|
|
| Pořadí | Název předmětu |
| Tématický okruh 1 (TO1) z nabídky 1 | |
| 1 | Společné požadavky |
| Tématický okruh 2 (TO2) z nabídky 1 | |
| 1 | Nebeská mechanika a fyzika těles sluneční soustavy |
| 2 | Galaktická a extragalaktická astronomie |
| 3 | Sluneční fyzika a hvězdné atmosféry |
| 4 | Relativistická fyzika a kosmologie |
|
||
|
Poslední úprava: Mgr. Dina Novotná Obeidová (26.08.2021)
Požadavky k~ústní části státní závěrečné zkoušky
A. Společné požadavky
1. Astronomie a~astronomická pozorování
Astrometrie a~poziční astronomie: Souřadnicové systémy a~jejich transformace. Pohyb pozorovatele a~zdroje záření, aberace, Dopplerův jev. Vliv atmosféry na pozorování, refrakce, extinkce. Paralaxa. Precese, nutace. Vlastní pohyby hvězd. Metody určování souřadnic. Čas a~jeho měření. Efemeridová astronomie a~astrodynamika: Problém dvou těles, elementy dráhy, eliptické rozvoje, výpočet efemeridy. Určování drah těles sluneční soustavy a~dvojhvězd. Zatmění a~zákryty. Omezený problém tří těles --- kruhový a~eliptický. Jacobiho integrál. Tisserandovo kritérium a~parametr. Hillovy plochy nulové rychlosti. Hillova úloha. Sluneční soustava: Popis pohybu Měsíce. Planetky, satelity planet, komety. Meziplanetární plyn a~magnetické pole, prach a~drobná pevná tělíska, vliv záření na jejich pohyb. Meteority. Metody datování. Charakteristické procesy ve vývoji terestrických a~obřích planet. Představy o~tvorbě planetárních soustav. Základní charakteristiky exoplanetárních soustav. Přístroje a~metody pozorování: Optické systémy, jejich vady, metody navrhování. Dalekohledy. Zpracování snímků fotografických, CCD. Fotometrie. Interferometrie. Instrumenty družicových observatoří. Spektrografy, spektroskopie. Radioastronomie, detekce gravitačních vln a~neutrin. Základy spektroskopie: Spojité a~čárové spektrum. Stavba atomu vodíku, hélia a~těžších prvků. Vlivy určující profily spektrálních čar. Zeemanův jev. Metastabilní hladiny, zakázané čáry, masery. Termodynamická rovnováha --- lokální LTE, non-LTE, Boltzmannova a~Sahova rovnice, rovnice statistické rovnováhy. Rovnice přenosu záření. Modelování hvězdných atmosfér, šedá atmosféra. Redistribuce. Stelární astronomie: Fotometrické systémy, magnitudy. Určování hmotností kosmických objektů, dynamická paralaxa, funkce hmotnosti. Určování rozměrů hvězd, efektivní teplota, úhlové průměry. Teploty hvězd, spektrální klasifikace. Hertzsprungův-Russellův diagram (HRD). Vztah hmotnost--zářivý výkon. Dvojhvězdy: Fotometrie a~spektroskopie dvojhvězd, určování elementů. Zvláštnosti vývoje těsných dvojhvězd. Kataklyzmické proměnné. Vícenásobné systémy.
2. Astrofyzika, hvězdy, galaxie
Astrofyzikální procesy: Záření urychleného náboje; brzdné záření. Opacita Thompsonova rozptylu; opacita rozptylu na volných elektronech v~poli iontů. Liouvilleův teorém a~zachování intenzity podél paprsku. Momenty Boltzmannovy rovnice pro fotony --- rovnice přenosu záření. Synchrotronové záření. Comptonův rozptyl; inverzní Comptonův rozptyl. Sunyaevův-Zel'dovičův jev. Základní model pulzaru --- vyrovnaný rotátor. Částice a~tekutiny v~astrofyzice --- základní dynamické rovnice. Sféricky symetrická, ustálená akrece. Hvězda letící mlhovinou --- Bondiho akrece. Disková akrece --- model tenkého disku. Fyzika plazmatu: Základy statistické fyziky. Rozdělovací funkce, Liouvilleův teorém, Liouvilleova rovnice. Boltzmannova rovnice a~její momenty. Termodynamická rovnováha. Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení. Sahova rovnice. Definice plazmatu, teplota, kolektivní chování, kvazineutralita. Debyeova délka. Pohyb nabité testovací částice v~magnetických a~elektrických polích, Larmorova frekvence a~poloměr, drifty. Magnetická zrcadla. Magnetický moment. Radiační pásy. Základy magnetohydrodynamiky. Dvoutekutinový a~jednotekutinový model plazmatu. Vlny v~plazmatu. Alfvénova rychlost. Difúze a~odpor v~plazmatu. Ambipolární difúze. Specifický odpor plazmatu. Stabilita plazmatu. Hydromagnetická rovnováha. Parametr beta. Difúze magnetického pole do plazmatu. Plazmové nestability. Landauův útlum. Vnitřní stavba hvězd: Jaderné reakce ve hvězdách, stavová rovnice hvězdné látky, opacita. Základní rovnice vnitřní stavby, počáteční a~okrajové podmínky, numerické řešení. Vývoj osamocených hvězd, stopy a~izochrony na HR diagramu, fáze vývoje. Způsoby srovnání s~pozorováním; polytropy, Laneova-Emdenova rovnice. Hvězdný vítr, rotace hvězd, vývoj dvojhvězd, Rocheův model. Pulzace, asteroseismologie; protohvězdy, supernovy, příčiny proměnnosti hvězd. Sluneční fyzika: Globální parametry Slunce, jeho vývoj. Konvekce, teorie směšovací délky. Lineární adiabatické oscilace nerotujícího Slunce ve sférické geometrii. Globální a~lokální helioseismologie, přímé a~inverzní úlohy. Rotace Slunce, von Zeipelův paradox, velkorozměrový systém proudění v~konvektivní zóně. Sluneční magnetismus, cyklus, dynamo. Sluneční skvrny. Protuberance a~erupce. Atmosféra Slunce, koróna, ohřev koróny. Sluneční vítr. Kosmické počasí. Mezihvězdná látka: Rozložení prachu a~plynu v~Galaxii, typy útvarů mezihvězdné látky, metody pozorování. Atomy a~molekuly v~mezihvězdném prostoru --- spektra, chemické reakce. Oblasti ionizovaného vodíku (HII) a~jejich fyzika. Prachová zrna, fyzikální vlastnosti a~optické projevy ---- extinkce, polarizace. Magnetická pole v~Galaxii, Faradayova rotace. Dynamika mezihvězdné látky. Vícesložkový model mezihvězdného plynu, role supernov, fyzika rázových vln. Funkce ohřevu a~ochlazování. Stabilita oblaků mezihvězdné látky, Jeansovo kritérium, fragmentace, tvoření hvězd, turbulence. Věta o~viriálu. Čára 1420 MHz, rozložení a~rychlosti vodíku HI. Hmotnost galaxií a~skrytá hmota. Molekulární vodík, molekuly CO, molekulární oblaka, anomálie v~rozdělení HI. Galaktická astronomie: Stavba galaxie, hvězdné populace. Rotační křivky galaxií. Oortovy konstanty, elipsoid rychlostí. Pohyb v~epicyklu, pohyb kolmo na disk. Dynamická hustota. Boltzmannova rovnice. Jeansovy teorémy. Relaxační čas hvězdných soustav. Jeansovy rovnice. Teorém o~viriálu. Dvojice potenciál hustota. Modely galaxií, klasifikace galaxií. Určování vzdáleností, rozložení galaxií ve vesmíru. Relativistická fyzika, astrofyzika a~kosmologie: Prostoročas, čtyřrozměrný formalismus. Paralelní přenos a~rovnice geodetiky, kovariatní derivace. Posun frekvence v~gravitačním poli. Křivost prostoročasu. Tenzor energie a~hybnosti. Einsteinovy rovnice gravitačního pole. Schwarzschildovo a~Kerrovo řešení Einsteinových rovnic. Gravitační kolaps a~černé díry. Relativistické modely hvězd. Separace sil krátkého a~dlouhého dosahu. Rovnice pro hmotu a~pro gravitační potenciál; TOV rovnice. Bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a~Chandrasekharova mez. Stavové rovnice pro chladnou hmotu a~jejich integrace. Linearizovaná teorie gravitace a~rovinné gravitační vlny. Homogenní a~izotropní kosmologické modely. Hubbleův zákon, funkce expanze, decelerační parametr. Role látky a~záření, kosmologická konstanta.
B. Užší zaměření
Student si volí jeden z~následujících čtyř tematických okruhů.
1. Nebeská mechanika a~fyzika těles sluneční soustavy
Nebeská mechanika: Základy teorie poruch. Lagrangeova a~Gaussova forma rovnic poruchového počtu. Nesingulární proměnné. Sekulární a~periodické členy aproximativního řešení rovnic poruchového počtu. Rozvoj gravitačního pole kosmických těles do multipólní řady, zonální, teserální a~sektorální členy, Stokesovy koeficienty. Sekulární změny dráhy družice vlivem J<_>2 a~J<_>3 potenciálů. Relativní a~Jacobiho souřadnice problému N-těles. Kozaiova úloha, sekulární řešení. Lagrangeova-Laplaceova sekulární teorie pohybu planet, fundamentální frekvence systému, sekulární pohyb asteroidu v~gravitačním poli planet, sekulární rezonance. Fyzika těles sluneční soustavy: Protoplanetární disk, akrece, planetesimály a~embrya, migrace planet. Měsíce a~slapy, planetky a~jejich rodiny, modely srážek. Komety, dynamika prachu, klasifikace meteoritů, radiometrie.
2. Galaktická a~extragalaktická astronomie
Morfologie galaxií, příčky a~prstence. Chemický vývoj galaxií. Klasifikace dle Hubblea a~de Vaucouleurse. Epicyklická aproximace. Dynamika v~poli příčky. Lindbladovy rezonance, výměna momentu hybnosti na Lindbladových rezonancích a~korotaci. Jeansova gravitační nestabilita. Nestability v~rotujících systémech. Nestability ve dvourozměrných systémech --- Toomreho kritérium. Teorie Lina a~Shu. Relaxační čas. Dynamické tření. Věta o~viriálu. Gravotermální katastrofa. Jeansův teorém. Polytropické modely hvězdokup (Plummerova sféra, izotermální sféra). Fokkerova-Planckova aproximace. Rosenbluthovy potenciály. Relaxační procesy v~systémech s~dominantní černou dírou --- Bahcalovo-Wolfovo rozdělení. Rezonanční relaxace. Aktivní galaktická jádra --- observační přehled. Standardní model AGN. Vertikálně průměrovaná řešení akrečních disků (slim disky). S-diagram. Viskózní a~termální stabilita akrečních disků.
3. Sluneční fyzika a~hvězdné atmosféry
Struktury magnetického pole. Extrapolace magnetických polí. Rekonexe magnetických polí. Emisní procesy v~plazmatu. Kvazilineární teorie. Urychlování částic. Svazky částic a~jejich nestability. Numerické MHD a~částicové kódy. Sluneční rádiová vzplanutí. Sluneční erupce a~výrony koronální hmoty. Opacita, emisivita, rozptyl záření, rovnice přenosu záření, zdrojová funkce. Zářivé a~srážkové přechody v~čarách a~kontinuích. TE a~LTE, non-LTE problém pro dvouhladinový model atomu. Vícehladinový atom s~kontinuem, rovnice statistické rovnováhy. Metody řešení non-LTE problému (kompletní linearizace, ALI metody). Modelování hvězdných atmosfér, specifické modely (sluneční atmosféra, sférické modely hvězd, vícerozměrný přenos záření). Základy zářivé (magneto)-hydrodynamiky, časově-závislá excitace a~ionizace. Fyzikální podmínky konkrétních typů hvězd, planet a~akrečních disků a~jejich zahrnutí do modelů.
4. Relativistická fyzika a~kosmologie
Naivní kosmologické modely (Bruno, Galilei, Newton, Halley,...). Homogenita a~izotropie rozložení extragalaktických objektů, vzdálenosti a~časové škály ve vesmíru. Olbersův paradox. Rudý posuv a~Hubbleův vztah. Homogenita a~izotropie; Killingovy vektory, maximálně symetrické variety a~podvariety. Ricciho tenzor, Ricciho skalár. Minkowského, de Sitterova a~anti-de Sitterova metrika. Metrika steady-state modelu. Friedmannova metrika. Kosmologický princip. Konformní čas. Einsteinovy rovnice bez přítomnosti tlaku a~s~tlakem, kritická hustota. Kosmologická konstanta. Decelerační parametr. Reliktní záření. Zastoupení helia ve vesmíru. Zrychleně expandující vesmír. Zákony zachování v~obecné teorii relativity. 3+1 rozštěpení a~počáteční problém v~obecné teorii relativity, lagrangeovský a~hamiltonovský formalismus. |