Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Introduction to modeling of stellar and planetary atmospheres; radiative transfer equation and its numerical
solutions; models of atmospheres, magnetohydrodynamics and equilibrium in atmospheres; physical processes
in atmospheres of different stellar types, planets and accretion discs. Two-level model of atom, numerical solution
of the radiation transfer equation.
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Úvod do modelování hvězdných a planetárních atmosfér; rovnice přenosu záření a její numerická řešení; modely
atmosfér, magnetohydrodynamická rovnováha, fyzikální procesy u různých typů hvězd, planet a akrečních disků,
jejich popis a modelování. Přednáška se koná jednou za 2 roky.
Course completion requirements -
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
The oral part consists form one question relating to the theory of stellar atmospheres and one to the physical processes in the stellar and planetary atmospheres, or accretion discs. The discussion about a chosen paper is also a part of the exam.
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
Zkouška se skládá z jedné otázky z teorie modelování hvězdných atmosfér a jedné otázky týkající se fyzikálních procesů probíhajících v atmosférách hvězd a planet, či v akrečních discích. Součástí zkoušky je také diskuze nad vybraným odborným článkem.
Literature -
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Hubený, I. & Mihalas, D. Theory of Stellar Atmosheres, Princeton University Press, 2015
Lamers, H.J.L.M, Introduction to Stellar Winds, Cambridge University Press, 2012
Michaud, G., Alecian, G., Richer, J. Atomic Diffusion in Stars, Springer, 2015
Mihalas, D., Stellar Atmospheres, W. H. Freedman and Company, 1978
Mihalas, D. & Mihalas, B.W., Foundations of Radiation Hydrodynamics, Oxford University Press, 1984
Rutten, R.J., Radiative Transfer in Stellar Atmospheres, Lecture Notes Utrecht University, 2003
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Hubený, I. & Mihalas, D. Theory of Stellar Atmosheres, Princeton University Press, 2015
Lamers, H.J.L.M, Introduction to Stellar Winds, Cambridge University Press, 2012
Michaud, G., Alecian, G., Richer, J. Atomic Diffusion in Stars, Springer, 2015
Mihalas, D., Stellar Atmospheres, W. H. Freedman and Company, 1978
Mihalas, D. & Mihalas, B.W., Foundations of Radiation Hydrodynamics, Oxford University Press, 1984
Rutten, R.J., Radiative Transfer in Stellar Atmospheres, Lecture Notes Utrecht University, 2003
Teaching methods - Czech
Last update: T_AUUK (31.03.2008)
Přednáška.
Requirements to the exam -
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
A student has to be prepared for the discussion about the article, which she/he will choose from the list given at the beginning of the semester.
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
Student si připraví rešerši zvoleného odborného článku na základě seznamu, jenž bude oznámen na začátku semestru.
Syllabus -
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Theory of stellar atmospheres
Characterising radiation fields: specific intensity, flux, energy density, Maxwell equations, radiation pressure tensor, opacity, emissivity, optical depth, scattering, photon mean free path.
Radiative transfer equation: formulation, moments, diffusion approximation, boundary conditions, formal solution, numerical solutions - Feautrier method, short characteristic method, long characteristic method, discontinuous finite element method, Monte Carlo method. Radiative transfer equation in moving media - Lorentz transformation, radiative transfer equation in the observer frame, in the comoving frame, Sobolev method.
Grey atmosphere, Rosseland mean opacity, Planck mean opacity, Milne relations, Eddington solution.
Einstein coefficients, Planck law, Einstein relations, classical oscillator, cross sections, oscillator strengths, Gaunt factors, opacity, negative ion of hydrogen, electron scattering, Rayleigh scattering, Boltzmann equation, Saha equation, state equation, thermodynamic equilibrium, local thermodynamic equilibrium, non-LTE, radiative rates, collisional rates, equation of statistical equilibrium.
Physical processes in individual objects
Physical processes in stellar atmospheres: convection - convective equilibrium, semi-convection, thermohaline convection; pulsations; element segregation - diffusion equation, settling, radiative levitation; stellar winds - isothermal winds, non-isothermal winds, coronal winds (see solar physics), dust driven winds, line driven winds, Alfvén wave driven winds (see solar physics).
Planetary atmospheres and atmospheres of brown dwarfs: terminology astronomy vs meteorology, processes in planetary atmospheres, types of giant planets, standard model, numerical models.
Atmospheres of individual stellar types: pre-main sequence stars, main sequence stars, WR stars, white dwarfs, neutron stars, accretion discs, novae.
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Teorie stavby hvězdné atmosféry
Definice a vlastnosti intenzity, hustoty energie, toku. Maxwellovy rovnice, tenzor tlaku záření, koef. absorpce, rozptylu, emise; optická hloubka, střední volná dráha fotonu.
Rovnice přenosu záření: odvození, definice integrální exponenciály, momenty, difuzní přiblížení, hraniční podmínky, formální řešení, iterační řešení, Feautrierova metoda, metoda krátkých a dlouhých charakteristik, metoda nespojitých konečných prvků, metoda Monte Carlo. Rovnice přenosu záření v pohybujícím se prostředí - Lorentzova transformace, rovnice přenosu záření v soustavě spojené s pozorovatelem, s prostředím, Sobolevova aproximace.
Einsteinovy koeficienty, odvození Planckova zákona, přiblížení pomocí klasického oscilátoru + účinné průřezy + síly oscilátoru - gf, aplikace na vodík, Gauntův faktor. Opacita. Záporný vodíkový iont. Rozptyl na elektronech, Rayleighův rozptyl. Boltzmannova rovnice, Sahova rovnice, stavová rovnice. LTE a diskuse rovnováhy vůbec (excitace a deexcitace), srážky, fotoprocesy, ionizace a rekombinace, statistická rovnováha.
Modely atmosfér.
Příčiny rozšíření čar, Dopplerovo + srážkové rozšíření, Voigtova funkce, Holzmarkova teorie. Aplikace na vodík, vodíku podobné ionty a hélium. Milne-Eddingtonův model, okrajové ztemnění, gravitační ztemnění.
Fyzikální procesy u jednotlivých typů objektů
Fyzikální procesy v atmosférách hvězd: konvekce - konvektivní rovnováha, semi-convection, thermohaline convection; pulzace; segregace prvků - difuzní rovnice, gravitační difuze, zářivá difuze; hvězdný vítr - izotermický vítr, neizotermický vítr, koronální vítr (viz sluneční fyzika), vítr hnaný prachem, vítr hnaný čarami, vítr řízený Alfvénovými vlnami (viz sluneční fyzika).
Atmosféry planet a hnědých trpaslíků: terminologie astronomie vs. meteorologie, procesy v planetárních atmosférách, typy obřích planet, standardní model, numerické modely.
Atmosféry hvězd různých typů a vývojových stádií: hvězdy před hlavní posloupností, hvězdy hlavní posloupnosti, WR hvězdy, bílí trpaslíci, neutronové hvězdy, akreční disky, novy.
