Astronomi
Astronomi (av antikgrekiska ἀστρονομία ( astronomía ) 'vetenskap som studerar stjärnornas lagar') är en naturvetenskap som studerar himmelska föremål och fenomen. Den använder matematik , fysik och kemi för att förklara deras ursprung och utveckling . Objekt av intresse inkluderar planeter , månar , stjärnor , nebulosor , galaxer och kometer . Relevanta fenomen inkluderar supernovaexplosioner , gammastrålningskurar , kvasarer , blazarer , pulsarer och kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning . Mer allmänt studerar astronomi allt som har sitt ursprung bortom jordens atmosfär . Kosmologi är en gren av astronomi som studerar universum som helhet.
Astronomi är en av de äldsta naturvetenskaperna. De tidiga civilisationerna i nedtecknad historia gjorde metodiska observationer av natthimlen . Dessa inkluderar babylonierna , greker , indianer , egyptier , kineser , maya och många forntida ursprungsbefolkningar i Amerika . I det förflutna inkluderade astronomi discipliner så olika som astrometri , himmelsnavigering , observationsastronomi och skapandet av kalendrar . Nuförtiden sägs professionell astronomi ofta vara detsamma som astrofysik .
Professionell astronomi är uppdelad i observations- och teoretiska grenar. Observationsastronomi är inriktat på att inhämta data från observationer av astronomiska objekt. Dessa data analyseras sedan med hjälp av grundläggande fysikprinciper. Teoretisk astronomi är inriktad på utveckling av datormodeller eller analytiska modeller för att beskriva astronomiska objekt och fenomen. Dessa två områden kompletterar varandra. Teoretisk astronomi försöker förklara observationsresultat och observationer används för att bekräfta teoretiska resultat.
Astronomi är en av få vetenskaper där amatörer spelar en aktiv roll . Detta gäller särskilt för upptäckt och observation av övergående händelser . Amatörastronomer har hjälpt till med många viktiga upptäckter, som att hitta nya kometer.
Etymologi
Astronomi (från grekiskan ἀστρονομία från ἄστρον astron , "stjärna" och -νομία -nomia från νόμος nomos , "lag" eller "kultur") betyder "lag om stjärnornas översättning" (eller "stjärnornas översättning)" (eller" kultur) . Astronomi bör inte förväxlas med astrologi , trossystemet som hävdar att mänskliga angelägenheter är korrelerade med positionerna för himmelska föremål. Även om de två fälten har ett gemensamt ursprung, är de nu helt olika.
Användning av termerna "astronomi" och "astrofysik"
"Astronomi" och "astrofysik" är synonymer. Baserat på strikta ordboksdefinitioner hänvisar "astronomi" till "studiet av objekt och materia utanför jordens atmosfär och av deras fysikaliska och kemiska egenskaper", medan "astrofysik" hänvisar till den gren av astronomi som handlar om "beteendet, fysikaliska egenskaper, och dynamiska processer av himmelska föremål och fenomen". I vissa fall, som i inledningen av den inledande läroboken The Physical Universe av Frank Shu , kan "astronomi" användas för att beskriva den kvalitativa studien av ämnet, medan "astrofysik" används för att beskriva den fysikorienterade versionen av ämnet . Men eftersom den mesta moderna astronomiska forskningen handlar om ämnen relaterade till fysik, skulle modern astronomi faktiskt kunna kallas astrofysik. Vissa områden, som astrometri, är rent astronomi snarare än också astrofysik. Olika institutioner där forskare bedriver forskning i detta ämne kan använda "astronomi" och "astrofysik", delvis beroende på om institutionen historiskt är knuten till en fysikavdelning, och många professionella astronomer har fysik snarare än astronomiexamina . Några titlar på de ledande vetenskapliga tidskrifterna inom detta område inkluderar The Astronomical Journal , The Astrophysical Journal och Astronomy & Astrophysics .
Historia
Antiken
Under tidig historisk tid bestod astronomi bara av observation och förutsägelser av rörelser hos föremål som var synliga för blotta ögat. På vissa platser samlade tidiga kulturer massiva artefakter som kan ha haft ett astronomiskt syfte. Förutom deras ceremoniella användningsområden kan dessa observatorier användas för att bestämma årstiderna, en viktig faktor för att veta när man ska plantera grödor och för att förstå årets längd.
Innan verktyg som teleskopet uppfanns gjordes tidiga studier av stjärnorna med blotta ögat. När civilisationer utvecklades, framför allt i Mesopotamien , Grekland , Persien , Indien , Kina , Egypten och Centralamerika , samlades astronomiska observatorier och idéer om universums natur började utvecklas. Mest tidiga astronomi bestod av att kartlägga positionerna för stjärnorna och planeterna, en vetenskap som nu kallas astrometri . Från dessa observationer bildades tidiga idéer om planeternas rörelser, och naturen hos solen, månen och jorden i universum utforskades filosofiskt. Jorden troddes vara universums centrum med solen, månen och stjärnorna som roterar runt den. Detta är känt som den geocentriska modellen av universum, eller det Ptolemaiska systemet , uppkallat efter Ptolemaios .
En särskilt viktig tidig utveckling var början av den matematiska och vetenskapliga astronomi, som började bland babylonierna , som lade grunden för de senare astronomiska traditionerna som utvecklades i många andra civilisationer. Babylonierna upptäckte att månförmörkelser återkom i en upprepad cykel känd som en saros .
Efter babylonierna gjordes betydande framsteg inom astronomi i antikens Grekland och den hellenistiska världen. Grekisk astronomi kännetecknas från början av att söka en rationell, fysisk förklaring till himmelsfenomen. På 300-talet f.Kr. uppskattade Aristarchus från Samos storleken och avståndet mellan månen och solen, och han föreslog en modell av solsystemet där jorden och planeterna roterade runt solen, nu kallad den heliocentriska modellen. På 2:a århundradet f.Kr. upptäckte Hipparchus precession , beräknade månens storlek och avstånd och uppfann de tidigaste kända astronomiska anordningarna som astrolabben . Hipparchus skapade också en omfattande katalog med 1020 stjärnor, och de flesta av konstellationerna på norra halvklotet härrör från grekisk astronomi. Antikythera -mekanismen ( c. 150 –80 f.Kr.) var en tidig analog dator designad för att beräkna platsen för solen , månen och planeterna för ett givet datum. Teknologiska artefakter av liknande komplexitet dök inte upp igen förrän på 1300-talet, då mekaniska astronomiska klockor dök upp i Europa.
Medeltiden
Det medeltida Europa hyste ett antal viktiga astronomer. Richard av Wallingford (1292–1336) gjorde stora bidrag till astronomi och horologi , inklusive uppfinningen av den första astronomiska klockan, Rectangulus som möjliggjorde mätning av vinklar mellan planeter och andra astronomiska kroppar, samt ett ekvatorium som kallas Albion som skulle kunna användas för astronomiska beräkningar som mån- , sol- och planetlängder och kunde förutsäga förmörkelser . Nicole Oresme (1320–1382) och Jean Buridan (1300–1361) diskuterade först bevis för jordens rotation, dessutom utvecklade Buridan också teorin om impetus (föregångaren till den moderna vetenskapliga tröghetsteorin) som kunde visa planeter var kapabla att röra sig utan inblandning av änglar. Georg von Peuerbach (1423–1461) och Regiomontanus (1436–1476) hjälpte till att göra astronomiska framsteg som var avgörande för Copernicus utveckling av den heliocentriska modellen decennier senare.
Astronomi blomstrade i den islamiska världen och andra delar av världen. Detta ledde till uppkomsten av de första astronomiska observatorierna i den muslimska världen i början av 900-talet. År 964 beskrevs Andromedagalaxen , den största galaxen i den lokala gruppen , av den persiske muslimska astronomen Abd al-Rahman al-Sufi i hans bok med fasta stjärnor . Supernovan SN 1006 , den mest ljusstarka stjärnhändelsen i historien, observerades av den egyptiske arabiska astronomen Ali ibn Ridwan och kinesiska astronomer 1006. Några av de framstående islamiska (främst persiska och arabiska) astronomerna som gjorde betydande bidrag till vetenskapen inkluderar Al-Battani , Thebit , Abd al-Rahman al-Sufi , Biruni , Abū Ishāq Ibrāhīm al-Zarqālī, Al -Birjandi och astronomerna från Maragheh och Samarkand observatorier. Astronomer introducerade under den tiden många arabiska namn som nu används för enskilda stjärnor .
Man tror också att ruinerna vid Great Zimbabwe och Timbuktu kan ha inhyst astronomiska observatorier. I det postklassiska Västafrika studerade astronomer stjärnornas rörelser och förhållandet till årstider, skapade diagram över himlen samt exakta diagram över omloppsbanor för andra planeter baserade på komplexa matematiska beräkningar. Songhai -historikern Mahmud Kati dokumenterade en meteorregn i augusti 1583. Européer hade tidigare trott att det inte hade gjorts någon astronomisk observation i Afrika söder om Sahara under den förkoloniala medeltiden, men moderna upptäckter visar något annat.
I över sex århundraden (från återhämtningen av forntida lärdomar under senmedeltiden till upplysningstiden) gav den romersk-katolska kyrkan mer ekonomiskt och socialt stöd till studier av astronomi än förmodligen alla andra institutioner. Bland kyrkans motiv var att hitta datumet för påsk .
Vetenskaplig revolution
.jpg)
Under renässansen föreslog Nicolaus Copernicus en heliocentrisk modell av solsystemet . Hans arbete försvarades av Galileo Galilei och utökades av Johannes Kepler . Kepler var den första som skapade ett system som korrekt beskrev detaljerna i planeternas rörelse runt solen. Kepler lyckades dock inte formulera en teori bakom de lagar han skrev ner. Det var Isaac Newton , med sin uppfinning av himmelsk dynamik och sin gravitationslag , som slutligen förklarade planeternas rörelser. Newton utvecklade också det reflekterande teleskopet .
Förbättringar av teleskopets storlek och kvalitet ledde till ytterligare upptäckter. Den engelske astronomen John Flamsteed katalogiserade över 3000 stjärnor. Mer omfattande stjärnkataloger producerades av Nicolas Louis de Lacaille . Astronomen William Herschel gjorde en detaljerad katalog över nebulositet och kluster och upptäckte 1781 planeten Uranus , den första nya planeten som hittades.
Under 1700-1800-talen ledde studien av trekroppsproblemet av Leonhard Euler , Alexis Claude Clairaut och Jean le Rond d'Alembert till mer exakta förutsägelser om månens och planeternas rörelser. Detta arbete förfinades ytterligare av Joseph-Louis Lagrange och Pierre Simon Laplace , vilket gjorde att planeternas och månarnas massor kunde uppskattas utifrån deras störningar.
Betydande framsteg inom astronomi kom till i och med introduktionen av ny teknik, inklusive spektroskop och fotografi . Joseph von Fraunhofer upptäckte cirka 600 band i solens spektrum 1814–15, vilket Gustav Kirchhoff 1859 tillskrev förekomsten av olika element. Stjärnor visade sig likna jordens egen sol, men med ett brett spektrum av temperaturer , massor och storlekar.
Existensen av jordens galax, Vintergatan , som sin egen grupp av stjärnor bevisades först på 1900-talet, tillsammans med existensen av "externa" galaxer. Den observerade recessionen av dessa galaxer ledde till upptäckten av universums expansion . Teoretisk astronomi ledde till spekulationer om förekomsten av objekt som svarta hål och neutronstjärnor , som har använts för att förklara sådana observerade fenomen som kvasarer , pulsarer , blazarer och radiogalaxer . Fysisk kosmologi gjorde enorma framsteg under 1900-talet. I början av 1900-talet formulerades modellen för Big Bang -teorin, starkt bevisad av kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning, Hubbles lag och de kosmologiska överflöden av element . Rymdteleskop har möjliggjort mätningar i delar av det elektromagnetiska spektrumet som normalt blockeras eller suddas ut av atmosfären. [ citat behövs ] I februari 2016 avslöjades det att LIGO- projektet hade upptäckt bevis på gravitationsvågor i föregående september.
Observationsastronomi
Den huvudsakliga informationskällan om himlakroppar och andra föremål är synligt ljus , eller mer allmänt elektromagnetisk strålning . Observationsastronomi kan kategoriseras enligt motsvarande område av det elektromagnetiska spektrum som observationerna görs på. Vissa delar av spektrumet kan observeras från jordens yta, medan andra delar endast är observerbara från antingen höga höjder eller utanför jordens atmosfär. Specifik information om dessa underfält ges nedan.
Radioastronomi
Radioastronomi använder strålning med våglängder större än ungefär en millimeter, utanför det synliga området. Radioastronomi skiljer sig från de flesta andra former av observationsastronomi genom att de observerade radiovågorna kan behandlas som vågor snarare än som diskreta fotoner . Därför är det relativt lättare att mäta både amplituden och fasen för radiovågor, medan detta inte görs lika lätt vid kortare våglängder.
Även om vissa radiovågor sänds ut direkt av astronomiska föremål, en produkt av termisk utstrålning , är det mesta av radioutstrålningen som observeras resultatet av synkrotronstrålning , som produceras när elektroner kretsar kring magnetfält . Dessutom är ett antal spektrallinjer producerade av interstellär gas , särskilt vätespektrallinjen vid 21 cm, observerbara vid radiovåglängder.
En stor variation av andra objekt är observerbara på radiovåglängder, inklusive supernovor , interstellär gas, pulsarer och aktiva galaktiska kärnor .
Infraröd astronomi
Infraröd astronomi bygger på detektering och analys av infraröd strålning, våglängder längre än rött ljus och utanför vårt synområde. Det infraröda spektrumet är användbart för att studera föremål som är för kalla för att utstråla synligt ljus, såsom planeter, cirkumstellära skivor eller nebulosor vars ljus blockeras av damm. De längre våglängderna av infrarött kan penetrera moln av damm som blockerar synligt ljus, vilket möjliggör observation av unga stjärnor inbäddade i molekylära moln och galaxernas kärnor. Observationer från Wide-field Infrared Survey Explorer ( WISE) har varit särskilt effektiva för att avslöja många galaktiska protostjärnor och deras värdstjärnhopar . Med undantag för infraröda våglängder nära synligt ljus, absorberas sådan strålning kraftigt av atmosfären, eller maskeras, eftersom atmosfären i sig producerar betydande infraröd emission. Följaktligen måste infraröda observatorier placeras på höga, torra platser på jorden eller i rymden. Vissa molekyler strålar starkt i det infraröda. Detta möjliggör studiet av rymdens kemi; mer specifikt kan den upptäcka vatten i kometer.
Optisk astronomi
Historiskt sett är optisk astronomi, även kallad astronomi för synligt ljus, den äldsta formen av astronomi. Bilder av observationer ritades ursprungligen för hand. I slutet av 1800-talet och större delen av 1900-talet gjordes bilder med hjälp av fotografisk utrustning. Moderna bilder görs med hjälp av digitala detektorer, särskilt med laddningskopplade enheter (CCD) och inspelade på modernt medium. Även om synligt ljus i sig sträcker sig från cirka 4000 Å till 7000 Å (400 nm till 700 nm), kan samma utrustning användas för att observera en del nära-ultraviolett och nära-infraröd strålning.
Ultraviolett astronomi
Ultraviolett astronomi använder ultravioletta våglängder mellan cirka 100 och 3200 Å (10 till 320 nm). Ljus vid dessa våglängder absorberas av jordens atmosfär, vilket kräver att observationer vid dessa våglängder utförs från den övre atmosfären eller från rymden. Ultraviolett astronomi lämpar sig bäst för studier av värmestrålning och spektrala emissionslinjer från heta blå stjärnor ( OB-stjärnor ) som är mycket ljusa i detta vågband. Detta inkluderar de blå stjärnorna i andra galaxer, som har varit mål för flera ultravioletta undersökningar. Andra föremål som vanligtvis observeras i ultraviolett ljus inkluderar planetariska nebulosor , supernovarester och aktiva galaktiska kärnor. Men eftersom ultraviolett ljus lätt absorberas av interstellärt damm , är en justering av ultravioletta mätningar nödvändig.
Röntgenastronomi
Röntgenastronomi använder röntgenvåglängder . Vanligtvis produceras röntgenstrålning av synkrotronemission ( resultatet av elektroner som kretsar kring magnetfältslinjer), termisk emission från tunna gaser över 10 7 (10 miljoner) kelvin och termisk emission från tjocka gaser över 10 7 Kelvin. Eftersom röntgenstrålar absorberas av jordens atmosfär , måste alla röntgenobservationer utföras från höghöjdsballonger , raketer eller röntgenastronomisatelliter . Anmärkningsvärda röntgenkällor inkluderar binära röntgenstrålar , pulsarer , supernovarester , elliptiska galaxer , galaxhopar och aktiva galaktiska kärnor .
Gammastrålning astronomi
Gammastrålastronomi observerar astronomiska objekt vid de kortaste våglängderna av det elektromagnetiska spektrumet. Gammastrålar kan observeras direkt av satelliter som Compton Gamma Ray Observatory eller av specialiserade teleskop som kallas atmosfäriska Cherenkov-teleskop . Cherenkov-teleskopen upptäcker inte gammastrålningen direkt utan upptäcker istället de blixtar av synligt ljus som produceras när gammastrålar absorberas av jordens atmosfär.
De flesta gammastrålningskällor är faktiskt gammastrålningskurar , objekt som bara producerar gammastrålning under några millisekunder till tusentals sekunder innan de försvinner. Endast 10 % av gammastrålningskällorna är icke-transienta källor. Dessa stabila gammastrålare inkluderar pulsarer, neutronstjärnor och svarta hålkandidater som aktiva galaktiska kärnor.
Fält som inte baseras på det elektromagnetiska spektrumet
Förutom elektromagnetisk strålning kan några andra händelser som härrör från stora avstånd observeras från jorden.
Inom neutrinoastronomi använder astronomer kraftigt avskärmade underjordiska anläggningar som SAGE , GALLEX och Kamioka II/III för att detektera neutriner . Den stora majoriteten av neutrinerna som strömmar genom jorden kommer från solen , men 24 neutriner upptäcktes också från supernova 1987A . Kosmiska strålar , som består av mycket högenergipartiklar (atomkärnor) som kan sönderfalla eller absorberas när de kommer in i jordens atmosfär, resulterar i en kaskad av sekundära partiklar som kan detekteras av nuvarande observatorier. Vissa framtida neutrinodetektorer kan också vara känsliga för de partiklar som produceras när kosmiska strålar träffar jordens atmosfär.
Gravitationsvågsastronomi är ett framväxande fält inom astronomi som använder gravitationsvågsdetektorer för att samla in observationsdata om avlägsna massiva objekt. Några få observatorier har byggts, såsom Laser Interferometer Gravitational Observatory LIGO . LIGO gjorde sin första upptäckt den 14 september 2015 och observerade gravitationsvågor från ett binärt svart hål . En andra gravitationsvåg upptäcktes den 26 december 2015 och ytterligare observationer bör fortsätta men gravitationsvågor kräver extremt känsliga instrument.
Kombinationen av observationer gjorda med hjälp av elektromagnetisk strålning, neutrinos eller gravitationsvågor och annan kompletterande information, är känd som multi-budbärarastronomi .
Astrometri och himlamekanik
Ett av de äldsta områdena inom astronomi, och inom hela vetenskapen, är mätningen av himlaobjekts positioner. Historiskt sett har noggrann kunskap om positionerna för solen, månen, planeterna och stjärnorna varit avgörande vid himmelsnavigering (användning av himmelska föremål för att vägleda navigering) och vid framställning av kalendrar .
Noggrann mätning av planeternas positioner har lett till en gedigen förståelse av gravitationsstörningar och en förmåga att bestämma tidigare och framtida positioner för planeterna med stor noggrannhet, ett fält som kallas himlamekanik . På senare tid kommer spårningen av objekt nära jorden att möjliggöra förutsägelser om nära möten eller potentiella kollisioner av jorden med dessa objekt.
Mätningen av stjärnparallax från närliggande stjärnor ger en grundläggande baslinje i den kosmiska avståndsstege som används för att mäta universums skala. Parallaxmätningar av närliggande stjärnor ger en absolut baslinje för egenskaperna hos mer avlägsna stjärnor, eftersom deras egenskaper kan jämföras. Mätningar av radiella hastighet och korrekta rörelse gör det möjligt för astronomer att plotta dessa systems rörelse genom Vintergatans galax. Astrometriska resultat är grunden som används för att beräkna fördelningen av spekulerad mörk materia i galaxen.
Under 1990-talet användes mätningen av stjärnsvängningarna från närliggande stjärnor för att upptäcka stora extrasolära planeter som kretsar kring dessa stjärnor.
Teoretisk astronomi
| Nukleosyntes |
|---|
 |
| Relaterade ämnen |
Teoretiska astronomer använder flera verktyg inklusive analytiska modeller och beräkningsnumeriska simuleringar ; var och en har sina speciella fördelar. Analytiska modeller av en process är bättre för att ge bredare insikt i hjärtat av vad som pågår. Numeriska modeller avslöjar förekomsten av fenomen och effekter som annars inte kan observeras.
Teoretiker inom astronomi strävar efter att skapa teoretiska modeller och utifrån resultaten förutsäga observationskonsekvenser av dessa modeller. Observationen av ett fenomen som förutsägs av en modell tillåter astronomer att välja mellan flera alternativa eller motstridiga modeller som den som bäst kan beskriva fenomenet.
Teoretiker försöker också generera eller modifiera modeller för att ta hänsyn till nya data. Vid inkonsekvens mellan data och modellens resultat är den generella tendensen att försöka göra minimala modifieringar av modellen så att den ger resultat som passar data. I vissa fall kan en stor mängd inkonsekventa data över tiden leda till att en modell helt överges.
Fenomen som modellerats av teoretiska astronomer inkluderar: stjärndynamik och evolution ; galaxbildning ; storskalig fördelning av materia i universum ; ursprunget till kosmiska strålar ; allmän relativitetsteori och fysisk kosmologi , inklusive strängkosmologi och astropartikelfysik . Astrofysisk relativitetsteori fungerar som ett verktyg för att mäta egenskaperna hos storskaliga strukturer för vilka gravitation spelar en betydande roll i undersökta fysikaliska fenomen och som grund för svarta håls ( astro ) fysik och studiet av gravitationsvågor .
, som nu ingår i Lambda-CDM-modellen är Big Bang , mörk materia och grundläggande fysikteorier .
Några exempel på denna process:
| Fysisk process | Experimentellt verktyg | Teoretisk modell | Förklarar/förutspår |
| Gravitation | Radioteleskop | Självgraviterande system | Uppkomsten av ett stjärnsystem |
| Kärnfusion | Spektroskopi | Stjärnutveckling | Hur stjärnorna lyser och hur metaller bildades |
| Big Bang | Hubble rymdteleskop , COBE | Expanderande universum | Universums ålder |
| Kvantfluktuationer | Kosmisk inflation | Planhetsproblem | |
| Gravitationskollaps | Röntgenastronomi | Allmän relativitetsteori | Svarta hål i mitten av Andromedagalaxen |
| CNO-cykel i stjärnor | Den dominerande energikällan för en massiv stjärna. |
Tillsammans med kosmisk inflation är mörk materia och mörk energi de aktuella ledande ämnena inom astronomi , eftersom deras upptäckt och kontrovers uppstod under studiet av galaxerna.
Specifika underfält
Astrofysik
.png)
Astrofysik är den gren av astronomi som använder principerna för fysik och kemi "för att fastställa de astronomiska objektens natur snarare än deras positioner eller rörelser i rymden". Bland de föremål som studeras är solen , andra stjärnor , galaxer , extrasolära planeter , det interstellära mediet och den kosmiska mikrovågsbakgrunden . Deras emissioner undersöks över alla delar av det elektromagnetiska spektrumet , och egenskaperna som undersöks inkluderar ljusstyrka , densitet , temperatur och kemisk sammansättning. Eftersom astrofysik är ett mycket brett ämne, astrofysiker vanligtvis många discipliner av fysik, inklusive mekanik , elektromagnetism , statistisk mekanik , termodynamik , kvantmekanik , relativitetsteori , kärn- och partikelfysik och atom- och molekylfysik .
I praktiken innebär modern astronomisk forskning ofta en betydande mängd arbete inom teoretisk och observationsfysik. Vissa studieområden för astrofysiker inkluderar deras försök att fastställa egenskaperna hos mörk materia , mörk energi och svarta hål ; huruvida tidsresor är möjliga eller inte , maskhål kan bildas eller multiversum existerar; och universums ursprung och slutliga öde . Ämnen som också studerats av teoretiska astrofysiker inkluderar solsystemets bildning och evolution ; stjärndynamik och evolution ; galaxbildning och evolution ; magnetohydrodynamik ; storskalig struktur av materia i universum; ursprunget till kosmiska strålar ; allmän relativitetsteori och fysisk kosmologi , inklusive strängkosmologi och astropartikelfysik .
Astrokemi
Astrokemi är studiet av mängden och reaktionerna av molekyler i universum , och deras interaktion med strålning . Disciplinen är en överlappning av astronomi och kemi . Ordet "astrokemi" kan appliceras på både solsystemet och det interstellära mediet . Studiet av överflöd av element och isotopförhållanden i solsystemobjekt, som meteoriter , kallas också kosmokemi , medan studiet av interstellära atomer och molekyler och deras interaktion med strålning ibland kallas molekylär astrofysik. Molekylära gasmolns bildande, atomära och kemiska sammansättning, utveckling och öde är av speciellt intresse, eftersom det är från dessa moln som solsystem bildas.
Studier inom detta område bidrar till förståelsen av bildandet av solsystemet , jordens ursprung och geologi, abiogenes och ursprunget till klimat och hav.
Astrobiologi
Astrobiologi är ett tvärvetenskapligt fält som berörs av ursprung , tidig evolution , distribution och framtid av liv i universum . Astrobiologin överväger frågan om utomjordiskt liv existerar, och hur människor kan upptäcka det om det gör det. Termen exobiologi är liknande.
Astrobiologi använder sig av molekylärbiologi , biofysik , biokemi , kemi , astronomi, fysikalisk kosmologi , exoplanetologi och geologi för att undersöka möjligheten av liv på andra världar och hjälpa till att känna igen biosfärer som kan vara annorlunda än på jorden. Livets ursprung och tidiga evolution är en oskiljaktig del av disciplinen astrobiologi. Astrobiologin sysslar med tolkning av befintliga vetenskapliga data , och även om spekulationer underhålls för att ge sammanhang, sysslar astrobiologin sig främst med hypoteser som passar in i befintliga vetenskapliga teorier .
Detta tvärvetenskapliga område omfattar forskning om ursprunget till planetsystem , ursprunget till organiska föreningar i rymden , sten-vatten-kol-interaktioner, abiogenes på jorden, planetarisk beboelighet , forskning om biosignaturer för att upptäcka liv och studier om potentialen för liv att anpassa sig till utmaningar på jorden och i yttre rymden .
Fysisk kosmologi
|
−13 —
–
−12 —
–
−11 —
–
−10 —
–
−9 —
–
−8 —
–
−7 —
–
−6 —
–
−5 —
–
−4 —
–
−3 —
–
−2 —
–
−1 —
–
0 —
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kosmologi (från grekiskan κόσμος ( kosmos ) "värld, universum" och λόγος ( logos ) "ord, studie" eller bokstavligen "logik") skulle kunna betraktas som studiet av universum som helhet.
.png)
Observationer av universums storskaliga struktur , en gren som kallas fysisk kosmologi , har gett en djup förståelse av kosmos bildande och utveckling. Grundläggande för modern kosmologi är den väl accepterade teorin om Big Bang , där vårt universum började vid en enda tidpunkt och därefter expanderade under loppet av 13,8 miljarder år till dess nuvarande tillstånd. Begreppet Big Bang kan spåras tillbaka till upptäckten av mikrovågsbakgrundsstrålningen 1965 .
Under loppet av denna expansion genomgick universum flera evolutionära stadier. I de mycket tidiga ögonblicken är det en teori om att universum upplevde en mycket snabb kosmisk inflation , vilket homogeniserade startförhållandena. Därefter nukleosyntes det tidiga universums elementära överflöd. (Se även nukleokosmokronologi .)
När de första neutrala atomerna bildades från ett hav av primordiala joner, blev rymden genomskinlig för strålning, vilket frigjorde energin som idag betraktas som mikrovågsbakgrundsstrålningen. Det expanderande universum genomgick sedan en mörk tidsålder på grund av bristen på stjärnenergikällor.
En hierarkisk struktur av materia började bildas från små variationer i rymdens masstäthet. Materia ackumulerades i de tätaste områdena och bildade gasmoln och de tidigaste stjärnorna, Population III-stjärnorna . Dessa massiva stjärnor utlöste återjoniseringsprocessen och tros ha skapat många av de tunga grundämnena i det tidiga universum, som genom nukleärt sönderfall skapar lättare grundämnen, vilket gör att nukleosyntescykeln kan fortsätta längre.
Gravitationsaggregationer samlades i filament och lämnade tomrum i luckorna. Gradvis slogs organisationer av gas och stoft samman för att bilda de första primitiva galaxerna. Med tiden drog dessa in mer materia och organiserades ofta i grupper och kluster av galaxer, sedan i storskaliga superkluster.
Olika fysikområden är avgörande för att studera universum. Tvärvetenskapliga studier omfattar områdena kvantmekanik , partikelfysik , plasmafysik , kondenserad materiens fysik , statistisk mekanik , optik och kärnfysik .
Grundläggande för universums struktur är förekomsten av mörk materia och mörk energi . Dessa tros nu vara dess dominerande komponenter och utgör 96 % av universums massa. Av denna anledning lägger man ner mycket ansträngning på att försöka förstå dessa komponenters fysik.
Extragalaktisk astronomi
Studiet av objekt utanför vår galax är en gren av astronomi som handlar om bildandet och utvecklingen av galaxer , deras morfologi (beskrivning) och klassificering , observation av aktiva galaxer och i större skala, grupperna och grupperna av galaxer . Slutligen är det sistnämnda viktigt för förståelsen av kosmos storskaliga struktur .
De flesta galaxer är organiserade i distinkta former som möjliggör klassificeringsscheman. De delas vanligen in i spiral , elliptiska och oregelbundna galaxer.
Som namnet antyder har en elliptisk galax tvärsnittsformen av en ellips . Stjärnorna rör sig längs slumpmässiga banor utan någon föredragen riktning. Dessa galaxer innehåller lite eller inget interstellärt damm, få stjärnbildande regioner och äldre stjärnor. Elliptiska galaxer är vanligare i kärnan av galaktiska kluster och kan ha bildats genom sammanslagningar av stora galaxer.
En spiralgalax är organiserad i en platt, roterande skiva, vanligtvis med en framträdande utbuktning eller stång i mitten, och eftersläpande ljusa armar som går i spiral utåt. Armarna är dammiga områden av stjärnbildning inom vilka massiva unga stjärnor producerar en blå nyans. Spiralgalaxer är vanligtvis omgivna av en gloria av äldre stjärnor. Både Vintergatan och en av våra närmaste galaxgrannar, Andromedagalaxen, är spiralgalaxer.
Oregelbundna galaxer är kaotiska till utseendet och är varken spiralformade eller elliptiska. Ungefär en fjärdedel av alla galaxer är oregelbundna, och de speciella formerna hos sådana galaxer kan vara resultatet av gravitationsinteraktion.
En aktiv galax är en formation som avger en betydande del av sin energi från en annan källa än dess stjärnor, damm och gas. Den drivs av ett kompakt område i kärnan, som tros vara ett supermassivt svart hål som avger strålning från infallande material.
En radiogalax är en aktiv galax som är mycket lysande i radiodelen av spektrumet och som avger enorma plymer eller gaslober. Aktiva galaxer som avger kortare frekvens, högenergistrålning inkluderar Seyfert-galaxer , kvasarer och blazarer . Kvasarer tros vara de mest konsekvent lysande objekten i det kända universum.
Den storskaliga strukturen i kosmos representeras av grupper och kluster av galaxer. Denna struktur är organiserad i en hierarki av grupperingar, där den största är superklustren . Den kollektiva materien formas till filament och väggar och lämnar stora tomrum mellan dem.
Galaktisk astronomi
Solsystemet kretsar inom Vintergatan , en spiralgalax med bommar som är en framträdande medlem av den lokala gruppen av galaxer. Det är en roterande massa av gas, damm, stjärnor och andra föremål, som hålls samman av ömsesidig gravitationsattraktion. Eftersom jorden ligger inom de dammiga yttre armarna, finns det stora delar av Vintergatan som är skymd från insyn.
I mitten av Vintergatan finns kärnan, en stångformad utbuktning med vad som tros vara ett supermassivt svart hål i mitten. Detta är omgivet av fyra primära armar som spiralformar från kärnan. Detta är en region med aktiv stjärnbildning som innehåller många yngre, population I- stjärnor. Skivan omges av en sfäroid halo av äldre, population II -stjärnor, såväl som relativt täta koncentrationer av stjärnor som är kända som klotformiga samlarhopar .
Mellan stjärnorna ligger det interstellära mediet , ett område med gles materia. I de tätaste områdena molekylära moln av molekylärt väte och andra element stjärnbildande regioner. Dessa börjar som en kompakt pre-stellar kärna eller mörka nebulosor , som koncentreras och kollapsar (i volymer som bestäms av jeanslängden) för att bilda kompakta protostjärnor.
När de mer massiva stjärnorna dyker upp omvandlar de molnet till en H II-region (joniserat atomärt väte) av glödande gas och plasma. Stjärnvinden och supernovaexplosioner från dessa stjärnor får så småningom molnet att skingras och lämnar ofta efter sig en eller flera unga öppna stjärnhopar . Dessa hopar sprids gradvis och stjärnorna ansluter sig till Vintergatans befolkning.
Kinematiska studier av materia i Vintergatan och andra galaxer har visat att det finns mer massa än vad synlig materia kan förklara. En mörk materiahalo verkar dominera massan, även om denna mörka materias natur förblir obestämd.
Stjärnastronomi
Studiet av stjärnor och stjärnutveckling är grundläggande för vår förståelse av universum. Stjärnornas astrofysik har bestämts genom observation och teoretisk förståelse; och från datorsimuleringar av interiören. Stjärnbildning sker i täta områden av damm och gas, kända som gigantiska molekylära moln . När de destabiliseras kan molnfragment kollapsa under påverkan av gravitationen och bilda en protostjärna . Ett tillräckligt tätt och varmt kärnområde kommer att utlösa kärnfusion , vilket skapar en huvudsekvensstjärna .
Nästan alla grundämnen tyngre än väte och helium skapades inuti stjärnornas kärnor .
Den resulterande stjärnans egenskaper beror främst på dess startmassa. Ju mer massiv stjärnan är, desto större ljusstyrka, och desto snabbare smälter den samman sitt vätebränsle till helium i kärnan. Med tiden omvandlas detta vätebränsle helt till helium, och stjärnan börjar utvecklas . Fusionen av helium kräver en högre kärntemperatur. En stjärna med en tillräckligt hög kärntemperatur kommer att trycka sina yttre skikt utåt samtidigt som den ökar sin kärndensitet. Den resulterande röda jätten som bildas av de expanderande yttre lagren har en kort livslängd innan heliumbränslet i kärnan i sin tur förbrukas. Mycket massiva stjärnor kan också genomgå en serie evolutionära faser, eftersom de smälter samman allt tyngre grundämnen.
Stjärnans slutliga öde beror på dess massa, med stjärnor med massa som är större än ungefär åtta gånger solen som blir kärnkollapssupernovor ; medan mindre stjärnor blåser av sina yttre lager och lämnar efter sig den inerta kärnan i form av en vit dvärg . Utstötningen av de yttre lagren bildar en planetarisk nebulosa . Återstoden av en supernova är en tät neutronstjärna , eller, om stjärnmassan var minst tre gånger solens, ett svart hål . Nära kretsande dubbelstjärnor kan följa mer komplexa evolutionära banor, som massöverföring till en vit dvärgföljeslagare som potentiellt kan orsaka en supernova. Planetariska nebulosor och supernovor fördelar " metallerna " som produceras i stjärnan genom fusion till det interstellära mediet; utan dem skulle alla nya stjärnor (och deras planetsystem) bildas enbart av väte och helium.
Solar astronomi
På ett avstånd av cirka åtta ljusminuter är den mest studerade stjärnan solen , en typisk dvärgstjärna i huvudsekvensen av stjärnklass G2 V, och cirka 4,6 miljarder år (Gyr) gammal. Solen anses inte vara en variabel stjärna , men den genomgår periodiska förändringar i aktivitet som kallas solfläckscykeln . Detta är en 11-årig oscillation i solfläcksnummer . Solfläckar är områden med lägre temperaturer än genomsnittet som är förknippade med intensiv magnetisk aktivitet.
Solen har stadigt ökat i ljusstyrka med 40 % sedan den först blev en huvudsekvensstjärna. Solen har också genomgått periodiska förändringar i ljusstyrka som kan ha en betydande inverkan på jorden. Maunderminimum , tros ha orsakat fenomenet Lilla istiden under medeltiden .
Solens synliga yttre yta kallas fotosfären . Ovanför detta lager finns en tunn region som kallas kromosfären . Detta är omgivet av ett övergångsområde med snabbt ökande temperaturer, och slutligen av den överhettade koronan .
I mitten av solen finns kärnområdet, en volym med tillräcklig temperatur och tryck för att kärnfusion ska ske. Ovanför kärnan finns strålningszonen , där plasman förmedlar energiflödet med hjälp av strålning. Ovanför det finns konvektionszonen där gasmaterialet transporterar energi främst genom fysisk förskjutning av gasen som kallas konvektion. Man tror att massans rörelse inom konvektionszonen skapar den magnetiska aktiviteten som genererar solfläckar.
En solvind av plasmapartiklar strömmar ständigt utåt från solen tills den, vid solsystemets yttersta gräns, når heliopausen . När solvinden passerar jorden interagerar den med jordens magnetfält ( magnetosfären ) och avleder solvinden, men fångar några som skapar Van Allens strålningsbälten som omsluter jorden. Norrsken skapas när solvindspartiklar styrs av de magnetiska flödeslinjerna in i jordens polära områden där linjerna sedan går ner i atmosfären .
Planetvetenskap
Planetvetenskap är studiet av sammansättningen av planeter , månar , dvärgplaneter , kometer , asteroider och andra kroppar som kretsar kring solen, såväl som extrasolära planeter. Solsystemet har studerats relativt väl, först genom teleskop och sedan med rymdfarkoster . Detta har gett en bra övergripande förståelse för bildandet och utvecklingen av solens planetsystem, även om många nya upptäckter fortfarande görs.
Solsystemet är uppdelat i det inre solsystemet (uppdelat i de inre planeterna och asteroidbältet ), det yttre solsystemet (uppdelat i de yttre planeterna och kentaurerna ), kometer, den trans-neptuniska regionen (uppdelad i Kuiperbältet , och den spridda skivan ) och de mest avlägsna regionerna (t.ex. heliosfärens gränser och Oortmolnet , som kan sträcka sig så långt som ett ljusår). De inre jordiska planeterna består av Merkurius , Venus , Jorden och Mars . De yttre jätteplaneterna är gasjättarna ( Jupiter och Saturnus ) och isjättarna ( Uranus och Neptunus ).
Planeterna bildades för 4,6 miljarder år sedan i den protoplanetära skiva som omgav den tidiga solen. Genom en process som innefattade gravitationsattraktion, kollision och ackretion bildade skivan materiaklumpar som med tiden blev protoplaneter. Strålningstrycket från solvinden drev sedan ut det mesta av den oackreterade materien, och endast de planeter med tillräcklig massa behöll sin gasatmosfär. Planeterna fortsatte att sopa upp, eller kasta ut, återstående materia under en period av intensivt bombardement, vilket framgår av de många nedslagskratrarna på månen. Under denna period kan några av protoplaneterna ha kolliderat och en sådan kollision kan ha bildat månen .
När en planet når tillräcklig massa, segregeras materialen med olika densiteter inom, under planetdifferentiering . Denna process kan bilda en stenig eller metallisk kärna, omgiven av en mantel och en yttre skorpa. Kärnan kan inkludera fasta och flytande områden, och vissa planetkärnor genererar sitt eget magnetiska fält , som kan skydda deras atmosfärer från solvindstrippning.
En planets eller månens inre värme produceras från kollisioner som skapade kroppen, genom sönderfall av radioaktiva material ( t.ex. uran , torium och 26 Al ), eller tidvattenuppvärmning orsakad av interaktioner med andra kroppar. Vissa planeter och månar ackumulerar tillräckligt med värme för att driva geologiska processer som vulkanism och tektonik. De som ackumulerar eller behåller en atmosfär kan också genomgå yterosion från vind eller vatten. Mindre kroppar, utan tidvattenuppvärmning, svalnar snabbare; och deras geologiska aktivitet upphör med undantag för nedslagskratring.
Tvärvetenskapliga studier
Astronomi och astrofysik har utvecklat betydande tvärvetenskapliga kopplingar med andra stora vetenskapliga områden. Arkeoastronomi är studiet av antika eller traditionella astronomier i deras kulturella sammanhang, med hjälp av arkeologiska och antropologiska bevis. Astrobiologi är studiet av tillkomsten och utvecklingen av biologiska system i universum, med särskild tonvikt på möjligheten av icke-jordiskt liv. Astrostatistik är tillämpningen av statistik på astrofysik för analys av en stor mängd observationsastrofysiska data.
Studiet av kemikalier som finns i rymden, inklusive deras bildning, interaktion och förstörelse, kallas astrokemi . Dessa ämnen finns vanligtvis i molekylära moln , även om de också kan förekomma i lågtemperaturstjärnor, bruna dvärgar och planeter. Kosmokemi är studiet av de kemikalier som finns i solsystemet, inklusive grundämnenas ursprung och variationer i isotopförhållandena . Båda dessa områden representerar en överlappning av disciplinerna astronomi och kemi. Som " rättsmedicinsk astronomi ", slutligen, har metoder från astronomi använts för att lösa problem i juridik och historia.
Amatör astronomi
Astronomi är en av de vetenskaper som amatörer kan bidra mest till.
Tillsammans observerar amatörastronomer en mängd olika himmelska objekt och fenomen ibland med utrustning eller utrustning på konsumentnivå som de bygger själva . Vanliga mål för amatörastronomer inkluderar solen, månen, planeter, stjärnor, kometer, meteorskurar och en mängd olika djupa himmelobjekt som stjärnhopar, galaxer och nebulosor. Astronomiklubbar finns över hela världen och många har program för att hjälpa sina medlemmar att sätta upp och slutföra observationsprogram inklusive de för att observera alla objekt i Messier (110 objekt) eller Herschel 400 kataloger av intressanta platser på natthimlen. En gren av amatörastronomi, astrofotografi , innebär att man tar bilder av natthimlen. Många amatörer gillar att specialisera sig på observation av särskilda föremål, typer av föremål eller typer av händelser som intresserar dem.
De flesta amatörer arbetar vid synliga våglängder, men många experimenterar med våglängder utanför det synliga spektrumet. Detta inkluderar användningen av infraröda filter på konventionella teleskop, och även användningen av radioteleskop. Pionjären inom amatörradioastronomi var Karl Jansky , som började observera himlen vid radiovåglängder på 1930-talet. Ett antal amatörastronomer använder antingen hemgjorda teleskop eller använder radioteleskop som ursprungligen byggdes för astronomiforskning men som nu är tillgängliga för amatörer ( t.ex. One -Mile Telescope) .
Amatörastronomer fortsätter att ge vetenskapliga bidrag till astronomiområdet och det är en av få vetenskapliga discipliner där amatörer fortfarande kan göra betydande bidrag. Amatörer kan göra ockultationsmätningar som används för att förfina mindre planeters banor. De kan också upptäcka kometer och utföra regelbundna observationer av variabla stjärnor. Förbättringar inom digital teknik har gjort det möjligt för amatörer att göra imponerande framsteg inom området astrofotografi.
Olösta problem inom astronomi
Under 2000-talet finns det fortfarande några viktiga obesvarade frågor inom astronomi; svar på dem kan kräva nya mark- och rymdbaserade instrument, och ny utveckling inom teoretisk och experimentell fysik.
- Vad är ursprunget till stjärnmasspektrat? Det vill säga, varför observerar astronomer samma fördelning av stjärnmassor – den initiala massfunktionen – uppenbarligen oavsett de initiala förhållandena? En djupare förståelse för bildandet av stjärnor och planeter behövs.
- Finns det annat liv i universum ? Speciellt, finns det annat intelligent liv? Om så är fallet, vad är förklaringen till Fermi-paradoxen ? Livets existens någon annanstans har viktiga vetenskapliga och filosofiska implikationer.
- Är solsystemet normalt eller atypiskt?
- Vad är mörk materia och mörk energi ? Dessa dominerar evolutionen och ödet för kosmos, men deras sanna natur förblir okänd.
- Vad kommer att bli universums yttersta öde ?
- Hur bildades de första galaxerna ?
- Hur bildades supermassiva svarta hål ?
- Vad skapar kosmiska strålar med ultrahög energi ?
- Varför är överflödet av litium i kosmos fyra gånger lägre än vad som förutspås av standardmodellen Big Bang ?
- Vad händer bortom ett svart håls händelsehorisont ?
Se även
- Kontur av astronomi
- Ordlista för astronomi
- Astronomiska instrument
- Kosmogoni
- Lista över akronymer för akronymer
- Lista över programvara för astronomi forskning och utbildning
- Översikt över rymdvetenskap
- Utforskning av rymden
Bibliografi
- Forbes, George (1909). Astronomis historia . London: Plain Label Books. ISBN 978-1-60303-159-2 .
- Newcomb, Simon ; Clerke, Agnes Mary (1911). . Encyclopædia Britannica . Vol. 2 (11:e upplagan). s. 800–819.
- Harpaz, Amos (1994). Stjärnutveckling . AK Peters, Ltd. ISBN 978-1-56881-012-6 .
- Unsöld, A.; Baschek, B. (2001). The New Cosmos: En introduktion till astronomi och astrofysik . Springer. ISBN 978-3-540-67877-9 .
externa länkar
- NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) ( NED-Avstånd )
- Kärnböcker och Core journals in Astronomy, från Smithsonian/NASA Astrophysics Data System
| Astronomi av |
|
||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Optiska teleskop |
|||||||||||
| Relaterad | |||||||||||
| Nationalbibliotek | |
|---|---|
| Övrig | |
