docieraja do komor mionowych (najbardzie zewnetrzne czesci detektora). Komory mionowe znajduja sie zarowno w czesci centralnej (BMC) , jak i w korkach (FMC) . Pokrywaja one nastepujace katy polarne:

BMC od 53.0 do 88.5 stopnia i od 91.5 do 127.0 stopni,

FMC od 20.0 do 42.0 stopni i od 138.0 do 160.0 stopni.

W LEP2 dla poprawy hermetycznosci dodano jeszcze trzeci rodzaj komor mionowych:

SMC (ang.“Surrounding Muon Chambers”)

Ze wzgledu na sposob oddzialywania z materia, identyfikacje czastek mozna podzielic na trzy grupy:

Identyfikacja elektronow i fotonow.

Czastki te oddzialywuja z materia najlatwiej i cala swoja energie zostawiaja w kalorymetrach elektromagnetycznych. Brak sygnalu w kalorymetrze hadronowym, wraz z jednoczesnym pomiarem energii w kalorymetrze elektromagnetycznym, wskazuje na elektron lub foton. Elektron od fotonu mozna odroznic porownujac tory z detektorow sladowych, z kaskadami w kalorymetrze elektromagnetycznym.

Identyfikacja hadronow.

Obecnosc hadronow sygnalizuja kaskady w kalorymetrze hadronowym, przy niskim poziomie sygnalu w kalorymetrze elektromagnetycznym. Hadrony naladowane identyfikowane sa w detektorach RICH oraz w komorze TPC. W przypadku dlugozyciowych hadronow neutralnych takich jak K^0, lambda^0 identyfikacja jest mozliwa poprzez obserwacje wierzcholka wtornego, ich rozpadu na czastki naladowane.

Identyfikacja mionow.

Miony oddzialuja z materia o wiele slabiej niz elektrony czy hadrony i dlatego ich detekcja jest najlatwiejsza. Jedynie one moga dotrzec do komor mionowych, wiec sygnal w nich jest jednoznaczny. Czasami jednak, miony nie docieraja do komor mionowych ze wzgledu na zbyt niski ped. Wtedy identyfikuje sie je na podstawie ksztaltu kaskady w kalorymetrze hadronowym.

Pomiar torow i pedow czastek naladowanych w detektorze DELPHI.

Pomiar torow odbywa sie przy pomocy detektorow sladowych umieszczonych w polu magnetycznym. Pole to jest wytwarzane przez cewke nadprzewodzaca (zaznaczona na fioletowo) dlugosci 7.4 m i wewnetrznej srednicy 5.2 m. Wartosc natezenia pola magnetycznego, w ktorym nastepuje zakrzywianie torow czastek naladowanych, wynosi 1.2 T.

W detektory sladowe wyposazona jest czesc centralna detektora, jak rowniez korki.

W czesci centralnej znajduja sie (kolejno od najbardziej wewnetrznych) :

w polu magnetycznym:

centralny krzemowy detektor wierzcholka (“Vertex Detector”) VD

- umieszczony najblizej obszaru oddzialywania (najmniejszy, slabo widoczny),

detektor wewnetrzny (“Inner Detector”) ID,

komora projekcji czasowej (“Time Projection Chamber”) TPC

detektor zewnetrzny (“Outer Detector”) OD

poza polem magnetycznym:

komory mionowe w beczce (“Barrel Muon Chamber”) BMC

- najbardziej zewnetrzne w calym detektorze.

Natomiast korki zawieraja:

w polu magnetycznym:

przedni krzemowy detektor wierzcholka (“Very Forward Tracker”) VFT

- nie zaznaczony na rysunku,

przednie komory dryfowe A (“Forward Chamber A”) FCA

przednie komory dryfowe B (“Forward Chamber B”) FCB

poza polem magnetycznym:

przednie komory mionowe (“Forward Muon Chamber”) FMC

- zewnetrzne zielone plyty.

Z wyjatkiem detektora wierzcholka, sa to roznego typu komory gazowe, w ktorych detekcja opiera sie na zjawisku jonizacji atomow gazow, przez ktore przechodzi czastka naladowana. Wszystkie te detektory, poza komorami mionowymi, sa zanurzone w polu magnetycznym.

Detektor DELPHI rejestruje z wysoka wydajnoscia ( wieksza niz 95 % ) tory o katach polarnych od 10 do 170 stopni, przy czym, na polaczeniach beczki z korkami, wydajnosc detekcji jest niska.

To między innymi nasza Galaktyka, nasz układ Słoneczny a także my sami. Jego widzialna część to 1,6 kwadrylionów(to baaaardzo dużo) kilometrów i nie wiemy, co znajduje się dalej. Przez długi okres czasu ludzie nie byli pewni co do jego początków. Panowała teoria “Wszechświata stacjonarnego”, która głosiła, że Wszechświat nie miał swego początku i nie będzie miał końca. Znalazło się jednak kilku takich, którzy teorię tą obalili. Dowodami na to, że Wszechświat nie jest statyczny są:

1. przesunięcie ku czerwieni linii widmowych odległych galaktyk spowodowane oddalaniem się od siebie obiektów w rozszerzającym się Wszechświecie;

2. odkrycie helu w starych obiektach w kosmosie to pozostałość z początków Wszechświata;

3. istnienie promieniowania tła – tzw. promieniowania reliktowego odpowiadającego promieniowaniu ciała o temperaturze 2,7°K.

Wielki wybuch

Z obserwacji temperatury przestrzeni kosmicznej wywnioskowano, że wszystko zaczęło się od Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 15 miliardów lat temu. W pierwszych milisekundach po tej gigantycznej eksplozji Wszechświat istniał jako niewielka kula o gęstości rzędu 1094 g/cm3 (jedna łyżeczka takiej materii ważyłaby setki razy więcej niż cały układ Słoneczny) i temperaturze ok. 1032 °C. W tym czasie powstały pierwsze cząstki elementarne tj. miony, neutrina, pozytony i elektrony. Materia zaczęła się oziębiać i rozgrzewać. Jej gęstość i temperatura zmalały wielokrotnie. W kilka sekund po wielkim wybuchu powstały neutrony i protony, a kilka minut później – pierwsze jądra atomów wodoru i helu. Na “pełne atomy” trzeba było jednak poczekać jeszcze przez wiele stuleci.

Dzięki ruchom turbulencyjnym materia, której gęstość nadal malała, została rozłożona nierównomiernie. Milion lat po Wielkim Wybuchu zaczęły powstawać pierwsze obiekty takie jak gwiazdy i galaktyki. Do dzisiaj Wszechświat oziębił się do temperatury 2,7 °K (jest to ok. -270°C). Astronomowie zaobserwowali tzw. promieniowanie tła, które odpowiada tej temperaturze.

Próżnia ???

Wszechświat nie składa się tylko z gwiazd i innych ciał niebieskich. Przestrzeń między nimi wypełnia tzw. ośrodek międzygwiazdowy, w którego skład wchodzi przede wszystkim wodór i hel. Cała ta materia ma znikomą gęstość. Obszary, w których gęstość wzrasta do 1000 razy nazywamy mgławicami. Jednakże ich gęstość jest nadal miliony razy mniejsza od gęstości ziemskiej atmosfery.

Ze względu na możliwości obserwacji wyróżniamy np. mgławice emisyjne i refleksyjne. Niektóre mgławice świecą ogrzewane przez pobliskie gwiazdy, inne zaś przesłaniają światło i widzimy je jako ciemne skupiska gazu.

Promieniowanie

Wszechświat wypełnia także promieniowanie kosmiczne tworzone przez cząstki wysokoenergetyczne. Powstaje ono w aktywnych galaktykach a także podczas świecenia gwiazd.

Kwazary

W najdalszych zakątkach widocznego Wszechświata zaobserwowano dziwne obiekty, które wysyłają ilość energii wielokrotnie większą od energii całej galaktyki. Jednakże są zbyt małe na galaktyki. Nazwano je więc obiektami gwiazdopodobnymi – kwazarami. Odkryto je jako punktowe źródła promieniowania radiowego. Najbliższe nam kwazary znajdują się w odległościach mierzonych w miliardach lat świetlnych. Ich widma zawierają szerokie linie emisyjne, których bardzo duże przesunięcia ku czerwieni świadczą o olbrzymiej prędkości źródła promieniowania. Najprawdopodobniej kwazary powstawały tylko w początkowych stadiach rozwoju Wszechświata i dlatego nie możemy obserwować ich w pobliżu galaktyk. Ich energia pochodzi zapewne z pochłaniania materii przez czarne dziury.

Nie jesteśmy w stanie określić na 100% (przynajmniej na razie) co stanie się z Wszechświatem. Jego koniec wydaje się być zależny od średniej gęstości materii.

Jeśli średnia gęstość Wszechświata jest większa od tzw. gęstości krytycznej to jego ekspansja w pewnym momencie zatrzyma się, po czym na skutek wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego nastąpi zjawisko zwane “Wielkim krachem”. Byłby to “Wszechświat zamknięty”.

Średnia gęstość mniejsza od krytycznej daje Wszechświatowi możliwość nieskończonego rozrostu z niezerową prędkością. Jest to teoria “Wszechświata otwartego”.

Wszechświat może rozwijać się z prędkością malejąca i dążącą do zera. Taki rozwój byłby możliwy tylko wtedy, gdy średnia gęstość byłaby równa gęstości krytycznej.

Ciemna Materia

Obserwacje świecącej materii potwierdzają pierwszy przypadek, co kieruje teorię końca Wszechświata na rozszerzanie do momentu, aż wszystkie gwiazdy zgasną a energia się rozproszy. Jednak galaktyki i ich gromady mają gęstość wiele razy większą od gęstości krytycznej, co potwierdza istnienie “ciemnej materii”. Tak więc koniec Wszechświata zależny jest pośrednio od ilości ciemnej materii.

Sprawa nam bliska

Jeśli chodzi o nasz Układ Słoneczny i zapowiadane co chwile “końce Świata”, to nie powinniśmy się o to na razie martwić, gdyż nasze Słońce świecić będzie jeszcze około 4,5 miliarda lat, a ewentualne zderzenia Ziemi z innymi ciałami niebieskimi można przewidzieć.

Astrologia- według dawnych wierzeń powiązanie ludzkich losów i zjawisk zachodzących na Ziemi z położeniami na niebie Słońca, Księżyca i planet.

Atmosfera- zewnętrzne warstwy gazu otaczające plantę, księżyc lub gwiazdę

Atom- drobna cząstka materii zbudowana z jądra otoczonego chmurą elektronów.

Biały karzeł- stara, gęsta gwiazda, w kórej wyczerpały się wszystkie zasoby paliwa jądrowego, i która powoli umiera.

Brązowy karzeł- kulisty obiekt przypominający małą i słabą gwiazdę, za mało masywny, aby stać się prawdziwą gwiazdą, ale masywniejszy od planety.

CCD- elektroniczna siatka prostokątna ze światłoczyłych elementów służąca do zapisu obrazu badanego obiektu; (skrót od ang. charge-coupled device).

Cefeidy- rodzaj gwiazd, które regularnie rozdymając się i kurcząc (pulsując) zmieniają swój blask w okresie kilku dni.

Chromosfera- warstwa atmosfery słonecznej (lub gwiazdowej) znajdująca się tuż nad widzialną jego tarczą (fotosfery).

Ciemna materia- niewidoczna materia we Wszechświecie, o której istnieniu wnosimy na podstawie jej grawitacyjnego oddziaływania na inne obiekty.

Czarna dziura- obszar, w którym skupione jest tyle masy, że przyciąganie grawitacyjne uniemożliwia ucieczkę stamtąd czegokolwiek, nawet światła.

Czas gwiazdowy- czas mierzony wschodzeniem i zachodzeniem nie Słońca, a gwiazd. O określonej godzinie czasu gwiazdowego zawsze widać te same gwiazdy, dlatego jest on wygodny do planowania obserwacji astronomicznych.

Cząsteczka (molekuła)- związek chemiczny złożony z dwóch lub więcej atomów.

Czerwony olbrzym- stara gwiazda, która znacznie się rozdęła i ma stosunkowo chłodną powierzchnię, więc świeci czerwono.

Deklinacja- kątowa odległość obiektu od równika niebieskiego; odpowiednik szerokości geograficznej.

Deszcz meteorów- grupa meteorów, które – jak się wydaje – wylatują z jednego punktu na sferze niebieskiej.

Długość geograficzna- kątowa odległość od zerowego południka (Greenwich) na wschód lub na zachód.

Doba- czas jednego pełnego obrotu Ziemi wokół własnej osi.

Droga Mleczna- dysk naszej Galaktyki widoczny na niebie jako jasny, nieregularny pas.

Dysk akrecyjny- pierścień materii krążącej wokół obiektu centralnego – z jego wewnętrznego brzegu materia powoli spływa ku środkowi.

Efekt Dopplera- zmiana częstotliwości odbieranego sygnału (wysokości dźwięku albo barwy światła), wynikająca z poruszenia się “nadawcy” względem “odbiorcy”.

Efekt cieplarniany- podgrzewanie powierzchni planety i jej atmosfery przez ciepło uwięzione pod warstwą gazu znajdującego się w atmosferze.

Ekliptyka- widziana z Ziemi roczna droga Słońca wśród gwiazd na niebie; płaszczyzna orbity Ziemi.

Elektron- drobna cząstka w atomie obdarzona ujemnym ładunkiem elektrycznym.

Elipsa- “spłaszczony” okrąg.

Faza- widoczna z Ziemi część powierzchni Księżyca lub planety oświetlona przez Słońce.

Foton- “porcja” energii promienistej pozwalająca opisać światło jako cząstkę.

Fotosfera- widoczna gołym okiem powierzchnia Słońca (lub innej gwiazdy).

Galaktyka- galaktyka, w której znajduje się nasze Słońce. Dysk naszej Galaktyki widzimy na niebie jako Drogę Mleczną.

Galaktyka- duże zbiorowisko gwiazd powiązanych ze sobą siłami grawitacji.

Galaktyka aktywna- galaktyka, która wysyła z centralnych obszarów ogromne ilości energii nie pochodzącej z gwiazd.

Grawitacja- długozasięgowa siła przyciągająca działająca pomiędzy wszystkimi ciałami. Wzajemne przyciąganie dwóch mas opisał Izaak Newton.

Gwiazda- ogromna kula świecącego gazu wytwarzająca energię podczas reakcji termojądrowych, które zachodzą w jej gorącym wnętrzu.

Gwiazda neutronowa- stara gwiazda, w której atomy zostały tak “zgniecione”, że pozostały tylko bardzo gęsto upakowane neutrony.

Gwiazda nowa- gwiazda, której jasność gwałtownie wzrosła; w rzeczywistości układ dwu gwiazd, w którym jeden składnik wybuchł w konsekwencji przepływu masy do sąsiada.

Gwiazda supernowa- katastroficzny wybuch gwiazdy, który powoduje, że przez szereg tygodni obiekt świeci tak jasno, jak cała galaktyka.

Gwiazda okołobiegunowa- gwiazda, dla obserwatora znajdującego się w określonym miejscu na Ziemi, widoczna zawsze nad horyzontem.

Gwiazda podwójna- para gwiazd krążących wokół wspólnego środka masy.

Gwiazda zmienna- gwiazda, której jasność zmienia się w sposób regularny bądź zupełnie nieprzewidywalny wraz z upływem czasu.

Gwiazdozbiór- jeden z wybranych i nazwanych fragmentów nieba rozpoznawany po charakterystycznym wzorze, jaki tworzą najjaśniejsze jego gwiazdy.

Halo- materia rozłożona kuliście wokół środka galaktyki.

Hel- drugi, po wodorze, lekki pierwiastek. Rzadki na Ziemi, stanowi jedną czwartą budulca Wszechświata.

Jasność- miara świecenia obiektu astronomicznego.

Jednostka astronomiczna- średnia odległość Ziemi od Słońca, 149 597 870 km.

Kometa- lodowa bryła krążąca w Układzie Słonecznym, która podczas zbliżania się od Słońca zaczyna świecić i tracić materię (gaz i pył) widoczną w postaci warkoczy.

Korona- rzadka, bardzo gorąca zewnętrzna warstwa atmosfery słonecznej, którą widać tylko podczas całkowitego zaćmienia Słońca.

Kosmiczne promieniowanie tła- promieniowanie pozostałe po najwcześniejszych chwilach narodzin Wszechświata wypełniające równomiernie całą przestrzeń.

Kosmologia- badanie Wszechświata jako całości.

Krater- okrągłe wgłębienie na powierzchni planety, księżyca lub planetoidy.

Księżyc- pisany wielką literą: jedyny naturalny satelita Ziemi; pisany małą literą: naturalny satelita innej planety.

Kwazar- bardzo jasna, odległa galaktyka, której obraz wygląda na kliszach fotograficznych jak obraz gwiazdy.

Lawa- gorąca, roztopiona materia wypływająca z wulkanu i zastygająca w twarde skały podczas stopniowego stygnięcia.

Magnitudo- miara wielkości gwiazdowej.

Materia międzygwiazdowa- gaz i pył pomiędzy gwiazdami.

Meteor- jasny ślad na niebie wywołany wpadającym w ziemską atmosferę drobnym okruchem materii.

Meteroid- skalna lub metalowo-skalna bryłka lub mniejszy okruch materii krążący w przestrzeni międzyplanetarnej. Meteroid, który spadnie na Ziemię nazywany jest meteorytem.

Meteoryt- skalna lub metalowo-skalna bryłka, która dotarła z przestrzeni międzyplanetarnej do powierzchni Ziemi lub innej planety (czy księżyca).

Mgławica- obłok gazu i pyłu pomiędzy gwiazdami lub wokół gwiazdy.

Mgławica planetarna- zewnętrzne warstwy atmosfery wydmuchane z gwiazdy i widoczne na niebie jako pierścień otaczający tę gwiazdę.

Morza- duże ciemne obszary na powierzchni Księżyca.

Neutrino- cząstka elementarna nie obdarzona ładunkiem elektrycznym, mogąca poruszać się praktycznie z prędkością światła (tzn o znikomej lub zerowej masie spoczynkowej).

Neutron- obojętna elektrycznie cząstka elementarna znajdująca się zwykle w jądrach atomów.

Obiektyw- główna soczewka zbierająca światło w teleskopie soczewkowym.

Obłoki Magellana- dwie małe galaktyki, sąsiadujące z naszą, widoczne gołym okiem na niebie południowym (Wielki i Mały Obłok Magellana).

Obłok Oorta (chmura Oorta)- hipotetyczny rezerwuar komet otaczający jak bańka mydlana Słońce w promieniu około jednego roku świetlnego.

Orbita- droga ciała w przestrzeni. Planety poruszają się pod wpływem sił grawitacji po orbitach eliptycznych wokół Słońca; podobnie – gwiazdy w układach podwójnych.

Paralaksa- zmiana względnego położenia różnie odległych gwiazd wskutek zmiany miejsca obserwacji (na Ziemi lub w przestrzeni).

Parsek- jednostka odległości równoważna 3,2616 latom świetlnym.

Pas Kuipera- obszar za orbitą Neptuna, w którym znajdują się lodowe bryły – być może przodkowie niektórych komet.

Plama słoneczna- ciemniejszy obszar na powierzchni Słońca. Wydaje się ciemniejszy, gdyż jest chłodniejszy od swego otoczenia.

Planeta- duży kulisty obiekt złożony ze skał oraz gazów, o masie zbyt małej, by mógł stać się gwiazdą, krążący wokół masywnego ciała centralnego (np. Słońca).

Planetoida (asteroida, planetka)- bryła skalna lub skalno-lodowa krążąca wokół Słońca jak maleńka planeta.

Neptun jest ósmą planetą od Słońca, czwartą z gazowych planet-olbrzymów. Wielkością i budową przypomina swego sąsiada – Urana.Jaskrawo błękitny kolor jego atmosfery pochodzi od metanu.Na Neptunie wieją najszybsze wichry Układu Słonecznego – ich prędkość dochodzi do 2200 km/godzinę. W warstwie chmur występuje kilka formacji, z których najwyrażniejsza jest Wielka Ciemna Plama, olbrzymi huragan wielkości Ziemi.Pod pokrywą chmur znajduje się płaszcz lodowo-gazowy oraz niewielkie skalne jądro. Wielka Ciemna Plama. Wielka Ciemna Plama i Mała Ciemna Plama są owalnego kształtu antycyklonami w atmosferze Neptuna.Najszybsze wichry w Układzie Słonecznym gnają je w kierunku odwrotnym do kierunku rotacji planety.Niewielka chmura pierzasta, zwana Hulajnogą, leży na innej szerokości, gdzie wiatry nie są tak gwałtowne, pozostaje ona w tym samym położeniu względem jądra Neptuna, a rotacja planety unosi ją w kierunku przeciwnym do ruchu plam. Ciekawostka: Wielka Ciemna Plama przemieszcza się po Neptunie z prędkością rzędu 1000 km/godzinę – prawie dorywnującą prędkości dżwięku.Prędkość wiatrów jest dwukrotnie wyższa, osiąga mniej więcej dziesięciokrotną prędkość huraganów na Ziemi. Księżyce Neptuna.Z ośmiu księżyców Neptuna, jedynie Tryton i Nereida były znane, zanim Voyager 2 dokonał badań planety w 1989 roku.Tryton, którego temperatura powierzchniowa wynosi -2350C, jest najzimniejszym ze znanych ciał w układzie Słonecznym. Otacza go rzadka atmosfera jonowa. Pierścienie Neptuna.Cztery pierścienie Neptuna leża od około 40 000 km do 63 000 km od planety.Jeden z nich jest szeroki, a trzy wąskie.Wszystkie posiadają bardzo ciemną barwę.Pierścienie Adamsa i Laverriera zostały nazwane na cześć astronomów, którzy przewidzieli istnieniei położenie Neptuna, zaś pierścień Galle`a nosi nazwisko odkrywcy Neptuna, niemieckiego astronoma Johanna Gotfrieda Galle`a (1812-1910).sonda Voyager 2 odkryła w pierscieniu Adamsa skupienia materii, których występowania naukowcy nie są w stanie wyjaśnić. Nieregualarności orbity Neptuna.Znamy dziewieć planet Układu Słonecznego, lecz czy jest ich więcej? Niektórzy astronomowie sugerują, że nieregularności orbity Neptuna wywołuje dziesiąta, nieznana dotychczas planeta o dużej masie, obiegająca Słońce poza orbitą Plutona.,Ta hipotetyczna planeta okreslana jest jako Planeta X.Przeciwnicy tej teorii argumentują, że w początkach istnienia Układ słoneczny zawierał zbyt mało materii, by możliwe było utworzenie 10 planety, oraz że Układ słoneczny jest zbyt młody, by w tak znacznej odległości od Słońca zdązyła się uformować planeta.

Uran, siódma planeta od Słońca, jest trzecią z czterech gazowych planet-olbrzymów. Jej kamienne jądro otacza płaszcz gazowo-lodowy.Wokół płaszcza rozciąga się atmosfera zawierająca metan, który nadaje Uranowi niebiesko-zieloną barwę. Ze względu na usytuowanie planety w zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego, temperatura górnej powierzchni chmur wynosi ledwie -2100C. Uran posiada 15 księżyców i układ pierścieni, ale na samej planecie nie dostrzeżono nic godnego uwagi.Sonda Voyager 2, przelatując obok Urana w 1986 roku, sfotografowała tylko kilka chmur metanowych. Uran jest cztery razy większy od Ziemi.Jego okres obiegu wynosi 84 lata ziemskie – dłuższy mają tylko Neptun i Pluton. Oś obrotu Urana nachylona jest pod kątem 980 do płaszczyzny orbity planety wokół Słońca.Zatem, w odróznieniu od innych planet, Uran obraca się, jak gdyby leżąc na boku.Tak duże nachylenie osi sprawia, że w ciągu trwającego 84 lata ziemskie obiegu wokół Słońca, każdy z jego biegunów przez 42 lata skąpany jest w Słońcu i przez 42 lata tonie w ciemnościach.Jednak odległość Urana od Słońca jest tak duża, iż różnica temperatur między latem a zimą na biegunach wynosi zaledwie 20C. Przy bardzo dobrych warunkach obserwacyjnych Uran jest ledwie widoczny gołym okiem, natomiast przez teleskop wygląda jak mała niebieskozielona Pierścienie Urana trudno zobaczyć, gdyż tworząca je materia jest chyba najciemniejsza w całym Układzie Słonecznym.zostały one po raz pierwszy dostrzeżone z Ziemi w 1977 roku, kiedy przesłoniły światło gwiazdy. W 1986 roku Voyager 2 przyjrzał się z bliska strukturze złożonej z 11 pierścieni.Tworzą ją okruchy skalne o średnicy około jednego metra.szerokość pierścieni Epsilon waha się od 20 do 100 kilometrów. Księżyce Urana.Znanych 15 księżyców Urana, z których wszystkie składają się z ciemnego materiału skalno-lodowego.Powierzchnia największych – Oberona, Tytanii, Umbriela i Ariela – jest usiana kraterami uderzeniowymi.Miranda, piąty pod względem wielkości księżyc, wykazuje niezwykłe urozmaicenie powierzchni – wystepują na nim stare równiny pokryte kraterami, olbrzymie skarpy oraz głębokie kaniony.Astronomowie sądzą, że Miranda mogła być kiedyś zniszczona w kosmicznym zderzeniu, a następnie jej kawałki skupiły się ponownie, tworząc chaotyczną całość.