Что изучает астрофизика астрономия
Астрофизика. Что изучает эта наука?
В самом общем смысле особенности этих наук таковы:
На практике все эти три направления науки образуют сплоченную семью. На вопрос о положении туманности или о том, какой свет она излучает астроном ответит первым. Задайте вопрос, из чего состоит туманность и как она сформировалась, и астрофизик будет рад ответить вам. Спросите, как данные будут соответствовать формированию Вселенной, и космолог, вероятно, превзойдет их всех. Но будьте осторожны — по любому из этих вопросов двое или трое могут начать говорить одновременно!
Астрофизика и ее цели
Астрофизики стремятся понять Вселенную и наше место в ней. В НАСА так определяют цели астрофизики — «узнать, как работает Вселенная, исследовать то, как она началась и как эволюционировала, и искать жизнь на планетах вокруг других звезд», — говорится на веб-сайте агентства.
НАСА заявляет, что эти цели порождают три общих вопроса:
Все началось с Ньютона
Хотя астрономия — одна из старейших наук, теоретическая астрофизика началась с Исаака Ньютона. До Ньютона астрономы описывали движения небесных тел с использованием сложных математических моделей без физической основы. Ньютон показал, что одна и та же теория может одновременно объяснить и орбиты лун и планет в пространстве, и траекторию пушечного ядра на Земле. Это добавило к совокупности доказательств потрясающий вывод. Оказалось, что небеса и Земля подчиняются одним и тем же физическим законам.
Полностью отделило модель Ньютона от предыдущих теорий то, что она являлась прогностической и описательной. Основываясь на аберрациях орбиты Урана, астрономы предсказали положение новой планеты, которая впоследствии была обнаружена и получила название Нептун.
Вехи в астрофизике
Единственный способ изучения удаленных объектов — это наблюдение излучения, которое они производят. Поэтому большая часть астрофизики связана с построением теорий, объясняющих механизмы, производящие это излучение.
Астрофизика дает ученым идеи о том, как извлечь из этого максимально полезную информацию. Первые гипотезы о природе звезд возникли в середине XIX века. Это произошло в ходе развития появившейся тогда науки о спектральном анализе. Она производит наблюдение определенных частот света, которые отдельные вещества поглощают и выделяют при нагревании. Спектральный анализ остается и сейчас весьма существенным для триумвирата космических наук. Он используется как для исследований, так и для тестирования новых теорий.
Ранняя спектроскопия представила первые доказательства того, что звезды содержат вещества, также присутствующие и на Земле. Спектроскопия показала, что некоторые туманности являются полностью газообразными, а некоторые из них содержат звезды. Это позже помогло укрепить идею о том, что некоторые туманности вообще не были туманностями. Это были другие галактики!
Теория большого взрыва
В начале 1920-х годов астроном Сесилия Пейн, используя спектроскопию, обнаружила, что звезды состоят преимущественно из водорода (по крайней мере, до своей старости). Спектры звезд также позволили астрофизикам определить скорость, с которой они двигаются в сторону Земли. Подобно тому, как звук, который излучает автомобиль, отличается по частоте в зависимости от того, двигается ли он к нам или от нас, из-за допплеровского сдвига частоты спектры звезд будут меняться соответственно
В 1930-х годах, объединив допплеровский сдвиг и теорию общей теории относительности Эйнштейна, Эдвин Хаббл получил убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется. Это также было предсказано теорией Эйнштейна и вместе составляет основу теории Большого Взрыва.
Также в середине 19-го века физики лорд Кельвин (Уильям Томсон) и Густав фон Гельмгольц предположили, что гравитационное сжатие может привести к усилению энергетики Солнца. Но в конце концов они поняли, что энергии, произведенной таким образом, хватит только на 100 000 лет. Пятьдесят лет спустя знаменитая формула Энштейна E = mc 2 дала астрофизикам ключ к тому, каков истинный источник энергии звезд. Хотя, как оказалось, гравитационное сжатие также играет в этом процессе важную роль.
Физика звезд
Астрофизика — это физика звезд и других отдаленных тел во Вселенной. Но она также может работать и «близко к дому». Согласно теории Большого Взрыва, первые звезды почти полностью состояли из водорода. Процесс ядерного синтеза, который активировал их, заставил атомы водорода создать более тяжелый элемент — гелий. В 1957 году астрономическая группа Джеффри и Маргарет Бербидж вместе с физиками Уильямом Альфредом Фаулером и Фредом Хойлом показала, как по мере старения звезд они производят все более тяжелые и тяжелые элементы. Эти элементы передаются более поздним поколениям звезд во все большем количестве.
На заключительных этапах жизни старых звезд образуются элементы, обнаруженные на Земле. Такие как железо (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%). Одним из этих элементов является углерод. Он вместе с кислородом составляет основную массу всей живой материи, включая нас.
Таким образом, астрофизика говорит, что хотя мы не все являемся звездами, все мы — звездная пыль.
Астрофизика
Из Википедии — свободной энциклопедии
Астрофи́зика (от др.-греч. ἀστήρ — «звезда, светило» и φυσικά — «природа») — раздел астрономии, использующий принципы физики и химии, который изучает физические процессы в астрономических объектах, таких как звёзды, галактики, экзопланеты и т. д. Физические свойства материи в самых больших масштабах и возникновение Вселенной изучает космология.
Астрофизика — учение о строении небесных тел. Астрофизика занимается изучением физических свойств и (наряду с космохимией) химического состава Солнца, планет, комет или звёзд и туманностей. Главные экспериментальные методы астрофизики: спектральный анализ, фотография и фотометрия вместе с обыкновенными астрономическими наблюдениями. Спектроскопический анализ составляет область, которую принято называть астрохимией или химией небесных тел, так как главные указания, даваемые спектроскопом, касаются химического состава изучаемых астрономических объектов. Фотометрические и фотографические исследования выделяются иногда в особые области астрофотографии и астрофотометрии. Само название астрофизики существует с 1865 года и предложено Цёлльнером.
В практике, современные астрономические исследования часто включают значительную работу в области теоретической и наблюдательной физики. Некоторые области изучения астрофизики включают в себя попытки описать свойства тёмной материи, тёмной энергии, чёрных дыр и других астрономических объектов; определить, возможны путешествия во времени или нет, существуют ли кротовые норы и мультивселенные; узнать происхождение и будущее Вселенной.
Астрофизика
Астрофи́зика (от др.-греч. ἀστήρ — «звезда, светило» и φυσικά — «природа») — наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звёзды, галактики и т. д. Физические свойства материи на самых больших масштабах и возникновение Вселенной изучает космология.
Астрофизика — учение о строении небесных тел. Астрофизика является таким образом частью астрономии, занимающаяся изучением физических свойств и химического состава Солнца, планет, комет или звёзд и туманностей. Главные экспериментальные методы астрофизики: спектральный анализ, фотография и фотометрия вместе с обыкновенными астрономическими наблюдениями. Спектроскопический анализ составляет область, которую правильнее было бы назвать астрохимией, химией небесных тел, так как главные указания, даваемые спектроскопом, касаются химического состава изучаемых астрономических объектов. Фотометрические и фотографические исследования выделяются иногда в особые области астрофотографии и астрофотометрии. Астрофизику не следует путать с физической астрономией, каковым именем принято обозначать теорию движения небесных тел, то есть то, что также носит название небесной механики. К Астрофизике относят также исследование строения поверхности небесных тел, Солнца и планет, насколько это возможно из телескопических наблюдений над этими телами. Само название астрофизики существует с 1865 года и предложено Цёлльнером. Астрофизические обсерватории существуют ещё только в очень немногих странах. Из них особенно знамениты Потсдамская обсерватория под управлением Фогеля и Медонская под управлением Жансена. В Пулкове также устроено астрофизическое отделение, во главе которого стоит Гассельберг. В настоящей статье мы изложим историю и главные результаты астроспектроскопии, или того отдела Астрофизики, который состоит из приложения спектрального анализа к изучению небесных тел.
Первые исследования спектра Солнца были предприняты одним из изобретателей спектрального анализа, Кирхгофом, в 1859 г. Результатом этих исследований был рисунок солнечного спектра, из которого можно было определить уже с большой точностью химический состав солнечной атмосферы. Раньше Кирхгофа высказывались только иногда отдельные предположения о возможности анализа солнечной атмосферы посредством спектроскопа и в особенности о существовании на Солнце натрия вследствие найденной в спектре его тёмной линии D натрия. Такие предположения высказывались, напр., Фуко в Париже, Стоксом в Кембридже. Между тем ещё незадолго до этого Огюст Конт высказал в своей «Положительной философии» убеждение в невозможности когда бы то ни было узнать химический состав небесных тел, хотя уже в 1815 г. Фраунгофер знал о существовании тёмных линий в спектре Солнца и о существовании характеристических спектров у некоторых отдельных звёзд Сириуса, Капеллы, Бетельгейзе, Проциона, Поллукса. После первых исследований Кирхгофа спектральным анализом небесных тел занялись с большим усердием несколько астрофизиков, которые вскоре представили чрезвычайно обстоятельные исследования спектров Солнца и неподвижных звёзд. Ангстром (вернее, Онгстром) изготовил чрезвычайно точный атлас солнечного спектра, Секки произвёл обозрение большого числа звёзд посредством спектроскопа и установил четыре типа звёздных спектров, Геггинс начал ряд исследований над спектрами отдельных ярких звёзд. Область применения спектроскопа постепенно расширялась. Геггинсу удалось наблюдать спектр некоторых туманностей и подтвердить уже неопровержимым образом предположение о существовании двух типов туманностей — звёздных, состоящих из куч звёзд, которые при достаточной оптической силе инструмента могут быть разложены на звёзды, и газообразных, действительных туманностей, относительно которых можно предполагать, что они находятся в фазе образования отдельных звёзд путём постепенного сгущения их вещества. С середины 60-х годов изучение поверхности Солнца посредством спектроскопа во время затмений и вне их вошло в состав непрерывных наблюдений, производящихся в настоящее время во многих обсерваториях. Геггинс, Локьер в Англии, Жансен во Франции, Фогель в Германии, Таккини в Италии, Гассельберг в России и др. дали обширные исследования, уяснившие строение верхних слоёв солнечной атмосферы (см. Солнце). В то же время с 1868 года по мысли Геггинса спектроскоп был применён и к исследованию собственных движений звёзд по направлению луча зрения посредством измерения перемещений линий их спектров измерения, которые в настоящее время также производятся систематически в Гринвичской обсерватории. Принцип Доплера, лежащий в основании этих измерений, был уже несколько раз проверен экспериментально, измерениями перемещений солнечного спектра и послужил Локьеру в его измерениях перемещений различных линий спектра Солнца к установлению его гипотезы о сложности химических элементов. Спектры комет, падающих звёзд, метеоритов, исследованные разными астрономами, а в последнее время в особенности Локьером, дали уже много весьма важных фактов в руки астроному, и в значительной степени послужили уяснению происхождения и развития звёзд и солнечной системы. Астрофизика шагает в настоящее время большими шагами вперёд, и следует думать что в ближайшем будущем раскрытые ею факты послужат установлению более полной космогонической теории, чем та, которая передана нам предыдущими поколениями.
Содержание
Наблюдательная астрофизика
Основная часть данных в астрофизике получается по наблюдению объектов в электромагнитных лучах. Исследуются как прямые изображения, полученные на различных длинах волн, так и электромагнитные спектры принимаемого излучения.
Другие типы излучения также могут наблюдаться с Земли. Было создано несколько обсерваторий в попытках наблюдения гравитационных волн. Созданы нейтринные обсерватории, позволившие прямыми наблюдениями доказать наличие термоядерных реакций в центре Солнца. С помощью этих детекторов также изучались удалённые объекты, такие как сверхновая SN1987a. Наблюдения высокоэнергетических частиц производится по наблюдениям их столкновений с земной атмосферой, порождающих ливни элементарных частиц.
Наблюдения также могут различаться по продолжительности. Большинство оптических наблюдений производятся с выдержками порядка минут или часов. Однако, в некоторых проектах, таких как Tortora, производится наблюдения с выдержкой менее секунды. Тогда как в других общее время экспозиции может составлять недели (например, такая выдержка использовалась при наблюдении глубоких хаббловских полей). Более того, наблюдения пульсаров могут производиться с временем экспозиции в миллисекунды, а наблюдения эволюции некоторых объектов могут занимать сотни лет, включая изучение исторических материалов.
Изучению Солнца отводится отдельное место. Из-за огромных расстояний до других звёзд, Солнце является единственной звездой, которая может быть изучена в мельчайших деталях. Изучение Солнца даёт основу для изучения других звёзд.
Теоретическая астрофизика
Теоретическая астрофизика использует как аналитические методы так и численное моделирование для изучения различных астрофизических явлений, построения их моделей и теорий. Подобные модели, построенные из анализа наблюдательных данных, могут быть проверены с помощью сравнения теоретических предсказаний и вновь полученных данных. Также наблюдения могут помочь в выборе одной из нескольких альтернативных теорий.
Объектом исследований теоретической астрофизики являются, например:
Что изучает астрофизика?
Сегодня мы рассмотрим возникновение астрофизики, ее цели, особенности, проблемы.
Хотя астрономия — одна из старейших наук, астрофизика началась с Исаака Ньютона. До Ньютона астрономы описывали движения небесных тел с использованием сложных математических моделей без физической основы. Ньютон показал, что одна и та же теория может одновременно объяснить и орбиты лун и планет в пространстве, и траекторию пушечного ядра на Земле. Это добавило к совокупности доказательств потрясающий вывод. Оказалось, что небеса и Земля подчиняются одним и тем же физическим законам.
Позднее, в середине XX в. получила развитие теория излучения, объясняющая, как и в каких условиях формируется наблюдаемое излучение звёзд и других небесных объектов. Это привело к появлению нового раздела астрономии — астрофизики.
Астрофизика как и любая наука преследует определенные цели.
Астрофизики хотят понять, что такое Вселенная и каково наше место в ней. Специалисты НАСА так определяют цели науки: «узнать, как работает Вселенная, исследовать то, как она началась и как эволюционировала, и искать жизнь на планетах вокруг других звезд».
Астрофизика занимается определением физических характеристик космических объектов и их взаимодействия. В своих теориях она опирается на знания о законах природы.
Ученые‑астрофизики сталкиваются с существенными ограничениями в своей работе, так как они не могут проводить эксперименты. Многие из сил, действующих в космосе, проявляют себя лишь на огромном расстоянии или при наличии гигантских по массе и объему объектов.
В таких условиях трудно себе представить получение данных об объектах. Непосредственного измерения нужных параметров в силу невозможности экспериментов в этом разделе астрономии не существует. В таком случае что изучают астрофизики и на чем основывают свои выводы? Главный источник информации для ученых в подобных условиях — это анализ электромагнитных волн, которые излучают небесные тела.
Ни одна наука не может похвастаться отсутствием проблем, астрофизика не исключение.
Современная наука шагнула далеко вперед. Сегодня астрофизики пользуются всеми новейшими достижениями в области регистрации электромагнитного излучения и получения на их основе данных об удаленных объектах. Однако нельзя сказать, что этот раздел астрономии абсолютно беспрепятственно движется по пути изучения Вселенной. Условия, складывающиеся в далеком космосе, подчас настолько трудны для регистрации и понимания, что интерпретация полученных данных о тех или иных объектах затруднительна.
Таким образом, на сегодняшний день это крайне интересная, загадочная и перспективная область исследования, которая с каждым днем будет только развиваться.
Физическая астрономия или астрофизика
Вы будете перенаправлены на Автор24
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:
Однако, грань между ними ещё в конце ХХ века стала стираться.
В зависимости от места проведения наблюдения за небесным телом выделяют:
Готовые работы на аналогичную тему
Области изучения астрофизики
Исходя из объектов исследования, выделяются следующие области изучения:
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:
Учитывая спектральное разрешение электромагнитного излучения выделяют:
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.