Astronomi - Astronomy
Astronomi (från grekiska : ἀστρονομία , som bokstavligen betyder vetenskapen 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 . Intressanta objekt inkluderar planeter , månar , stjärnor , nebulosor , galaxer och kometer . Relevanta fenomen inkluderar supernovaxplosioner , gammastrålningsutbrott , kvasarer , blazarer , pulsarer och kosmisk mikrovågsbakgrundstrålning . Mer allmänt studerar astronomi allt som har sitt ursprung utanför jordens atmosfär . Kosmologi är en gren av astronomi som studerar universum som helhet.
Astronomi är en av de äldsta naturvetenskaperna. De tidiga civilisationerna i den registrerade historien gjorde metodiska observationer av natthimlen . Dessa inkluderar babylonierna , grekerna , indianerna , egyptierna , kineserna , mayaerna och många gamla urbefolkningar i Amerika . Tidigare inkluderade astronomi så olika discipliner som astrometri , himmelsk navigering , observationsastronomi och att göra kalendrar . Numera sägs professionell astronomi ofta vara detsamma som astrofysik .
Professionell astronomi är uppdelad i observations- och teoretiska grenar. Observationell astronomi är inriktad på att inhämta data från observationer av astronomiska objekt. Dessa data analyseras sedan med hjälp av fysikens grundläggande principer. Teoretisk astronomi är inriktad på utveckling av dator- eller analysmodeller för att beskriva astronomiska objekt och fenomen. Dessa två fält 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 upptäckten och observation av övergående händelser . Amatörastronomer har hjälpt till med många viktiga upptäckter, som att hitta nya kometer.
Etymologi
Astronomi (från grekiska ἀστρονομία från ἄστρον astron , "stjärna" och -νομία -nomia från νόμος nomos , "lag" eller "kultur") betyder "stjärnornas lag" (eller "stjärnans kultur" beroende på översättningen) . 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 distinkta.
Användning av begreppen "astronomi" och "astrofysik"
"Astronomi" och "astrofysik" är synonymer. Baserat på strikta ordlistdefinitioner avser "astronomi" att studera föremål och materia utanför jordens atmosfär och deras fysiska och kemiska egenskaper, medan "astrofysik" hänvisar till den gren av astronomi som behandlar "beteendet, fysiska egenskaper, och dynamiska processer av himmelska föremål och fenomen ". I vissa fall, som i introduktionen 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 mest moderna astronomiska forskningen behandlar ämnen relaterade till fysik, skulle modern astronomi faktiskt kunna kallas astrofysik. Vissa områden, till exempel astrometri, är rent astronomi snarare än också astrofysik. Olika avdelningar där forskare forskar om detta ämne kan använda "astronomi" och "astrofysik", delvis beroende på om institutionen är historiskt ansluten till en fysikavdelning, och många professionella astronomer har fysik snarare än astronomi. 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 endast av observation och förutsägelser av rörelser för objekt synliga för blotta ögat. På vissa platser samlade tidiga kulturer massiva artefakter som möjligen hade ett astronomiskt syfte. Förutom sina ceremoniella användningsområden kan dessa observatorier användas för att bestämma årstiderna, en viktig faktor för att veta när man ska plantera grödor och förstå längden på året.
Innan verktyg som teleskopet uppfanns genomfördes tidig studie 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 tidig 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 solens, månens och jordens natur i universum utforskades filosofiskt. Jorden tros vara centrum för universum med solen, månen och stjärnorna som roterar runt det. Detta är känt som universums geocentriska modell , eller det ptolemaiska systemet , uppkallat efter Ptolemaios .
En särskilt viktig tidig utveckling var början på matematisk och vetenskaplig astronomi, som började bland babylonierna , som lade grunden för de senare astronomiska traditionerna som utvecklades i många andra civilisationer. De Babylonierna upptäckte att månförmörkelser återkom i en upprepande cykel känd som en Saros .
Efter babylonierna gjordes betydande framsteg inom astronomin i det antika Grekland och den hellenistiska världen. Grekisk astronomi kännetecknas från början av att man söker en rationell, fysisk förklaring till himmelska fenomen. Under 300 -talet f.Kr. uppskattade Aristarchus från Samos månens och solens storlek och avstånd , och han föreslog en modell av solsystemet där jorden och planeterna roterade runt solen, nu kallad heliocentrisk modell. Under 2: a århundradet f.Kr. upptäckte Hipparchos precession , beräknade månens storlek och avstånd och uppfann de tidigast kända astronomiska enheterna som astrolabbet . Hipparchus skapade också en omfattande katalog med 1020 stjärnor, och de flesta av konstellationerna på norra halvklotet härrör från grekisk astronomi. Den Antikythera mekanismen (c. 150-80 BC) var en tidig analog dator utformad för att beräkna platsen för solen , månen och planeterna för ett visst datum. Tekniska artefakter av liknande komplexitet dök inte upp igen förrän på 1300 -talet, då mekaniska astronomiska klockor dök upp i Europa.
Medeltiden
Medeltida Europa rymde 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 heter Albion som skulle kunna användas för astronomiska beräkningar såsom lunar , sol- och planet longituder och kunde förutsäga förmörkelser . Nicole Oresme (1320–1382) och Jean Buridan (1300–1361) diskuterade först bevis för jordens rotation, vidare utvecklade Buridan också impulsteorin (föregångaren till den moderna vetenskapliga tröghetsteorin ) som kunde visa planeter var i stånd att röra sig utan ingång från änglar. Georg von Peuerbach (1423–1461) och Regiomontanus (1436–1476) hjälpte till att göra astronomiska framsteg instrumentella för Copernicus utveckling av den heliocentriska modellen decennier senare.
Astronomin 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 persiska muslimska astronomen Abd al-Rahman al-Sufi i sin bok om fasta stjärnor . Den SN 1006 supernova , den ljusaste skenbara magnitud stellar händelse i historien, observerades av den egyptiska arabiska astronom Ali ibn Ridwan och kinesiska astronomer i 1006. En del av den framstående islamiska (mestadels persiska och arabiska) astronomer som gjort betydande bidrag till vetenskapen inkluderar Al-Battani , Thebit , Abd al-Rahman al-Sufi , Biruni , Abū Ishāq Ibrāhīm al-Zarqālī , Al-Birjandi och astronomerna i Maragheh- och Samarkand- observatorierna. Astronomer under den tiden introducerade många arabiska namn som nu används för enskilda stjärnor .
Man tror också att ruinerna i Stora Zimbabwe och Timbuktu kan ha rymt astronomiska observatorier. I det postklassiska Västafrika studerade astronomer stjärnornas rörelse och förhållandet till årstider, skapade diagram över himlen samt exakta diagram över banor på de andra planeterna baserat på komplexa matematiska beräkningar. Songhai- historikern Mahmud Kati dokumenterade en meteordusch i augusti 1583. Européer hade tidigare trott att det inte hade skett 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 det gamla lärandet under senmedeltiden till upplysningen) gav den romersk -katolska kyrkan mer ekonomiskt och socialt stöd till studiet av astronomi än förmodligen alla andra institutioner. Bland kyrkans motiv var att hitta datumet för påsk.
Vetenskaplig revolution
.jpg)
Under renässansen , Nicolaus Copernicus föreslagit en heliocentric modell av solsystemet. Hans arbete försvarades av Galileo Galilei och utvidgades av Johannes Kepler . Kepler var den första som utarbetade 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 hans gravitation , som slutligen förklarade planeternas rörelser. Newton utvecklade också det reflekterande teleskopet .
Förbättringar av teleskopets storlek och kvalitet ledde till ytterligare upptäckter. Den engelska astronomen John Flamsteed katalogiserade över 3000 stjärnor. Mer omfattande stjärnkataloger togs fram av Nicolas Louis de Lacaille . Astronomen William Herschel gjorde en detaljerad katalog över nebulositet och kluster, och 1781 upptäckte planeten Uranus , den första nya planeten som hittades.
Under 18–19-talen ledde studien av trekroppsproblemet av Leonhard Euler , Alexis Claude Clairaut och Jean le Rond d'Alembert till mer exakta förutsägelser om månens och planets rörelser. Detta arbete förfinades ytterligare av Joseph-Louis Lagrange och Pierre Simon Laplace , vilket gjorde det möjligt att uppskatta massorna av planeter och månar utifrån deras störningar.
Betydande framsteg inom astronomin skedde med introduktionen av ny teknik, inklusive spektroskop och fotografering . Joseph von Fraunhofer upptäckte cirka 600 band i solens spektrum 1814–15, som 1859 tillskrev Gustav Kirchhoff närvaron av olika element. Stjärnor visade sig likna jordens egen sol, men med ett brett spektrum av temperaturer , massor och storlekar.
Förekomsten av jordens galax, Vintergatan , som sin egen grupp av stjärnor bevisades först på 1900 -talet, tillsammans med förekomsten av "yttre" galaxer. Den observerade lågkonjunkturen i dessa galaxer ledde till upptäckten av universums expansion . Teoretisk astronomi ledde till spekulationer om förekomsten av föremål som svarta hål och neutronstjärnor , som har använts för att förklara sådana observerade fenomen som kvasarer , pulsarer , blazarer och radiogalaxer . Fysisk kosmologi gjorde stora 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 mängderna av element . Rymdteleskop har möjliggjort mätningar i delar av det elektromagnetiska spektrum som normalt blockeras eller suddas ut av atmosfären. I februari 2016 avslöjades det att LIGO -projektet hade upptäckt tecken på gravitationella vågor i september föregående.
Observationell astronomi
Den viktigaste informationskällan om himlakroppar och andra föremål är synligt ljus , eller mer allmänt elektromagnetisk strålning . Observationell astronomi kan kategoriseras enligt motsvarande region i det elektromagnetiska spektrum på vilket observationerna görs. Vissa delar av spektrumet kan observeras från jordens yta, medan andra delar endast kan observeras antingen från höga höjder eller utanför jordens atmosfär. Specifik information om dessa underfält finns nedan.
Radio astronomi
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 är lika enkelt att göra vid kortare våglängder.
Även om vissa radiovågor emitteras direkt av astronomiska föremål, en produkt av termisk emission , är det mesta av radioemissionen som observeras resultatet av synkrotronstrålning , som produceras när elektroner kretsar kring magnetfält . Dessutom, ett antal spektrallinjer produceras av interstellär gas , i synnerhet väte spektrallinjen vid 21 cm, är observer vid radiovåglängder.
En mängd andra objekt kan observeras vid radiovåglängder, inklusive supernovor , interstellär gas, pulsarer och aktiva galaktiska kärnor .
Infraröd astronomi
Infraröd astronomi bygger på detektion 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, till exempel planeter, stjärnor eller nebulosor vars ljus blockeras av damm. De längre våglängderna för infrarött kan tränga in i dammmoln 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 effektiv vid avtäckningen många galaktiska proto och deras värd stjärnhopar . Med undantag för infraröda våglängder nära synligt ljus, absorberas sådan strålning kraftigt av atmosfären eller maskeras, eftersom själva atmosfären producerar betydande infraröda utsläpp. Följaktligen måste infraröda observatorier vara placerade på höga, torra platser på jorden eller i rymden. Vissa molekyler strålar starkt i det infraröda. Detta gör det möjligt att studera rymdets kemi; mer specifikt kan den upptäcka vatten i kometer.
Optisk astronomi
Historiskt sett är optisk astronomi, även kallad synligt ljus astronomi, 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 fotografisk utrustning. Moderna bilder görs med digitala detektorer, särskilt med hjälp av laddningskopplade enheter (CCD) och spelas in på modernt medium. Även om synligt ljus i sig sträcker sig från ungefär 4000 Å till 7000 Å (400 nm till 700 nm), kan samma utrustning användas för att observera lite 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 är bäst lämpad för studier av termisk strålning och spektrala emissionslinjer från hetblå 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. Eftersom ultraviolett ljus lätt absorberas av interstellärt damm är en justering av ultravioletta mätningar nödvändig.
Röntgen astronomi
Röntgenastronomi använder röntgenvåglängder . Normalt produceras röntgenstrålning genom synkrotronemission (resultatet av elektroner som kretsar runt magnetfältlinjer), 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 röntgenbinarier , pulsarer , supernovarester , elliptiska galaxer , galaxgrupper och aktiva galaktiska kärnor .
Gamma-ray astronomi
Gammastrålastronomi observerar astronomiska objekt vid de kortaste våglängderna i det elektromagnetiska spektrumet. Gammastrålningar kan observeras direkt av satelliter som Compton Gamma Ray -observatoriet eller av specialiserade teleskop som kallas atmosfäriska Cherenkov -teleskop . Cherenkov -teleskopen detekterar inte gammastrålarna direkt utan upptäcker istället blixtarna av synligt ljus som produceras när gammastrålar absorberas av jordens atmosfär.
De flesta gammastrålningskällor är faktiskt gammastrålningsutbrott , objekt som bara producerar gammastrålning under några millisekunder till tusentals sekunder innan de försvinner. Endast 10% av gammastrålkällorna är icke-övergående källor. Dessa stabila gammastrålningssändare inkluderar pulsarer, neutronstjärnor och svarta hålskandidater som aktiva galaktiska kärnor.
Fält som inte är baserade på det elektromagnetiska spektrumet
Förutom elektromagnetisk strålning kan några andra händelser som härrör från stora avstånd observeras från jorden.
Inom neutrino -astronomi använder astronomer kraftigt skärmade underjordiska anläggningar som SAGE , GALLEX och Kamioka II/III för att upptäcka neutrinoer . De allra flesta neutriner som strömmar genom jorden härstammar från solen , men 24 neutrinoer detekterades också från supernova 1987A . Kosmiska strålar , som består av mycket höga energipartiklar (atomkärnor) som kan förfalla 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 partiklarna som produceras när kosmiska strålar träffar jordens atmosfär.
Gravitationsvågs astronomi är ett framväxande astronomifält som använder gravitationsvågdetektorer för att samla observationsdata om avlägsna massiva föremål. Några observatorier har konstruerats, till exempel Laser Interferometer Gravitational Observatory LIGO . LIGO gjorde sin första upptäckt den 14 september 2015 och observerade gravitationella vågor från ett binärt svart hål . En andra gravitationsvåg detekterades den 26 december 2015 och ytterligare observationer bör fortsätta men gravitationella vågor kräver extremt känsliga instrument.
Kombinationen av observationer som görs med hjälp av elektromagnetisk strålning, neutrinoer eller gravitationsvågor och annan kompletterande information, kallas multi-messenger-astronomi .
Astrometri och himmelsk mekanik
Ett av de äldsta fälten inom astronomi, och inom hela vetenskapen, är mätning av positionerna för himmelska föremål. Historiskt sett har noggrann kunskap om positionerna för solen, månen, planeterna och stjärnorna varit av avgörande betydelse för himmelsnavigering (användning av himmelska föremål för att styra navigering) och för att göra kalendrar .
Noggrann mätning av planeternas positioner har lett till en gedigen förståelse av gravitationella störningar och en förmåga att bestämma tidigare och framtida positioner för planeterna med stor noggrannhet, ett område som kallas himmelsk mekanik . På senare tid kommer spårning av nära jordobjekt att möjliggöra förutsägelser av nära möten eller potentiella kollisioner av jorden med dessa föremål.
Mätningen av stjärnparallaxen för närliggande stjärnor ger en grundläggande baslinje i den kosmiska avståndsstegen 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 radiell hastighet och korrekt rörelse av stjärnor gör det möjligt för astronomer att rita rörelsen för dessa system genom Vintergatans galax. Astrometriska resultat är grunden för att beräkna fördelningen av spekulerad mörk materia i galaxen.
Under 1990 -talet användes mätningen av stjärnornas svängande 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 numeriska beräkningssimuleringar ; var och en har sina särskilda fördelar. Analytiska modeller av en process är bättre för att ge bredare inblick i hjärtat av det som pågår. Numeriska modeller avslöjar förekomsten av fenomen och effekter som annars inte observeras.
Teoretiker inom astronomi strävar efter att skapa teoretiska modeller och utifrån resultaten förutsäga observationella konsekvenser av dessa modeller. Observationen av ett fenomen som en modell förutspår gör det möjligt för astronomer att välja mellan flera alternativa eller motstridiga modeller som den som bäst kan beskriva fenomenen.
Teoretiker försöker också generera eller modifiera modeller för att ta hänsyn till ny data. Vid en inkonsekvens mellan data och modellens resultat är den allmänna 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 tid leda till att en modell totalt överges.
Fenomen modellerade av teoretiska astronomer inkluderar: stjärndynamik och evolution ; galaxbildning ; storskalig distribution av materia i universum ; kosmiska strålars ursprung ; allmän relativitetsteori och fysisk kosmologi , inklusive strängkosmologi och astropartikelfysik . Astrofysisk relativitet fungerar som ett verktyg för att mäta egenskaperna hos storskaliga strukturer för vilka gravitation spelar en betydande roll i fysiska fenomen som undersöks och som grund för svarta hål ( astro ) fysik och studier av gravitationella vågor .
Vissa allmänt accepterade och studerade teorier och modeller i astronomi, som nu ingår i Lambda-CDM-modellen är Big Bang , mörk materia och grundläggande teorier om fysik .
Några exempel på denna process:
| Fysisk process | Experimentellt verktyg | Teoretisk modell | Förklarar/förutspår |
| Gravitation | Radioteleskop | Självgravitationssystem | Framväxten av ett stjärnsystem |
| Kärnfusion | Spektroskopi | Stjärnans utveckling | Hur stjärnorna lyser och hur metaller bildas |
| Big Bang | Hubble rymdteleskop , COBE | Expanderande universum | Universums ålder |
| Kvantfluktuationer | Kosmisk inflation | Flatness problem | |
| Gravitations kollaps | Röntgen astronomi | Allmän relativitet | Svarta hål i mitten av Andromeda Galaxy |
| CNO -cykel i stjärnor | Den dominerande energikällan för massiv stjärna. |
Tillsammans med kosmisk inflation är mörk materia och mörk energi de aktuella ledande ämnena inom astronomi, eftersom deras upptäckt och kontroverser har sitt ursprung under studiet av galaxerna.
Specifika underfält
Astrofysik
.png)
Astrofysik är den gren av astronomi som använder fysikens och kemins principer "för att fastställa de astronomiska objektens karaktär , snarare än deras positioner eller rörelser i rymden". Bland de studerade föremålen finns solen , andra stjärnor , galaxer , extrasolära planeter , det interstellära mediet och den kosmiska mikrovågsbakgrunden . Deras utsläpp undersöks över alla delar av det elektromagnetiska spektrumet , och de undersökta egenskaperna inkluderar ljusstyrka , densitet , temperatur och kemisk sammansättning. Eftersom astrofysik är ett mycket brett ämne tillämpar astrofysiker vanligtvis många fysikdiscipliner, inklusive mekanik , elektromagnetism , statistisk mekanik , termodynamik , kvantmekanik , relativitet , kärn- och partikelfysik och atom- och molekylfysik .
I praktiken innebär modern astronomisk forskning ofta en betydande mängd arbete inom den teoretiska och observationsfysiska sfären. Vissa studieområden för astrofysiker inkluderar deras försök att bestämma egenskaperna hos mörk materia , mörk energi och svarta hål ; huruvida tidsresor är möjliga, maskhål kan bildas eller multiverset existerar; och universums ursprung och slutliga öde . Ämnen som också studerats av teoretiska astrofysiker inkluderar bildning och utveckling av solsystemet ; stjärndynamik och evolution ; galaxbildning och utveckling ; magnetohydrodynamik ; storskalig struktur av materia i universum; kosmiska strålars ursprung ; allmän relativitet och fysisk kosmologi , inklusive strängkosmologi och astropartikelfysik .
Astrokemi
Astrokemi är studien av överflöd och reaktioner av molekyler i universum och deras interaktion med strålning . Disciplinen är en överlappning av astronomi och kemi . Ordet "astrokemi" kan tillämpas på både solsystemet och det interstellära mediet . Studiet av överflödet av element och isotopförhållandena i solsystem föremål, såsom meteoriter , kallas också cosmochemistry , medan studiet av interstel atomer och molekyler och deras samverkan med strålning kallas ibland molekyl astrofysik. Bildning, atom och kemisk sammansättning, utveckling och öde för molekylära gasmoln är av särskilt 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 klimatets och havets ursprung.
Astrobiologi
Astrobiologi är ett tvärvetenskapligt vetenskapligt område som handlar om ursprung , tidig utveckling , distribution och framtid för livet i universum . Astrobiologi överväger frågan om utomjordiskt liv existerar, och hur människor kan upptäcka det om det gör det. Termen exobiologi är liknande.
Astrobiologi använder molekylärbiologi , biofysik , biokemi , kemi , astronomi, fysisk kosmologi , exoplanetologi och geologi för att undersöka möjligheterna till liv i andra världar och hjälpa till att känna igen biosfärer som kan skilja sig från jorden. Livets ursprung och tidiga utveckling är en oskiljaktig del av astrobiologins disciplin. Astrobiologi sysslar med tolkning av befintliga vetenskapliga data , och även om spekulationer är underhållna för att ge sammanhang, handlar astrobiologi främst om hypoteser som passar fast i befintliga vetenskapliga teorier .
Detta tvärvetenskapliga område omfattar forskning om planetsystemens ursprung, organiska föreningars ursprung i rymden , berg-vatten-kol-interaktioner, abiogenes på jorden, planetarisk livsmiljö , forskning om biosignaturer för livsdetektering och studier om livets potential 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 -
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(för miljarder år sedan ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kosmologi (från grekiska κόσμος ( kosmos ) "värld, universum" och λόγος ( logos ) "ord, studie" eller bokstavligen "logik") kan betraktas som studiet av universum som helhet.
.png)
Observationer av universums storskaliga struktur , en gren som kallas fysisk kosmologi , har gett en djup förståelse för kosmos bildning 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 13,8 miljarder år till dess nuvarande tillstånd. Begreppet Big Bang kan spåras tillbaka till upptäckten av mikrovågsbakgrundsstrålningen 1965.
Under denna expansion genomgick universum flera evolutionära stadier. I de mycket tidiga stunderna teoretiseras det att universum upplevde en mycket snabb kosmisk inflation , vilket homogeniserade startförhållandena. Därefter producerade nukleosyntes elementära överflöd i det tidiga universum. (Se även nukleokosmokronologi .)
När de första neutrala atomerna bildades från ett hav av urjoner, blev rymden transparent för strålning och släppte ut energin som betraktas som mikrovågsbakgrundsstrålning idag. Det expanderande universum genomgick sedan en mörk ålder på grund av bristen på stjärnkällor.
En hierarkisk materiestruktur började bildas från små variationer i rymdens massdensitet. Material samlades i de tätaste regionerna och bildade gasmoln och de tidigaste stjärnorna, Population III -stjärnorna . Dessa massiva stjärnor utlöste återjoniseringsprocessen och tros ha skapat många av de tunga elementen i det tidiga universum, som genom kärnkraftsförfall skapar lättare element, vilket gör att nukleosyntescykeln kan fortsätta längre.
Gravitationsaggregationer samlas i filament och lämnar tomrum i luckorna. Så småningom slogs organisationer av gas och damm samman för att bilda de första primitiva galaxerna. Med tiden drog dessa in mer materia och organiserades ofta i grupper och galaxkluster , sedan i superskalor i större skala.
Olika fysikområden är avgörande för att studera universum. Tvärvetenskapliga studier involverar områdena kvantmekanik , partikelfysik , plasmafysik , kondensmaterialfysik , 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 läggs stora ansträngningar på att försöka förstå fysiken hos dessa komponenter.
Extragalaktisk astronomi
Studiet av objekt utanför vår galax är en gren av astronomin som sysslar med 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 senare viktigt för förståelsen av kosmos storskaliga struktur .
De flesta galaxer är organiserade i olika former som möjliggör klassificeringsscheman. De är vanligtvis indelade i spiral- , elliptiska och oregelbundna galaxer.
Som namnet antyder har en elliptisk galax tvärsnittsformen av en ellips . Stjärnorna rör sig längs slumpmässiga banor utan önskad riktning. Dessa galaxer innehåller lite eller inget interstellärt damm, få stjärnbildande regioner och äldre stjärnor. Elliptiska galaxer finns vanligare i kärnan i galaktiska kluster och kan ha bildats genom sammanslagningar av stora galaxer.
En spiralgalax är organiserad i en platt, roterande skiva, vanligtvis med en framstående utbuktning eller stång i mitten, och bakom ljusa armar som spiraler utåt. Armarna är dammiga områden med stjärnbildning inom vilka massiva unga stjärnor ger en blå nyans. Spiralgalaxer omges vanligtvis av en gloria av äldre stjärnor. Både Vintergatan och en av våra närmaste galaxgrannar, Andromedagalaxen , är spiralgalaxer.
Oregelbundna galaxer är kaotiska i utseende och är varken spiralformade eller elliptiska. Ungefär en fjärdedel av alla galaxer är oregelbundna, och sådana galaxers speciella former kan vara resultatet av gravitationell interaktion.
En aktiv galax är en formation som avger en betydande mängd av sin energi från en annan källa än dess stjärnor, damm och gas. Den drivs av en kompakt region i kärnan, som anses vara ett supermassivt svart hål som avger strålning från fallande material.
En radiogalax är en aktiv galax som är mycket lysande i radiodelen av spektrumet och som avger enorma plumes eller lober av gas. Aktiva galaxer som avger kortare frekvens, högenergistrålning inkluderar Seyfert-galaxer , kvasarer och Blazars . Kvasarer tros vara de mest genomgående lysande objekten i det kända universum.
Den storskaliga struktur av kosmos representeras av grupper och kluster av galaxer. Denna struktur är organiserad i en hierarki av grupper, varav den största är superklusterna . Det kollektiva materialet formas till trådar och väggar och lämnar stora tomrum mellan dem.
Galaktisk astronomi
De solsystem banor inom Vintergatan , en stavgalax som är en framstående medlem av lokala gruppen av galaxer. Det är en roterande massa av gas, damm, stjärnor och andra föremål, som hålls samman av ömsesidig gravitation. Eftersom jorden är belägen i de dammiga yttre armarna, finns det stora delar av Vintergatan som döljs från sikten.
I Vintergatans centrum är kärnan, en stångformad utbuktning med vad som tros vara ett supermassivt svart hål i mitten. Detta är omgivet av fyra primära armar som spiral från kärnan. Detta är en region med aktiv stjärnbildning som innehåller många yngre, befolknings -I -stjärnor. Skivan är omgiven av en sfäroidisk gloria av äldre, population II -stjärnor, liksom relativt täta koncentrationer av stjärnor som kallas globulära kluster .
Mellan stjärnorna ligger det interstellära mediet , ett område med gles materia. I de tätaste regionerna skapar molekylära moln av molekylärt väte och andra element stjärnbildande regioner. Dessa börjar som en kompakt pre-stjärnkärna eller mörka nebulosor , som koncentreras och kollapsar (i volymer bestämda av jeanslängden ) för att bilda kompakta protostjärnor.
När de mer massiva stjärnorna dyker upp, förvandlar de molnet till en H II -region (joniserat atomväte) av glödande gas och plasma. De stjärnvind och supernovaexplosioner från dessa stjärnor orsaka så småningom molnet för att skingra, ofta lämnar bakom en eller flera unga öppna stjärnhopar av stjärnor. Dessa kluster 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 som kan stå för synlig materia. En halo av mörk materia verkar dominera massan, även om naturen hos denna mörka materia 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 datasimuleringar av interiören. Stjärnbildning sker i täta områden av damm och gas, kända som gigantiska molekylära moln . När de är destabiliserade kan molnfragment kollapsa under påverkan av tyngdkraften och bilda en protostjärna . En tillräckligt tät och varm kärnregion kommer att utlösa kärnfusion och därmed skapa en huvudsekvensstjärna .
Nästan alla element tyngre än väte och helium har skapats inne kärnorna av stjärnor.
Den resulterande stjärnans egenskaper beror främst på dess startmassa. Ju mer massiv stjärnan är, desto större är dess ljusstyrka och desto snabbare smälter den sitt vätebränsle till helium i kärnan. Med tiden omvandlas detta vätebränsle helt till helium, och stjärnan börjar utvecklas . Fusion av helium kräver en högre kärntemperatur. En stjärna med tillräckligt hög kärntemperatur kommer att pressa sina yttre lager utåt samtidigt som dess kärntäthet ökar. Den resulterande röda jätten som bildas av de expanderande yttre skikten har en kort livslängd, innan heliumbränslet i kärnan i sin tur förbrukas. Mycket massiva stjärnor kan också genomgå en rad evolutionära faser, eftersom de förenar allt tyngre element.
Stjärnans slutliga öde beror på dess massa, med massastjärnor som är större än cirka åtta gånger solen blir kärnkollaps -supernovor ; medan mindre stjärnor blåser av sina yttre lager och lämnar bakom den inerta kärnan i form av en vit dvärg . Utstötningen av de yttre skikten bildar en planetarisk nebulosa . Resterna av en supernova är en tät neutronstjärna , eller, om stjärnmassan var minst tre gånger solens, ett svart hål . Tätt kretsande binära stjärnor kan följa mer komplexa evolutionära vägar, till exempel massöverföring till en vit dvärgkompis som potentiellt kan orsaka en supernova. Planetära nebulosor och supernovor fördelar " metaller " 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.
Solastronomi
På ett avstånd av cirka åtta ljusminuter är den mest studerade stjärnan solen , en typisk dvärgstjärna i huvudsekvensen i 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 solfläckcykeln . Detta är en 11-årig svängning i antal solfläckar . 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 ljusstyrkan som kan ha en betydande inverkan på jorden. Den Maunder minimum , till exempel, tros ha orsakat lilla istiden fenomen under medeltiden .
Den synliga yttre ytan av solen kallas fotosfären . Ovanför detta lager finns en tunn region som kallas kromosfären . Detta är omgivet av en övergångsregion med snabbt stigande temperaturer, och slutligen av den överhettade koronan .
I mitten av solen är kärnregionen, en volym med tillräcklig temperatur och tryck för att kärnfusion ska kunna inträffa. Ovanför kärnan är strålningszonen , där plasma förmedlar energiflöde med hjälp av strålning. Ovanför ligger konvektionszonen där gasmaterialet transporterar energi främst genom fysisk förskjutning av gasen som kallas konvektion. Man tror att massrörelsen inom konvektionszonen skapar magnetisk aktivitet som genererar solfläckar.
En solvind av plasmapartiklar strömmar ständigt utåt från solen tills den, vid yttersta gränsen för solsystemet, når heliopausen . När solvinden passerar jorden interagerar den med jordens magnetfält ( magnetosfär ) och avböjer solvinden, men fångar några som skapar Van Allen -strålningsbälten som omsluter jorden. De aurora skapas när solvinden partiklar styrs av de magnetiska flödeslinjerna i jordens polarområden där linjerna sedan sjunka in i atmosfären .
Planetvetenskap
Planetvetenskap är studiet av sammansättningen av planeter , månar , dvärgplaneter , kometer , asteroider och andra kroppar som kretsar kring solen, liksom extrasolära planeter. Den Solsystemet har relativt väl studerade, inledningsvis genom teleskop och sedan genom rymdfarkoster. Detta har gett en god övergripande förståelse för bildandet och utvecklingen av solens planetsystem, även om många nya upptäckter fortfarande görs.
Solsystemet är indelat i det inre solsystemet (indelat i de inre planeterna och asteroidbältet ), det yttre solsystemet (indelat i de yttre planeterna och centaurerna ), kometer, den trans-neptuniska regionen (indelad i Kuiperbältet , och den spridda skivan ) och de längsta regionerna (t.ex. gränserna för heliosfären och Oortmolnet , som kan sträcka sig så långt som ett ljusår). De inre markplaneterna 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 skivan som omgav den tidiga solen. Genom en process som inkluderade gravitationsattraktion, kollision och ackumulering bildade disken klumpar av material som med tiden blev protoplaneter. Den strålningstryck av solvinden sedan ut det mesta av unaccreted materia, och endast de planeter med tillräcklig massa behöll sin gasatmosfär. Planeterna fortsatte att sopa upp eller kasta ut det återstående materialet under en period av intensivt bombardemang, vilket framgår av de många slagkratrarna 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, segregerar 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 innefatta fasta och flytande områden, och vissa planetkärnor genererar sitt eget magnetfält , som kan skydda deras atmosfär från solvindavlägsnande.
En planets eller månens inre värme produceras från kollisioner som skapade kroppen genom förfall av radioaktiva material ( t.ex. uran , thorium 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 ackumuleras eller behåller en atmosfär kan också genomgå ytorosion från vind eller vatten. Mindre kroppar, utan tidvattenuppvärmning, svalnar snabbare; och deras geologiska aktivitet upphör med undantag av slagkratering.
Tvärvetenskapliga studier
Astronomi och astrofysik har utvecklat betydande tvärvetenskapliga kopplingar till 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 till icke-markbaserat liv. Astrostatistik är tillämpningen av statistik på astrofysik för analys av en stor mängd observations astrofysiska data.
Studien 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. Cosmochemistry är studiet av de kemikalier som finns inom solsystemet, inklusive ursprunget av elementen och variationer i de isotopkvoter. Båda dessa fält representerar en överlappning av disciplinerna astronomi och kemi. Som " rättsmedicinsk astronomi " har slutligen metoder från astronomi använts för att lösa problem med lag och historia.
Amatör astronomi
Astronomi är en av de vetenskaper som amatörer kan bidra mest till.
Sammantaget observerar amatörastronomer en mängd olika himmelska föremål och fenomen ibland med utrustning som de bygger själva . Vanliga mål för amatörastronomer inkluderar solen, månen, planeter, stjärnor, kometer, meteorregn och en mängd olika objekt på djuphimlen som stjärnkluster, galaxer och nebulosor. Astronomiklubbar finns över hela världen och många har program för att hjälpa sina medlemmar att sätta upp och slutföra observationsprogram inklusive dem för att observera alla föremål i Messier (110 objekt) eller Herschel 400 kataloger med intressanta platser på natthimlen. En gren av amatörastronomi, amatör fotografering innebär vidtagande av bilder av natthimlen. Många amatörer gillar att specialisera sig på observation av särskilda objekt, typer av objekt eller typer av händelser som intresserar dem.
De flesta amatörer arbetar med synliga våglängder, men en liten minoritet experimenterar med våglängder utanför det synliga spektrumet. Detta inkluderar användning av infraröda filter på konventionella teleskop, och även användning av radioteleskop. Pionjären inom amatörradioastronomi var Karl Jansky , som började observera himlen vid radiovåglängder på 1930 -talet. Ett antal amatörastronomer använda antingen hemgjord teleskop eller använda radioteleskop som ursprungligen byggdes för astronomi forskning, men som nu är tillgängliga för amatörer ( t.ex. den One-Mile teleskop ).
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 banor på mindre planeter. 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 astrofotografi.
Olösta problem inom astronomi
Även om den vetenskapliga disciplinen astronomi har gjort enorma framsteg när det gäller att förstå universums natur och dess innehåll, finns det fortfarande några viktiga obesvarade frågor. Svar på dessa kan kräva konstruktion av nya mark- och rymdbaserade instrument och eventuellt ny utveckling inom teoretisk och experimentell fysik.
- Vad är stjärnmasspektrumets ursprung? Det är, varför observerar astronomer samma fördelning av stjärnmassor - den initiala massfunktionen - till synes oavsett de ursprungliga förhållandena? En djupare förståelse av bildandet av stjärnor och planeter behövs.
- Finns det annat liv i universum ? Speciellt finns det något annat intelligent liv? Vad är i så fall förklaringen till Fermi -paradoxen ? Livets existens någon annanstans har viktiga vetenskapliga och filosofiska konsekvenser. Är solsystemet normalt eller atypiskt?
- Vilken karaktär har mörk materia och mörk energi ? Dessa dominerar kosmos utveckling och öde, men deras sanna natur är fortfarande okänd.
- Vad blir universums slutliga öde ?
- Hur bildades de första galaxerna? Hur bildades supermassiva svarta hål?
- Vad skapar de kosmiska strålarna med ultrahög energi ?
- Varför är överflödet av litium i kosmos fyra gånger lägre än vad som förutses av standard Big Bang -modellen?
- Vad händer egentligen bortom händelsehorisonten ?
Se även
- Luft massa
- Astronomiska akronymer
- Astronomiska instrument
- Kosmogoni
- Internationella året för astronomi
- Lista över astronomi akronymer
- Lista över ryska astronomer och astrofysiker
- Lista över programvara för astronomi forskning och utbildning
- Kontur av rymdvetenskap
- Vetenskapsturism
- Utforskning av rymden
- Starlight
- Stjärnkollision
- Universe: The Infinite Frontier (tv -serie)
Referenser
Bibliografi
- Forbes, George (1909). Astronomins historia . London: Plain Label Books. ISBN 978-1-60303-159-2.
- Harpaz, Amos (1994). Stellar Evolution . AK Peters, Ltd. ISBN 978-1-56881-012-6.
- Unsöld, A .; Baschek, B. (2001). Det nya kosmos: en introduktion till astronomi och astrofysik . Springer. ISBN 978-3-540-67877-9.
externa länkar
- NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) ( NED-avstånd )
- Internationella året för astronomi 2009 IYA2009 Huvudwebbplats
- Cosmic Journey: A History of Scientific Cosmology från American Institute of Physics
- Astronomi på södra halvklotet
- Celestia Motherlode Utbildningsplats för astronomiska resor genom rymden
- Kroto, Harry , Astrophysical Chemistry Lecture Series.
- Kärnböcker och kärnjournaler i astronomi, från Smithsonian/NASA Astrophysics Data System
- En resa med Fred Hoyle av Wickramasinghe, Chandra.
- Astronomiböcker från History of Science Collection på Linda Hall Library