天文學

天文學是一門研究天體和天文現象的自然科學。它使用數學、物理和化學來解釋它們的起源和演化。天文學的研究物件包括：行星、衛星、恆星、星雲、星系和彗星等天體，以及超新星爆炸、伽馬射線暴、類星體、耀變體、脈衝星和宇宙微波背景輻射等天文現象。更通俗地說，天文學研究起源於地球大氣層之外的一切事物。宇宙學是天文學的一個分支，從整體上研究宇宙。天文學是最古老的自然科學之一。歷史記載中的早期文明對夜空進行了系統的觀測。其中包括巴比倫天文學、希臘天文學、印度天文學、、中國天文學、瑪雅文明和許多古代美洲原住民的天文學。天文學包括多種學科，如天體測量學、天體力學、天文航海、觀測天文學、曆法和天體物理學。如今，專業天文學通常被與天體物理學畫上等號。專業天文學分為觀測和理論兩個分支。觀測天文學的重點是從對天體的觀測中獲取資料，然後利用物理學的基本原理對這些資料進行分析。理論天文學的面向是發展電腦或分析模型來描述天體和現象。這兩個領域相輔相成。理論天文學尋求解釋觀測結果，而觀測結果被用來證實理論結果。天文學是少數幾個業餘愛好者發揮活躍角色作用的科學之一。這對於瞬變事件的發現和觀測尤其如此。業餘天文學家幫助了許多重要發現，例如發現新的彗星。語源.漢語中「天文」一詞最早出現於《易傳》。《易經·賁卦·彖辭》：「剛柔交錯，天文也；文明以止，人文也。觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下。」「文」是指一切現象或形相，「天文」就是指自然現象。天文學的英語單詞Astronomy來自古希臘語}-太陽系所處的銀河系屬於棒旋星系，是本星系群中的一員。銀河系由氣體、塵埃、恆星等各種天體所組成，這些天體繞銀河系的中心公轉，並透過相互引力束縛在一起。太陽系位於銀河系一個螺旋臂的外端，因此銀河系有很大部分受塵埃的阻擋，觀測不易。銀河系中心是一個棒形隆起物，稱為核球。科學家相信在核球的最中心處有一個超大質量黑洞。從核球起有四條主螺旋臂向外輻射至外端，此處的恆星形成非常活躍，含較多的第一星族恆星。這些結構都基本位於同一平面上，平面以外還有一個扁球形銀暈，主要含年齡更大的第二星族恆星，亦含數以百計的球狀星團。恆星和恆星之間的空間充斥著低密度的物質，稱為星際介質。其中由氫等元素組成的分子雲是恆星誕生的區域，密度相對較高。高密度的星前核心或暗星雲坍縮，形成原恆星。大質量恆星出現後，分子雲變為由發光氣體和等離子體形成的電離氫區。這些恆星產生的恆星風和超新星爆炸最終使雲團疏散開來，往往留下若干年輕的疏散星團。這些星團慢慢分散開，其中的恆星融入銀河系眾多的恆星當中。在研究過銀河系及其他星系中物質的運動情況後，科學家發現普通的可見物質只是星系總質量的一小部分。圍繞星系的暗物質暈組成星系的大部分質量，但暗物質的本質仍然是一個未解之謎。星系天文學.對銀河系以外天體的研究分支包括：星系的形成和演化、星系分類、活動星系觀測以及星系群和星系團的觀測。對星系群和星系團等的觀測對瞭解宇宙大尺度結構有重要的意義。大部分星系都可根據形狀具體劃分為螺旋星系、橢圓星系及不規則星系。顧名思義，橢圓星系的截面呈橢圓形。星系中的恆星沿著隨機軌道，而不是一個特別的方向執行。在橢圓星系中，星際塵埃幾乎不存在或完全不存在，恆星誕生的區域少，恆星普遍較老。橢圓星系常見於星系團的中心，很可能是大星系相撞的產物。螺旋星系呈扁盤形，沿一個方向旋轉，中心有一個凸起的球狀物或棒狀物，從中伸出若干條螺旋臂，向外放射。螺旋臂發亮，充滿塵埃，是恆星誕生的區域，其中的年輕大質量恆星呈藍色。螺旋星系外圍一般是由老恆星組成的暈。銀河系和鄰近的仙女座星系都屬於螺旋星系。不規則星系是外表混亂，無法歸為螺旋或橢圓星系的星系。宇宙中有四分之一的星系都屬於此類。混亂的形狀很可能是引力擾動的結果。活動星系會發出巨大的能量，但這些能量並不來自它的恆星、塵埃或氣體，而是來自它的緻密核心。科學家相信，星系中心的超大質量黑洞在吸入物質後發出大量輻射，形成活動星系核。電波星系會發出大量的無線電波，並散發出羽狀或葉狀的巨大氣體結構。其他的活動星系則會發出波長較短的高能輻射，如西佛星系、類星體和耀變體。類星體是可觀測宇宙中持續亮度最高的天體。宇宙在大尺度上的結構由星系群和星系團組成。最大的星系集體稱為超星系團。宇宙中的物質在最大尺度上形成纖維狀結構和長城，之間則是巨大的空洞。物理宇宙學.自然演化歷程em;height:0.5191304347826082em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:0.9886956521739119em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:11.11304347826087em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:0.365217391304347em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:11.478260869565217em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:10.434782608695652em;margin-left:0.1em;width:9.9em;"&gt;em;em;height:9.130434782608695em;margin-left:1.2em;width:8.8em;"&gt;em;em;height:4.826086956521739em;margin-left:1.4000000000000001em;width:8.6em;"&gt;em;em;height:1.1577391304347824em;margin-left:2.0em;width:8.0em;"&gt;em;em;height:0.20869565217391323em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;"&gt;em;height:0.5191304347826082em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:0.26086956521739035em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;height:0.26086956521739035em;margin-left:0em;width:10em;"&gt;em;em;em;em;em;em;em;em;em;"&gt;em;em;em;"&gt;em;em;em;em;em;em;em;"&gt;生命em;"&gt;在地球之前em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;em;"&gt;時間軸單位：十億年。""宇宙學的研究物件是整個宇宙。物理宇宙學家透過觀測宇宙大尺度結構，對宇宙的開端和演化有了深入的認識。現代宇宙學的核心思想是大爆炸理論：宇宙在138億年前誕生，自此後不斷膨脹至今。1965年，科學家發現宇宙微波背景輻射，奠定了大爆炸的觀測基礎。宇宙在膨脹期間經歷了多個發展階段。宇宙學家猜測，宇宙最初曾有過極快速的宇宙暴脹，使波動的初始條件得以勻化。接著的核合成過程產生了早期宇宙的各種原子核。此時宇宙充斥著離子，光子不可穿透。直到中性原子形成，太空才變得「透明」。第一次不受阻擋穿透太空的光線，至今仍遊離於宇宙中，形成宇宙微波背景。有相當一段時間，由於恆星還未形成，宇宙是漆黑一片的。不同區域的物質質量密度有微乎其微的差異，物質因此開始聚合，形成各個尺度上的階級式結構。密度較高的物質成為了氣體雲和最早期的恆星──第三星族恆星。這些大質量恆星激發了再電離過程，製造了早期宇宙中的許多重元素。重元素在衰變後成為輕元素，使核合成週期可以延續下去。在引力的作用下，物質形成了大尺度纖維狀結構和巨大的空洞。氣體和塵埃逐漸聚集，形成早期星系。這些星系不斷納入更多的物質，並互相形成星系群和星系團，再組成超星系團。暗物質和暗能量的存在對宇宙的結構有著決定性作用。兩者合起來，共佔全宇宙質量的96%之多。因此，科學家正在極力試圖探究其背後的物理原理。跨學科研究.天文學和天體物理學與其他科學領域有著密切的跨學科關係。考古天文學利用考古學和人類學證據，研究遠古或傳統天文學在文化中的角色和地位。天體生物學研究生物系統在宇宙中的起源、演化和分佈，並特別關注地外生物能否存在，人類又如何能探測這些生命這些問題。將統計學方法應用在分析不可勝計的天文觀測資料上。天體化學研究宇宙中化學物質的形成和反應。宇宙化學專門研究太陽系內化學物質的分佈、及同位素比率的變化。利用天文學的知識，解答法律、歷史上的疑問，例如驗證拍攝照片的日期或確認有關天文藝術作品的創作時間。業餘天文學.天文學是眾多科學領域中，業餘者能夠最大程度參與的領域。業餘天文學家可以對各種天體和天文現象進行觀測，有的甚至會自己搭建觀測器材。最普遍的觀測物件包括：日、月、各大行星、小行星、彗星、流星雨、恆星以及星團、星系、星雲等深空天體。業餘天文俱樂部分佈在世界各地，有的會為成員提供各種幫助，從搭建器材乃至完成觀測梅西耶星表中的所有天體。天文攝影是業餘天文學的一個分支。許多業餘天文學家會選擇專門觀測某一類天體或某一類天文現象。大部分業餘天文學家都在可見光範圍內做觀測，但也有一小部分用可見光以外的波長進行觀測，包括在傳統天文望遠鏡上加上紅外濾光片，或使用射電望遠鏡。卡爾·央斯基在1930年代開始在無線電波長進行觀測，開創了業餘射電天文學。業餘天文學家不但可以使用自己的器材，還可以使用開放給業餘者的專業射電天文望遠鏡。與大多數現代科學領域不同的是，業餘天文學家至今仍在為天文學作出重大的貢獻。比如，他們透過掩星的方法提高小行星軌道的測量精度，發現新彗星，又對變星做定期觀測。隨著數碼科技的提升，業餘天文攝影也有了極大的進步。天文學未解之謎.儘管隨著天文學的驚人發展，人類已經對宇宙的認知有了翻天覆地的變化，但是在今天仍然有一些至關重要的天文學未解之謎。要解答這些謎題，有可能需要新的地面或太空觀測儀器，乃至理論和實驗物理上的新發展。