6 Didaktický rozbor témat

J. A. Komenský ,,A co si silně přeji a důrazně žádám: knihy musí předkládat všechno srozumitelně a přístupně, tak, aby žákům jistě dávaly světlo, s jehož pomocí mohou sami porozumět všemu i bez učitele``.

V. Vanýsek: ,,Astrofyziku je nutno začlenit do výuky tak, aby lépe vynikla logická struktura fyzikálního poznávání kosmického prostoru a vesmíru vůbec. Není účelem nového pojetí astrofyziky na gymnáziu informovat studenta o všech hlavních výsledcích, kterých dosáhla, ale na vybraných příkladech ukázat na fyzikální podstatu jevů ve vesmíru``.

Schéma astrofyzikálního celku

\resizebox{0.95\textwidth}{!}{%%
\input{schemce_html.eepic}}

6.1 Záření - zdroj informací

Cíl:
Osvojení principů astrofyzikálních metod určování vzdáleností a charakteristik hvězd.
Základní myšlenky:
Paralaktický posuv poloh hvězd umožňuje určování roční paralaxy. Z hustoty zářivého toku lze stanovit pozorovanou bolometrickou hvězdnou velikost a při znalosti vzdálenosti i zářivý výkon hvězdy. Aplikací Stefanova-Boltzmannova zákona stanovíme efektivní povrchovou teplotu, z čárového spektra hvězd spektrální třídu. Z oběžné doby a velké poloosy oběžné dráhy fyzických dvojhvězd určíme prostřednictvím III. Keplerova zákona nejdůležitější hvězdnou charakteristiku - hmotnost.
Pojmy:
Roční paralaxa, efektivní povrchová teplota, spektrální třída, fyzická dvojhvězda.
Návaznost na fyziku:
Zákony záření černého tělesa (Stefanův-Boltzmannův, Wienův), Kirchhoffovy zákony spektrální analýzy, III. Keplerův zákon v přesném tvaru. Zákon všeobecné gravitace.

6.2 Stavba a vývoj hvězd

Slunce

Cíl:
Získání představ o hvězdě hlavní posloupnosti, na které závisí život na Zemi.
Základní myšlenky:
Slunce je typická hvězda, dostupná pro podrobné studium, což nám umožňuje analýza k nám přicházejícího slunečního záření.
Pojmy:
Zářivý výkon, solární konstanta, fotosféra, chromosféra, koróna, sluneční skvrny, protuberance, sluneční aktivita, sluneční vítr.
Návaznost na fyziku:
Elektromagnetické záření různých vlnových délek, spojité a čárové spektrum, plazma.

Stavba nitra hvězd

Cíl:
Vytvořit u žáků představy o fyzikálních podmínkách v nitru hvězd na základě známých fyzikálních zákonů.
Základní myšlenky:
Stavba nitra hvězd je popisována fyzikálními zákony. Procesy uvolňování energie udržují záření hvězd - gravitační smršťování, termojaderné reakce. V nitru platí hydrostatická rovnováha.
Pojmy:
Model hvězdy, hydrostatická rovnováha, gravitační smršťování, termojaderné reakce.
Návaznost na fyziku:
Záření, tlak, stavová rovnice, zákon zachování energie.

Zdroje energie hvězd

Cíl:
Pochopení procesů spojených s uvolňováním energie při termojaderných reakcích v nitru hvězd.
Základní myšlenky:
V jádře hvězd při termojaderných reakcích probíhá nevratná změna chemického složení. Zdrojem energie je přeměna hmotnostního úbytku.
Pojmy:
p-p řetězec, CNO cyklus.
Návaznost na fyziku:
Vlastnosti elementárních částic, termojaderné reakce, hmotnostní úbytek.

Vývoj hvězd

Cíl:
Osvojení představ o délce existence, vývoje a konečných stadií vývoje hvězd a Slunce.
Základní myšlenky:
Hvězdy nezůstávají s časem neměnné, procházejí několika vývojovými stadii. Doba existence hvězdy je tím kratší, čím je větší její hmotnost.
Pojmy:
Hvězda hlavní posloupnosti, červený obr, nova a supernova, bílý trpaslík, neutronová hvězda, černá díra.
Návaznost na fyziku:
Termojaderné reakce, vlastnosti plynu.

H-R diagram

Cíl:
Seznámení žáků se stavovou a vývojovou interpretací H-R diagramu, s určováním fyzikálního stavu hvězdy, závislostí mezi zářivým výkonem, efektivní povrchovou teplotou a poloměrem hvězd zachycenou na diagramu efektivní teplota - zářivý výkon.
Základní myšlenky:
Mezi zářivým výkonem, efektivní povrchovou teplotou a poloměrem existuje závislost, kterou lze zachytit na H-R diagramu. Astrofyzika používá rovněž závislost absolutní (bolometrická) hvězdná velikost - spektrum. Hvězdy při vývoji mění své charakteristiky.
Pojmy:
Stavový a vývojový H-R diagram, hvězdy hlavní posloupnosti, červený obr, bílý trpaslík.
Návaznost na fyziku:
Stefanův-Boltzmannův zákon, Wienův posunovací zákon.

6.3 Stavba vesmíru

Naše Galaxie

Cíl:
Pochopení stavby naší hvězdné soustavy - Galaxie.
Základní myšlenky:
Hvězdná soustava, ke které patří i naše sluneční soustava, představuje seskupení hvězd, plynu a prachu. Její stavba je určována gravitačními silami a pohybem látky.
Pojmy:
Galaxie, sférická složka, plochá složka, hvězdokupy, temné mlhoviny, difúzní mlhoviny, diferenciální rotace Galaxie.
Návaznost na fyziku:
Rotace tuhého tělesa, keplerovská rotace.

Vnější galaxie, jejich aktivita

Cíl:
Studium objektů položených za hranicemi Galaxie.
Základní myšlenky:
Látka je ve velkých měřítcích vesmíru koncentrována do hvězdných soustav.
Pojmy:
Eliptické, spirální, nepravidelné galaxie, galaxie s aktivním jádrem, kvasary, Místní skupina galaxií, kupa galaxií.
Návaznost na fyziku:
Netepelné záření, relativistické částice, gravitační interakce.

Kosmologické rozpínání vesmíru

Cíl:
Seznámit žáky se současnými představami o stavbě a vývoji vesmíru.
Základní myšlenky:
Kosmologie zachycuje obraz vyvíjejícího se vesmíru.
Pojmy:
Kosmologický princip, Hubbleův zákon, Hubbleova konstanta, modely vesmíru, počáteční stadium vývoje, reliktní záření, kritická hustota, horizont vesmíru.
Návaznost na fyziku:
Vlastnosti elementárních částic, záření černého tělesa, gravitační interakce.