Astrofysiikan peruskurssi

Last modified by phjohans@helsinki_fi on 2024/01/26 07:24
astperus.jpg
Perustietoa kurssista

FYS 2046 Astrofysiikan peruskurssi I: Kurssin laajuus 5 op, luennoidaan keväällä 2022 periodissa III (17.1-4.3)
Keväällä 2022 kurssi järjestetään kokonaan etäopetuksena. Luennot ja Laskutilaisuudet Zoomissa. Laskutehtävät palautetaan Moodlessa. 

Luennoitsija: Prof. Peter Johansson (Huone D311)
Laskuharjoitusassistentit: FM Matias Mannerkoski (Huone D315)

Luennot maanantaisin ja tiistaisin klo 10.15-12.00 Zoomissa. Linkki lähetetään Sisun kautta ja se löytyy myös kurssin Moodle-sivulta.
Linkki Moodle-sivulle kurssin virallisen kotisivun kautta:
https://studies.helsinki.fi/opintotarjonta/cur/hy-opt-cur-2122-99b5470d-6fe1-4e46-88cb-9383314e82cc

Laskupaja viikoittain perjantaisin klo. 10.15-12.00 Zoomissa (2 tuntia viikossa). Laskupajan Zoom-linkki löytyy myös kurssin Moodle-sivulta (eri linkki kuin luennoilla).

Tehtävät löytyvät kurssin kotisivulta ja Moodlesta ja tehtävät tulee palauttaa laskupajaa seuraavana keskiviikkona klo 12.15 mennessä Moodleen.
Tehtävien mallivastaukset ladattavissa Moodlesta torstaisin kello 13 jälkeen. Perinteistä palautussessiota ei kursseilla järjestetä.
Pisteytetyt tehtävät löytyy Moodlesta.

Luentomonisteet pdf-muodossa:

  • Johdantoluento Astrofysiikan peruskurssi I:astrofys1_johdanto_luento.pdf
  • Johdantoluento Astrofysiikan peruskurssi II:
  • Teoreettisen astrofysiikan peruskurssi moniste, T. Liljeström, 1984, 241 sivua:  TAP_moniste.pdfTAP_moniste.pdf
  • Tähtienvälisen aineen fysiikkaa moniste, K. Mattila & M. Juvela, 2000, 46 sivua:ISM_moniste.pdf
  • Errata päivittyy tähän kurssin edetessä:Errata_TAP_ISM.pdf

Astrofysiikan peruskurssi I: FYS 2046

Kurssit suoritetaan loppukokeella:

Loppukoe alustavasti ti 08.03.2022 klo. 9-13 salissa E204, Physicum.  Koealue: TAP moniste sivut 1-3, 48-144 ja Laskuharjoitukset 1-6

  • Yhteensä 28 tuntia luentoja.
  • Laskuharjoituksia joka viikko yhteensä 6 kertaa, 1/3 minimisuoritus, ylittävästä määrästä plus-pisteitä.
  • Kurssi seuraa monisteita: T. Liljeström: Teoreettisen astrofysiikan peruskurssi  (TAP)
  • Lisäksi sopivia oppikirjoja ovat: 
  1. E. Böhm-Vitense: Introduction to Stellar Astrophysics, Vol. 2. Stellar Atmospheres, Cambridge Univ. Press 1989 (BV)
  2. E. Novotny: Introduction to Stellar Atmosphereres and interiors, Oxford Univ. Press 1973
  3. R. Kippenhahn, A. Weigert, A. Weiss,  ”Stellar structure and Evolution” , Springer-Verlag 2012 (RWW)
  4. T. Padmanabhan: Theoretical astrophysics I, Cambridge Univ. Press 2000
  5. H. Scheffler, H. Elsässer: Physics of the Galaxy and Interstellar matter, Springer-Verlag 1988 (SE)


Kurssin alustava aikataulu:

  • 1. Luentoviikko: 17.1-21.1 4 luentoa + laskupaja 1.
    Lyhyt johdatus astrofysiikan historiaan
    Säteilyn perusmääritelmät
    Mustan kappaleen säteily
    TAP: sivut 1-3, 48-64
  • 2. Luentoviikko: 24.1-28.1  4 luentoa + laskupaja 2.
    Säteilyn emissio- ja absorptiokerroin
    Säteilypaine
    Säteilynkuljetuksen perusteet ja säteilynkuljetusyhtälö
    Lähdefunktio
    Säteilytasapaino
    Säteilynkuljetusyhtälön määräämä intensiteettilauseke
    TAP: sivut 64-80
  • 3. Luentoviikko: 31.1-4.2  4 luentoa + laskupaja 3.
    Emissio- ja absorptioviivojen synty
    Säteilynkuljetusyhtälön ratkaisumenetelmiä: Eddington-Barbier menetelmä
    Eddingtonin approksimaatio
    Auringon reunatummuminen
    BV: sivut 26-38, TAP: sivut 80-92
  • 4. Luentoviikko: 7.2-11.2  4 luentoa + laskupaja 4. 
    Schuster-Schwarzschildin menetelmä
    Chandrasekharin menetelmä
    Kaasumaisen tilan fysiikkaa tähtien atmosfäärissä
    Maxwellin nopeusjakautuma
    TAP: sivut 93-110
  • 5. Luentoviikko: 14.2-18.2  4 luentoa + laskupaja 5.
    Boltzmannin hiukkasjakautuma potentiaalikentässä
    Boltzmannin laki atomien viritystilojen miehityksille
    Ionisaatioyhtälö (Sahan yhtälö) johto ja soveltaminen
    TAP: sivut 111-123, RWW 127-130
  • 6. Luentoviikko: 21.2-25.2   4 luentoa + laskupaja 6.
    Ionisaatioyhtälön verifiointi
    Termodynaaminen tasapaino
    Tähtien atmosfäärimallien laskeminen
    TAP: sivut 124-136
    7. Luentoviikko: 28.2-4.3   4 luentoa + kertauslaskupaja
    Tähtien atmosfäärimallien laskeminen jatkuu
    Varhaisen spektriluokan tähden atmosfäärimalli
    Kertaus- ja kyselyluento
    TAP: sivut 137-145

  • Loppukoe alustavasti ti 08.03.2022 klo. 9-13 salissa E204, Physicum.  Koealue: TAP moniste sivut 1-3, 48-144 ja Laskuharjoitukset 1-6


Laskuharjoitukset:

Astrofysiikan peruskurssi I

  • Laskuharjoitus 1:   Laskupaja pe 21.1. kello 10.15.    Palautus Moodlessa ke 26.1. kello 23.59 mennessä.  
  • Laskuharjoitus 2:   Laskupaja pe 28.1. kello 10.15.    Palautus Moodlessa ke 2.2. kello 23.59 mennessä.    
  • Laskuharjoitus 3:   Laskupaja pe  4.2. kello 10.15.     Palautus Moodlessa ke  9.2.  kello 23.59 mennessä.          
  • Laskuharjoitus 4:   Laskupaja pe  11.2. kello 10.15.    Palautus Moodlessa ke 16.2. kello 23.59 mennessä.        
  • Laskuharjoitus 5:   Laskupaja pe 18.2. kello 10.15.    Palautus Moodlessa ke 23.2. kello 23.59 mennessä.        
  • Laskuharjoitus 6:   Laskupaja pe 25.2. kello 10.15.    Palautus Moodlessa ke 2.3. kello 23.59 mennessä.          

  • Kertauslaskupaja:  Laskupaja pe 4.3.   kello  10.15.

           Laskupajat perjantaisin kello 10.15. etäopetuksena Zoomissa. Zoom-linkki löytyy Moodlesta.
           Pisteet ja (suuntaa antavat) mallit saatavilla palautuksen jälkeisenä päivänä Moodlessa


Kaavakokoelma loppukokeita varten:

Kurssin tulokset:





Astrofysiikan peruskurssi II: FYS 2047

Luennot maanantaisin klo. 10.15-12.00 D106 Physicum ja keskiviikkoisin klo. 14.15-16.00 A121 Chemicum (yhteensä 4 tuntia viikossa).
Laskupaja viikoittain perjantaisin klo. 12.15-14.00, D106 Physicum (2 tuntia viikossa).
Poikkeustilanne: Kurssin lähiopetus on keskeytetty 18.03.2020 lähtien. Kaikki opetus järjestetään etänä käyttäen
videoviestintäpalvelua Zoomia ja Moodlea.

Loppukoe ti 05.05.2020 klo 10.00-14.30. Järjestetään etätenttinä Moodlessa.
Alustava Koealue: TAP moniste sivut 145-221 (Ei yksityiskohtia sivut 168-170, 199-201, 219-221), ISM moniste sivut 1-46 ja Laskuharjoitukset 1-6

  • Yhteensä 28 tuntia luentoja.
  • Laskuharjoituksia joka viikko yhteensä 6 kertaa, 1/3 minimisuoritus, ylittävästä määrästä plus-pisteitä.
  • Kurssi seuraa monisteita: T. Liljeström: Teoreettisen astrofysiikan peruskurssi  (TAP) K. Mattila ja M. Juvela: Tähtienvälisen aineen fysiikkaa (ISM)
  • Lisäksi sopivia oppikirjoja ovat: 
  1. E. Böhm-Vitense: Introduction to Stellar Astrophysics, Vol. 2. Stellar Atmospheres, Cambridge Univ. Press 1989 (BV)
  2. E. Novotny: Introduction to Stellar Atmosphereres and interiors, Oxford Univ. Press 1973
  3. T. Padmanabhan: Theoretical astrophysics I, Cambridge Univ. Press 2000
  4. H. Scheffler, H. Elsässer: Physics of the Galaxy and Interstellar matter, Springer-Verlag 1988 (SE)

  • 1. Luentoviikko: 9.3-13.3    4 luentoa + laskupaja 1.
    Yhteenveto ekstinktioprosesseista
    Klassisen dipolin absorptio
    Dipolin säteilyteho
    Klassisen oskillaattorin absorptiokerroin
    TAP: sivut 145-157

  • 2. Luentoviikko: 16.3-20.3    4 luentoa + laskupaja 2.
    Säteilyn sirottuminen klassisesta oskillaattorista
    Thomsonin sironta
    Rayleighin sironta
    Valon sirottuminen pölyhiukkasista (pääpiirteet)
    Kontinuumiabsorption päätekijät
    Atomin ionisoituminen
    TAP: sivut 158-174 (sivut 168-170 ylikurssia)

  • 3. Luentoviikko: 23.3-27.3   4 luentoa + laskupaja 3.
    Vedyn bound-free absorptiokerroin
    Vedyn free-free absorptiokerroin
    Negatiivisen vetyionin kontinuumiabsorptio
    Muiden alkuaineiden kontinuumiabsorptio
    Keskimääräinen absorptiokerroin
    TAP: sivut 175-191

  • 4. Luentoviikko: 30.3-3.4    4 luentoa + laskupaja 4. 
    Sidoselektronien siirtymätodennäköisyydet
    Einsteinin todennäköisyyskertoimet
    Säteilyvaimennuksen kvanttimekaaninen lauseke
    Spektriviivaprofiilin luonnollinen leveneminen
    Atomien liikkeiden aiheuttamat spektriviivan levenemiset
    Atomien törmäyksistä aiheutuva spektriviivan leveneminen
    Yhdistetyn spektriviivan laskeminen
    Spektriviivojen voimakkuudet
    TAP: sivut 192-214 (sivut 199-201 ei yksityiskohtia)

  • 5. Luentoviikko: 6.4-17.4    4 luentoa + laskupaja 5.
    Spektriviivan kasvukäyrä
    Teoreettisen spektriviivaprofiilin laskeminen
    Tähtienvälisen aineen fysiikkaa
    Vedyn ionisaatio ja rekombinaatio
    HII-alueet
    TAP: sivut 215-221, (sivut 219-221 ei yksityiskohtia) ISM: sivut 1-11, vastaa sivuja 269-275 H. Scheffler & H. Elsässer oppikirjassa

  • 6. Luentoviikko: 20.4-24.4   4 luentoa + laskupaja 6.
    Ionisaatioasteen muutos säteen funktiona
    Tähtienvälisen materian emissio- ja absorptiomekanismit.
    Säteilynkuljetusyhtälö tähtienvälisessä aineessa
    Spektriviivaemissio ja -absorptio tähtienvälisissä olosuhteissa
    Statistinen tasapaino
    ISM sivut 12-16, ISM sivut 22-36 vastaa sivuja 275-277 ja 241-252 H. Scheffler, H. Elsässer oppikirjassa

  • 7. Luentoviikko: 27.4-1.5    4 luentoa + kertauslaskupaja 
    Virittyminen tähtienvälisissä olosuhteissa
    Sovellutuksia radiotaajuusalueen siirtymistä
    21 cm viivan synty ja ominaisuudet
    21 cm viivan emissio, absorptio ja havainnot
    ISM sivut 37-45, vastaa sivuja 252- 255, sivuja 174-177, sekä sivuja 344-347 H. Scheffler, H. Elsässer oppikirjassa

  • Loppukoe ti 05.05.2020 klo 10.00-14.30. Järjestetään etätenttinä Moodlessa. Koealue: TAP moniste sivut 146-221 (Ei yksityiskohtia sivut 168-170, 199-201, 219-221), ISM moniste sivut 1-46 ja Laskuharjoitukset 1-6



Laskuharjoitukset:

Astrofysiikan peruskurssi II

  • Laskuharjoitus 1:     Laskupaja pe 13.3. kello  12.15     Palautus ke 18.3. kello 23.59 
  • Laskuharjoitus 2:     Laskupaja Moodlessa pe 20.3. kello  12.15  Palautus  ke 25.3. kello 12.15.     
  • Laskuharjoitus 3:     Laskupaja Moodlessa pe 27.3. kello  12.15     Palautus  ke  1.4.  kello 12.15.     
  • Laskuharjoitus 4:     Laskupaja Moodlessa pe 3.4.   kello  12.15     Palautus ke  8.4.  kello 12.15.                
  • Laskuharjoitus 5:     Laskupaja Moodlessa pe 17.4. kello  12.15     Palautus ke 22.4. kello 12.15.     
  • Laskuharjoitus 6:     Laskupaja Moodlessa pe 24.4. kello  12.15     Palautus  ke 29.4. kello 12.15.     

  • Kertauslaskupaja:      Laskupaja

           Mallit ilmestyvät viimeistään palautuksen jälkeisenä päivänä.



Kaavakokoelma loppukokeita varten:

Kurssin tulokset:

  • Laskuharjoituspisteet: 
  • Tenttitulokset ja arvosanat: