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PCS 181
Dave Kirsh

Introduction to Astronomy ­ Light  ­ The universe ­ Galaxies ­ Nebulae ­ Stars ­ Death of stars ­ Extraterrestrial life ­ planets: mercury, venus, earth, mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune ­ dward planets: cores, pluto,  ­ moon: an object that orbits a planet o the moon – orbits earth o Ganymede – orbits Jupiter ­ asteroids and comets o small objects orbiting a star o they’re leftovers from planet birth o asteroids: rocky o comets: icy  have tails of vaporizing dust and gas Our address: ­ Toronto, Ontario Canada Planet earth The solar system The milky way galaxy The local group The universe Powerpoint 2 The scientific method 1. make observations 2. ask a question 3. suggest a hypothesis 4. make a prediction 5. perform a test: experiment or additional observation Hallmarks of science Natural causes: seeks explanations for observed phenomena that rely solely on natural  causes Simplicity of models: progresses through creation and testing of models of nature that  explain the observations as simply as possible Testable predictions: makes testable predictions about natural phenomena. If predictions  do not agree with observations, model must be revised or abandoned ­ if we want to understand how something works in detail we need to create a  scientific model ­ conceptual representations “mental pictures” of certain aspects of nature o ex: the solar system model figures you can buy in stores ­ occam’s razor: the simpler of the two is the one most likely to be true.  o Because simpler introduces the fewest assumptions and postulates the  fewest entities ­ All scientific publications have: o Procedure o Observations o Conclusions ­ Everyday meaning of theory is different than the scientific meaning o Everyday meaning of theory is “ I think…” in science, that is called  hypothesis o A scientific theory must:  Explain a wide variety of observations with a few simple principles  Must be supported by a large, compelling body of evidence  Must NOT have failed any crucial test of its validity  More like  amodel  Ex. Newton’s theory of gravity, theory of evolution o Science goal is to build a theory: a model that explains phenomena ­ Science vs pseudoscience same as astronomy vs astrology ­ Astronomy: science focused on learning about how stars, planets and other  celestial objects work ­ we learn about objects that are super far away by observing their light ­ light is a form of energy made of photons ­ when light passes through something, only the wavelength changes, not the  frequency ­ light behaves like a wave, therefore it has wavelength and frequency ­ when we see an object, we are actually seeing the reflected light o ex: when we see a red shirt, the shirt is absorbing all the colors of light  except for the red ­ light can act either like a wave or like  a particle ­ particles of light are called photons o particles are tiny bits of matter that make up everything in the universe o matter is the substance which everything that has mass is made  ­ light can travel in a vacuum o vacuum is space where there is no matter ­ electromagnetic waves have an electric field and magnetic field they travel at the  speed of light ­ shorter wavelength has higher frequency ­ longer wavelength has lower frequency ­ photons are packets of light ­ only one quality, if they have the same color, they have the same everything ­ we only see the visible portion of the electromagnetic spectrum ­ visible light is the part of the spectrum we see, it is a very very very tiny fraction  of the spectrum ­ from short wavelength to long wavelength o gamma rays o x­rays o ultra violet o visible light o infrared o radio waves ­ light can be o emitted o reflected o scattered o transmitted o absorbed ­ planck curve tells us about temperature ­ colder objects  o dimmer o higher wavelength o lower frequency o lower energy o emits most of their radiation at longer wavelengths hence they will appear  to be redder ­ hotter objects o brighter o smaller wavelength o higher frequency o higher energy o emits most of their radiation at shorter wavelengths hence they will appear  to be bluer ­ wien’s law tells us where the star’s brightness is at a maximum. What color the  object is brightest at. As surface temperature rises, the peak will shift towards the  bluer end of the spectrum powerpoint 3 ­ atomic number = number of protons ­ atomic mass number = number of protons + neutrons ­ a neutral atom has the same number of electrons as protons ­ light interacts with matter by playing with electron’s energy levels ­ electrons orbit the nucleus ­ wider orbits are higher energy ­ electrons can only have certain (quantized) energies ­ electrons must give up or take the exact amount of energy to move from one level  to another o absorb a photon of exactly that energy difference to go up o emit a photon of exactly that energy difference to go down ­ kirchhoff’s law o light from a hot object is a continuous spectrum  continuous spectrum is a spectrum that has no lines or bands o light removed by cool gas is an absorption spectrum  the electromagnetic spectrum, broken by a specific pattern of dark  lines or bands. The absorption pattern is unique and can be used to  identify the material ­ continuous spectrum: rainbow ­ absorption line spectrum: rainbow with black lines ­ emission line spectrum: black with rainbow lines ­ so basically when there is a continuum source it produces a continuous spectrum.  If that passes through a cloud of gas, it will either produce an absorption spectrum  or emission spectrum. Those added together gives you continuous spectrum Doppler effect ­ fire truck moving towards you has a higher pitch. When its moving away from  you it sounds duller ­ when moving towards you, waves are compressed o smaller wavelength o higher frequency o blue shifted o towards right side of spectrum ­ when moving away from you, waves are stretched o higher wavelength o lower frequency o redshifted o towards left side of spectrum ­ in a spectrum, the spectral lines, emission or absoption will shift towards higher  or lower wavelength ­ amount of shift tells us the velocity the limitation of Doppler shifts is: ­ we can only measure the part of the velocity directly away from us o radial ­ we can’t measure the part of the velocity across the sky o tangential ­ using the Doppler effect we can understand the shifting of the star ­ we can also look at the shape of the lines to study the star’s rotation o when it’s rotating faster, the intensity, wavelength graph will be a lot  mores spread which gives you  a broader line powerpoint 4 SCALES Shrink by a factor of 50 million ­ earth is basketball ­ moon is a tennis ball ­ sun is basketball court Shrink by 10 billion ­ the sun is my head ­ the earth is the tip of ball point pen ­ Jupiter is a blueberry Shrink even more ­ if the sun is a blood cell ­ nearest other store is halfway across the school ­ the whole milky way is the earth ­ therefore universe is huge ­ need to use light year o sun is only 8.3 light minutes away ­ parsec is even bigger o 1 parsec is 3.26 light years ­ the milky way galaxy is 100,000 light years across ­ 1000 light years in height ­ nearest galaxy to us is Andromeda, eventually we will collide Hubble’s law ­ hubble noticed that all faraway galaxies look redshifted, they  all look like they’re  moving away from us o the more distant the galaxy, the faster it moves away from us ­ linear relationship: galaxy twice as far moves twice as fast ­ hubbles law only true on average ­ we are not the centre of the universe ­ it only seems that way because of the cosmological principle o cosmological principle: viewed on a sufficiently large scale, the properties  of the universe are the same for all observers the cosmological principle 1. isotropic: it looks the same in all directions 2. homogeneous: matter  is approximately evenly and uniformly distributed. Every  region is the same as every other region 3. universal: the laws of physics are the same everywhere universal expansion­ can be compared to raisin bread ­ space has no edge, no centre, but it is expanding o imagine plastic dots on  a ballon ­ when we are looking at something, we are actually seeing it from billions of years  ago, and it must have moved since then, so it is no longer where we are seeing it,  or what we are seeing it as ­ we can see as far back as the big bang THE BIG BANG ­ every spot in space was born in big bang ­ every spot in space was and is filled with CMB radi
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