Fisika luar angkasa — hanya fisika (4.8)

Bintang lahir, terbakar, dan mati; galaksi menjauh satu sama lain; dan cahaya yang mereka kirim membawa kabar. Referensi ini mencakup AQA GCSE Physics 8463, topik 4.8 Fisika luar angkasa.

Bagaimana ujian memperlakukan topik ini:

• Seluruh topik hanya untuk fisika, berada di Kertas 2.
• Tiga pernyataan gerakan orbit adalah HT saja (orbit melingkar, perubahan kecepatan pada kecepatan konstan, perubahan radius orbit stabil).
• Fakta harus tepat: urutan siklus kehidupan, kisah fusi elemen, dan rantai pergeseran merah.

Sistem tata surya: satu bintang (Matahari), delapan planet, planet kerdil yang mengorbit Matahari, dan satelit alami (bulan) yang mengorbit planet. Sistem tata surya kita adalah bagian kecil dari galaksi Bumi Suci.

Pembentukan Matahari: sebuah awan debu dan gas (sebuah nebula) ditarik bersama oleh tarikan gravitasi. Saat runtuh:

1. inti padat memanas hingga fusi dimulai — sebuah bintang menyala;
2. tekanan keluar dari fusi menyeimbangkan tarikan masuk gravitasi — sebuah keseimbangan yang berlangsung selama masa urutan utama bintang.

Siklus kehidupan ditentukan oleh ukuran bintang.

Bintang seukuran Matahari: nebula → protobintang → urutan utama (fusi hidrogen; keseimbangan) → raksasa merah (hidrogen habis; helium dan unsur lebih berat berfusi; bintang membengkak) → bintang kerdil putih (fusi berhenti; inti mengecil dan mendingin) → akhirnya menjadi bintang kerdil hitam.

Bintang masif (jauh lebih masif daripada Matahari): nebula → protobintang → urutan utama → supergiant merah → supernova (ledakan) → bintang neutron, atau — bagi yang paling masif — lubang hitam.

Asal-usul unsur (urutan favorit):

• Fusi di dalam bintang menghasilkan unsur hingga besi.
• Unsur lebih berat dari besi terbentuk dalam supernova.
• Supernova menyebarkan unsur-unsur tersebut ke seluruh alam semesta — bahan pembentuk planet dan manusia.

Gravitasi menyediakan gaya sentripetal yang menjaga planet dan satelit tetap dalam orbit melingkar.

• Planet: mengorbit Matahari. Bulan: satelit alami yang mengorbit planet. Satelit buatan: dibuat oleh kita, mengorbit Bumi. Semua dijaga oleh gravitasi, dan dibedakan hanya oleh apa yang mereka orbitkan dan siapa yang membuatnya.
• (HT) Orbit melingkar memiliki kecepatan yang berubah tetapi laju yang tetap — kecepatan adalah vektor, dan arahnya terus berubah; gaya gravitasi bekerja tegak lurus terhadap gerakan, mengubah arah tetapi tidak mengubah laju.
• (HT) Untuk orbit stabil pada kecepatan berbeda, jari-jari harus berubah: bergerak lebih cepat maka orbit harus lebih kecil (atau bintang menarik Anda keluar jalur); bergerak lebih lambat maka harus lebih besar.

Cahaya dari galaksi paling jauh menunjukkan peningkatan panjang gelombang — pergeseran ke arah ujung merah: pergeseran merah.

• Semakin jauh galaksinya, semakin cepat ia menjauh dan semakin besar pergeseran merahnya.
• Pergeseran merah berarti alam semesta sedang mengembang. Jika diputar mundur, semua benda pernah berada di daerah yang sangat kecil, sangat panas, dan sangat padat — Big Bang.

Rantai yang diakui: pengamatan pergeseran merah → galaksi menjauh → semakin jauh = semakin cepat → ruang itu sendiri mengembang → Big Bang. Dan poin metode ilmiah: observasi (survei pergeseran merah, dan sejak 1998 supernova yang menunjukkan galaksi menjauh semakin cepat) adalah bukti tempat teori dibangun; banyak hal yang belum diketahui, mis. materi gelap dan energi gelap.

• Sebutkan isi tata surya dan pembentukan Matahari dari nebula oleh gravitasi.
• Gambar atau urutkan kedua siklus kehidupan; nyatakan di mana setiap unsur terbentuk.
• Jelaskan orbit dengan gravitasi; (HT) jelaskan perubahan kecepatan pada kecepatan konstan dan perubahan radius untuk orbit stabil.
• Nyatakan rantai pergeseran merah dan kesimpulannya tentang Big Bang, observasi supernova 1998, dan satu ketidaktahuan terbuka.