Астрофизика представляет часть астрономии, ориентированную на изучение физического состояния космических объектов и протекающих в них физических процессов.
Астрофизика существенно отличается от физической астрономии, направленной на изучение движений небесных тел (небесную механику). В задачи астрофизики входит также изучение строения поверхности небесных тел, Солнца и различных планет, представляющих интерес для исследователей.
Роль астрофизики в современном мире
Среди главных функций астрофизики – дистанционное исследование объектов с помощью приходящего излучения, которое в дальнейшем анализируется учеными, и на основании этого составляется заключение на тему физического состояния исследуемых объектов. Астрофизика условно делится на практическую и теоретическую.
Предмет исследования в астрофизике представляет вещество в своих разных состояниях и его излучение. Состояния бывают следующими:
- плазматическое;
- твердое;
- газообразное;
- жидкое.
Астрофизика, представляя составной элемент астрономии, ставит своей задачей исследование физических свойств и химического состава комет, планет, Солнца, туманностей и звезд.
Цели теоретической астрофизики
Теоретическая астрофизика ставит перед собой главные цели:
- устанавливать законы и разрабатывать теории появления и развития объектов космоса;
- строить модели физического состояния исследуемых объектов и сравнивать их со своими наблюдениями.
Рисунок 1. Модели Солнца и красного гиганта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Существуют такие разновидности моделей: красного гиганта, Солнца
Теоретическая астрофизика в своих исследованиях задействует не только аналитические методы, но и численное моделирование при изучении разнообразных явлений астрофизики, а также возникновения их теорий и построения различных моделей. Подобные модели, построенные при анализе данных наблюдений, можно проверить, сравнивая теоретические предположения с получаемыми данными. Наблюдения также помогают сделать верный выбор среди нескольких альтернативных теорий. В качестве объекта исследований в теоретической астрофизике выступают:
- магнитогидродинамика;
- физика межзвездной среды;
- физика чёрных дыр;
- эволюция звезд и их строение;
- эволюция галактик;
- звёздная динамика;
- астрофизическая гидродинамика;
- крупномасштабная структура Вселенной.
Главной задачей теоретической астрофизики является выяснение физической природы процессов и явлений, происходящих в космическом пространстве, и последующая интерпретация информации, полученной, благодаря наблюдениям.
Наиболее полную разработку в настоящее время получили проблемы звездной и солнечной фотосферы, теория туманностей и атмосфер звезд. Результаты и методика современной атомной теории позволяют ученым в полной мере объяснить процессы в поверхностных слоях звезд и другие подобные явления.
Практическая астрофизика и ее задачи
Рисунок 2. Метод фотометрии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Среди основных задач практической (наблюдательной) астрофизики выделяют такие:
- процесс регистрации излучения;
- процесс разработки специальных приборов;
- разработку методов регистрации (речь идет об адаптивных системах);
- разработку методик анализа.
Также существуют следующие методы в практической астрофизике:
- метод фотометрии;
- спектрофотометрии и поляриметрии;
- интерферометрии;
- спеклинтерферометрии и гравитационного линзирования;
- метод лучевых скоростей.
Среди основных инструментов, применяемых в практической астрофизике, используют:
- специальные телескопы видимого диапазона;
- рентгеновские и радиотелескопы;
- специальные регистрирующие приборы, такие как фотометры, спектрографы и поляриметры;
- особые приемники излучения.
Основную часть данных в астрофизике составляют специальные наблюдения объектов в электромагнитных излучениях. При этом исследование направлено не только на прямые изображения, (они получаются на разных по длине волнах), но и на электромагнитные спектры того излучения, которое принимается.
Радиоастрономия своей базовой задачей ставит изучение специальных излучений в пределах диапазона длин волн от 0.1 мм и до 100 м. Радиоволны могут испускать, например, такие холодные объекты, как:
- пылевые облака;
- межзвёздный газ;
- реликтовые излучения (следствие Большого Взрыва);
- впервые обнаруженные в диапазоне микроволн пульсарами;
- квазары и далекие радиогалактики.
При наблюдениях в радиодиапазоне должны быть задействованы специальные телескопы довольно больших размеров. Зачастую наблюдения проводят, применяя интерферометры и сети РСДБ.
Инфракрасная астрономия ориентирована на исследование особенностей излучения на волнах, которые находятся в промежутке между видимым светом и радиоизлучением.
Наблюдения в данной области спектра производятся обычно на специальных телескопах, подобных обычному оптическому телескопу. Объекты наблюдения при этом более холодные, чем звезды (межзвездная пыль, планеты).
Оптическая астрономия представляет древнюю область астрофизики. В современном мире ее главными инструментами считаются телескопы с матрицами ПЗС в качестве приемников изображений. Частыми являются наблюдения с применением специальных спектрографов. Ограничителем на наблюдения в рамках оптического диапазона выступает дрожание земной атмосферы. Оно становится определенным препятствием при наблюдениях на телескопах больших размеров.
Устранить эту проблему и получить при этом максимально четкое изображение помогают разнообразные методы (например, адаптивная оптика, спеклинтерферометрия, выведение телескопов в космос за пределы атмосферы). Такой диапазон позволяет астрофизикам четко рассматривать планетарные туманности и звезды, а также заниматься изучением их расположения и химического строения.
Такие виды астрономии, как ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма, своей базовой задачей ставят исследование объектов, в которых астрофизики наблюдают формирование высокоэнергетических частиц.
В число таких объектов могут входить черные дыры, двойные пульсары, магнетары и др. Земная атмосфера для излучения в этой части спектра будет непрозрачной. Поэтому имеется несколько методов наблюдений:
- наблюдение с космических телескопов;
- наблюдение черенковского эффекта в земной атмосфере др. типов излучений, которые могут также наблюдаться с Земли.
В попытках наблюдать за гравитационными волнами было создано несколько обсерваторий. Так, ученые создали нейтринные обсерватории, которые позволили им доказать существование в центре Солнца термоядерных реакций. Благодаря этим детекторам, изучались также удаленные объекты. Исследования высокоэнергетических частиц ученые проводят на основании наблюдений их столкновений с земной атмосферой.
