Астрономия – наука о небесных объектах и о Вселенной в целом.
Астрономические знания стали формироваться и развиваться ещё в глубокой древности. И уже тогда такие мыслители как Аристотель утверждали, что Земля имеет форму шара, а Аристарх Самосский говорил о том, что Земля обращается вокруг Солнца, а не наоборот.
Современное бурное развитие науки и техники и начавшееся исследование космоса требуют накопления новых знаний и умений. Повышается роль таких научных дисциплин как астрофизика и связанных с нею научных направлений.
Что изучает астрофизика?
Астрофизика – это область астрономии, которая занимается изучением небесных тел, их систем и пространства, расположенного между ними. Изучение проводится на основе физических процессов и явлений, которые происходят во Вселенной
Астрофизика занимается исследованием самых разных небесных тел, начиная с космической пылинки, и заканчивая Вселенной как единым целым. Кроме того, астрофизика изучает все виды полей (такие как гравитационные магнитные и электромагнитного излучения), а также особенности геометрических свойств космического пространства.
Целью исследований в астрофизике является изучение и рассмотрение строения, взаимодействия и эволюции небесных тел во всей Вселенной.
Главным методом в астрофизике является пассивное наблюдение, поскольку невозможно провести эксперимент.
Астрофизика является одной из неотъемлемых частей физики поскольку благодаря астрофизическим наблюдениям можно изучать процессы, которые невозможны в условиях физических земных лабораторий.
Астрофизика делится на следующие сферы исследования:
- теоретическая
- наблюдательная
Однако, грань между ними ещё в конце ХХ века стала стираться.
В зависимости от места проведения наблюдения за небесным телом выделяют:
- наземную
- внеатмосферную наблюдательную астрофизику.
Области изучения астрофизики
Исходя из объектов исследования, выделяются следующие области изучения:
- Физика Солнечной системы
- Гелиофизика (исследует Солнце)
- Галактическая – объектом исследования является наша Галактика Млечный Путь.
- Внегалактическая астрономия – объектом исследования являются объекты за пределами нашей Галактики
- Космология – в данной дисциплине изучается Вселенная как единое целое.
Поскольку основную информацию исследователи получают в результате регистрации и анализа электромагнитного излучения астрономических объектов, то в астрофизике выделяют направлении исходя из метода получения нужной информации. А именно:
- Наблюдательная астрономия – выделилась в XIX веке.
- Радиоастрономия – эта дисциплина стала самостоятельным предметом в астрофизике с середины ХХ века.
- Ультрафиолетовая и рентгеновская астрономия – эти направления получили развитие с 1970 - х годов прошлого века.
- Инфракрасная, субмиллиметровая и гамма – астрономия
- Астрофизика космических лучей – её началом считаются 1960 е гг.
- Нейтринная астрофизика – зародилась в 1970 – годы.
- Гравитационно- волновая астрономия – стала активно развиваться в конце прошлого века. в этом разделе астрономии исследуются космические объекты при помощи исследования их гравитационного излучения. Для поиска таких сигналов используют детекторы гравитационных волн, которые регистрируют их.
Учитывая спектральное разрешение электромагнитного излучения выделяют:
- Астрофотометрия – занимается измерениями светового потока. Отмечается использование низкого разрешения для регистрации спектральных линий.
- Астроспектроскопия – занимается регистрацией и изучением спектральных линий.
- Астрополяриметрия – занимается изучением поляризационных излучений астрономических объектов.
История развития астрофизики
Астрофизика как теоретическая дисциплина ведёт свой отчет со времени Исаака Ньютона. До знаменитого британского учёного специалисты для описания движений астрономических объектов использовали сложные математические модели, опирающиеся на знания физики.
Однако, Исаак Ньютон в своих исследованиях пришёл к выводу, что одна и та же теория применима как к объяснению траектории орбит Луны и планет Солнечной системы так и к объяснению траектории пушечного ядра, выпущенного из жерла пушки на нашей планете.
Этот вывод привёл к знаменательному для того мировоззрения выводу, что мир земной и мир небесный, космический, подчиняются одним и тем же законам физики.
Разработанная Ньютоном модель была прогностического и описательного характера. Результатом ее применения стало открытие астрономами (путём расчетов) на орбите Урана новой планеты, которая получила название Нептун.
В дальнейшем уже в середине XIX века происходит развитие научной дисциплины о спектральном анализе, при помощи которого были произведены наблюдения определённых частот света.
Уже на заре своего развития спектроскопия показала, что звезды содержат в себе те же вещества, что есть на Земле. Также спектроскопия смогла показать, что ряд туманностей имеют полностью газообразный состав, а иные туманности содержат звезды. В будущем это наблюдение помогло укрепить мысль о том, что ряд туманностей таковыми не являлись, а были иными галактиками.
Астроном Сесилия Пейн в начале 192о-ых годов, используя в работе спектроскопию, обнаружила, что наблюдаемые звезды имеют в своём составе преимущественно водород. Кроме того, спектры наблюдаемых звезд позволили исследователям прийти к выводу о той скорости, с которой двигаются звезды в сторону нашей планеты и наоборот.
В 1930-ых годах американский астроном Эдвин Хаббл убедительно доказал, что Вселенная расширяется. Этот вывод был основан на теории относительности Альберта Эйнштейна и допплеровского сдвига частоты спектра звезд. Отметим, что в теории относительности уже было предвидение идеи о расширении Вселенной. В дальнейшем эти выводы лягут в основу теории Большого взрыва.
Возникновение в первой половине ХХ века ядерной физики, квантовой механики и физики элементарных частиц привело к возникновению и формулированию теории о влиянии ядерного синтеза на жизненный цикл звёзд.
В середине ХХ века, а именно в 1957 году астрономами Джеффри и Маргарет Бербидж вместе с физиками Уильямом Альфредом Фаулером и Фредом Хойлом был показан процесс, как по мере старения звёзд они производят, всё больше тяжелых элементов которые в свою очередь передаются более поздним звёздам во всё большем количестве.
На последнем этапе существования звёзд образуются элементы, обнаруженные на Земле, такие как железо (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%). Одним из этих элементов является углерод, который вместе с кислородом составляют основную массу всей живой материи, включая нас.
