De Zon en Licht Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl

Overzicht Licht als een electromagnetische golf De Zon van buiten.

Licht is een golf Licht is een transversale golf Licht draagt energie Licht is een electromagnetische golf Licht gedraagt zich ook als deeltje….

Vier honderd jaar geleden.. anno 1677-1692 Christiaan Huygens (1629-1695) ‘Licht is een golfverschijnsel’

Licht is een golf De golflengte (=‘kleur’): afstand tussen pieken De amplitude (=‘helderheid’): hoogte v/d pieken De polarisatie (=‘trilrichting’): richting v/d pieken

Het Principe van Huygens Licht plant zich sferisch symmetrisch voort.

Verklaart veel: Breking van licht:

Weerkaatsing Weerkaatsing van licht:

De invloed van Huygens Het slingeruurwerk De beste lenzen van zijn tijd Ontdekking van Titan

‘Licht bestaat uit deeltjes’ Licht: anno 1704 Sir Isaac Newton (1642 – 1727) ‘Licht bestaat uit deeltjes’

Newtons ‘deeltjes’-licht Licht beweegt in rechte banen Kleuren zijn eigenschappen van de lichtdeeltjes.

De invloed van Newton… Calculus Theorie van de zwaartekracht Methode van onderzoek

Huygens versus Newton Newton’s deeltjes theorie voerde 100 jaar lang de boventoon tot … Thomas Young (1773-1829) Augustin Fresnel (1788-1827)

De spleten van Young Interferentiepatroon aan spleten: Conclusie: Licht is een golf

Polarisatie Conclusie: Licht is een golf

Electromagnetisme van Maxwell Electriciteit en magnetisme zijn hetzelfde. Licht is een electromagnetische golf. James Clark Maxwell (1831-1879) Conclusie: Golf? Ja.

GAME OVER!!!!!!!! Huygens – Newton: 1 - 0 ?? Of toch niet….? Slechts twee overgebleven problemen "Beauty and clearness of theory... Overshadowed by two clouds...“ (Kelvin, 1900) De ether De zwarte straler / foto-electrisch effect…

Nagel 1: De Ether Voor voortplanting van golven is een medium nodig: bijvoorbeeld water Of lucht voor geluid

De ether Licht plant zich voort door de ether: een substantie die alle ruimte vulde. Is die ether te meten? Aristoteles (384-322 v Chr.)

De Michelson-Morley interferometer Albert Michelson (1852-1931) Conclusie: Golf? Ja. Ether? Nee Edward Morley (1838-1923)

De Michelson-Morley interferometer Niet bestaan van ether komt als schok. Lorentz probeert het nog te redden met de Lorentz contractie. Lorentz (1853-1928)

Weg met de ether! Einstein laat in Speciale Relativiteits theorie zien dat ether helemaal niet nodig is. Licht plant zich ook in vacuum voort.

Nagel 2a: De zwarte straler In klassieke theorie zou een heet object oneindig veel straling moeten gaan uitstralen bij korte golflengten.

Nagel 2b: Het foto electrisch effect Sommige materialen gaan stroom geleiden als er licht op valt. Dit hangt echter af van de golflengte van het licht en het soort materiaal

Oeps…!!! Niet te verklaren met de golfnatuur van licht. Enter: Max Planck (1858 – 1947) Rekent uit in 1900 dat zwarte straler mogelijk is als de emissie en absorptie van straling gekwantiseerd is.

De Zwarte Straler E = h ν , h = constante van Planck

Max Planck ‘Geen probleem als energie gekwantiseerd is’ Geboorte van de quantum-mechanica

Isaac lives! Albert Einstein (1905) Emissie en absorptie is gekwantiseerd (Planck) Maar wat wordt uitgezonden is licht. Is licht gekwantiseerd? Wel als licht een deeltje is… Isaac lives!

Fotoelectrisch effect verklaart Hiermee is meteen foto-electrisch effect verklaart. Foton moet genoeg energie hebben! Nobelprijs 1921

Zeer fundamentele gevolgen!!! Het werkelijke begin van de quantummechanica! Als golven deeltjes zijn, zijn deeltjes dan ook golven? (de Broglie, 1923) Als fotonen gekwantiseerd zijn, is het atoom dan ook gekwantiseerd? (Bohr, 1913)

Het atoom-model van Bohr Niels Bohr (1885-1962) Electronen zitten als schillen rond kern

De geboorte van de astrofysica Kwantitatieve sterrenkunde. Niet alleen het benoemen van de sterren (astronomie), maar het afleiden van de natuurkunde van sterren (astrofysica).

Spectra van sterren

Spectraallijnen: chemische samenstelling van sterren!

Spectrum van de Zon

Electromagnetisch spectrum

Ruimte waarnemingen

De Zon R = 695 000 km M = 1.9 x 1030 kg

Wat zien we? We zien de gaslaag waar onze gezichtslijn ophoudt: de fotosfeer

Laag met gas van 5800 K Temperatuur neemt van binnen naar buiten af.

Wet van Wien Plek van piek hangt af van temperatuur: λpiek T = 3•106

Blauw=heet, rood=koel

De fotosfeer

Rotatie van de Zon Zon draait in 27 dagen rond

Zonnevlekken

Koelere gebieden door B-veld

Magneetveld op 11 jarige cyclus

Magneetveld vd Zon

Zonnevlekken → Protuberansen

Zonnevlekken → Protuberansen

Protuberansen

Chromosfeer en Corona Door energie van magneetveld reconnectie wordt de buitenste atmosfeer verhit

Chromosfeer

Chromosfeer

Chromosfeer

De Corona

De Corona

De Corona

Zonsverduistering