علم الفلك

الثورة العلمية

وخلال عصر النهضة، قدم نيكولاس كوبرنيكس نموذج مركزية الشمس للمجموعة الشمسية. ثم جاء غاليليو غاليلي ويوهانس كيبلر مدافعين عن عمل كوبرنيكوس، ثم قاموا بتوسيعه وتصحيحه. وواصل غاليليو ابتكاراته مستخدماً التلسكوب لتعزيز ملاحظاته.
ويعد كبلر أول من وضع نظام لوصف تفاصيل حركة الكواكب مع الشمس في المركز بشكل صحيح. وجاء اختراع نيوتن للميكانيكا السماوية وابتكار قانون الجاذبية ليفسر حركة الكواكب. كما طور نيوتن التلسكوب العاكس.
وجاءت المزيد من الاكتشافات متزامنة مع تحسينات في حجم وجودة التليسكوب. كما أنتج نيكولاس لويس دو لكيل المزيد من القوائم النجمية. وقام عالم الفلك وليم هرشل بعمل قائمة مفصلة حول الضبابية والتكتلات، كما اكتشف كوكب أورانوس في عام 1781، وهو أول كوكب جديد يُكتشف. تم تحديد أول مسافة لنجم في عام 1838 عندما قام فريدريش بيسل بقياس تزيح النجم الثنائي 61 Cygni.
وخلال القرن التاسع عشر، أدت دراسة أويلر ، كليروت و دالمبير، لمعضلة الأجسام الثلاث إلى وجود تنبؤات أكثر دقة حول حركة القمر والكواكب. وقام لاغرانج ولابلاس بتلقيح هذا العمل، مما سمح بتقدير كتلة الأقمار والكواكب.
ظهر تقدم كبير في مجال علم الفلك مع إدخال التكنولوجيا الجديدة، بما في ذلك منظار التحليل الطيفي، والفُوتُوغْرافِيَا. واكتشف فراونهوفر حوالي 600 مجموعة من الألوان داخل طيف الشمس في 1814-15، والتي أرجعها كيرشوف في عام 1859 إلى وجود عناصر مختلفة. وثبت أن النجوم مشابهة للشمس الأرضية، ولكن مع اختلاف كبير في درجة الحرارة، والكتلة، والحجم.
ولم يثبت وجود مجرة كوكب الأرض، مجرة درب التبانة، باعتبارها مجموعة منفصلة من النجوم إلا في القرن العشرين، بالإضافة إلى المجرات "الخارجية"، والتوسع الكوني الملحوظ في تراجع معظم المجرات عنا. واكتشف علم الفلك الحديث العديد من الأجسام الغريبة مثل النجوم الزائفة، والنباض، والمتوهجات، والمجرات الراديوية، كما استخدم تلك الاكتشافات لتطوير النظريات الفيزيائية التي تصف بعض هذه الأجسام بالتساوي مع الأجسام الغريبة مثل الثقوب السوداء، والنجوم النيوترونية. وتقدم علم الكونيات الفيزيائي خلال القرن العشرين، من خلال نموذج الانفجار الكبير والذي دعمته أدلة من علم الفلك والفيزياء مثل إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وقانون هابل، والتوافر الكوني للعناصر.

الميادين التي لا تعتمد على الطيف الكهرومغناطيسي

يمكن رؤية بعض الأشياء من كوكب الأرض على بعد مسافات بعيدة، باستثناء الأشعة الكهرومغناطيسية.
وفي علم الفلك النيوتريني، يستخدم الفلكيون منشآت تحت الأرض لرصد النيوترينات مثل تجربة الكاليوم السوڤييتية-الأمريكية، وتجربة الكاليوم، وكاميوكا الثاني والثالث. وجاءت هذه النيوترونات أساساً من الشمس ومن المستعر الأعظم.
وتتكون الأشعة الكونية من جزيئات عالية الطاقة يمكن أن تتحلل أو تمتص عند دخولها الغلاف الجوي لكوكب اللأرض، مما يؤدى إلى تكون مجموعة من الجسيمات. بالإضافة إلى ذلك، ستصبح بعض كواشف النيوترينات المستقبلية حساسة للنيوترونات الناتجة عن اختراق الأشعة الكونية للغلاف الجوي لكوكب الأرض.
ويعدّ علم فلك الموجات الثقالية نافذة جديدة من أنواع علم الفلك، وهو يهدف إلى استخدام كواشف موجات الجاذبية لجمع بيانات رصدية حول الجسيمات المدمجة. كما تم إنشاء بعض المراصد مثل مرصد الجاذبية الذي يعمل بتداخل ضوء الليزر (LIGO)، ولكن من الصعب رصد موجات الجاذبية.
واستفاد فلك الكواكب من الرصد المباشر الذي يأتي في شكل المركبات الفضائية والبعثات العينية.وهي تشمل البعثات ذات أجهزة الاستشعار عن بعد؛ والمركبات التي يمكنها القيام بتجارب فوق سطح المواد؛ والمؤثرات التي تسمح باستشعار المواد الدفينة عن بعد، والبعثات العائدة التي تسمح بالفحص المعملي المباشر.

علم الفلك النظري

يستخدم علماء الفلك النظري مجموعة كبيرة من الأدوات التي تتضمن نماذج تحليلية (مثل البوليتروبات التي تحدد سلوكيات النجوم)، والتحليل العددي الحسابي. ولكل نوع بعض المزايا. وتعد النماذج التحليلية لأي عملية مفيدة في إعطاء نظرة ثاقبة حول ما يحدث. ويمكن أن تكشف النماذج العددية عن وجود ظواهر وآثار لا يمكن رؤيتها.
ويحاول أصحاب النظريات الفلكية أن يصنعوا نماذج نظرية ومعرفة النتائج الرصدية لتلك النماذج. وذلك يساعد المراقبين في البحث عن البيانات التي يمكن أن تدحض نموذجاً أو تساعد في الاختيار بين النماذج البديلة أو المتضاربة.
كما يحاول أصحاب النظريات أيضاً صناعة أو تعديل نماذج تأخذ في الحسبان البيانات الجديدة. وفي حالة وجود تناقض، يتجه العامة إلى عمل أقل تعديلات ممكنة للنموذج لاحتواء البيانات. وفي بعض الحالات، قد تؤدي البيانات المتناقضة إلى التخلي الكلي عن النموذج.
وتشمل المواضيع التي ناقشها علماء الفلك النظري: ديناميات النجوم والتطور؛ تكون المجرات؛ هياكل المواد الكبيرة في الكون؛ مصدر الأشعة الكونية؛ النسبية العامة وعلم الكونيات المادي، بما في ذلك علم الكون الوتري. وتعد الفيزياء الفلكية بمثابة أداة لقياس خصائص الهياكل الكبيرة، حيث تلعب الجاذبية دورا هاما في التحقيق في الظواهر الفيزيائية، بالإضافة إلى أنها أساس الثقب الأسود ودراسة موجات الجاذبية.
وتشمل بعض النظريات المقبولة ونماذج علم الفلك، وهي الآن مدرجة في نموذج لامبدا: الانفجار العظيم، والتضخم الكوني، والمادة المظلمة، والنظريات الأساسية في علم الفيزياء.

دراسات متعددة التخصصات

ظهر العديد من الروابط الهامة متعددة التخصصات بين علم الفلك والفيزياء الفلكية ومع غيرها من المجالات العلمية الرئيسية. يدرس علم الفلك الأثرى الفلك القديم أو التقليدي من حيث سياقها الثقافي مستخدماً أدلة أثرية وأنثروبولوجية. بينما يهتم علم الأحياء الفضائي بدراسة ظهور وتطور النظم البيولوجية في الكون، مع التركيز بوجه خاص على إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض.
يطلق على دراسة المواد الكيميائية الموجودة في الفضاء، بما في ذلك التشكيل والتفاعل والدمار، بعلم الكيمياء الفلكية. وتوجد هذه المواد عادةً في السحب الجزيئية، على الرغم من أنها قد تظهر داخل النجوم ذات درجة حرارة منخفضة، والكواكب القزمية البنية. وتهتم الكيمياء الكونية بدراسة المواد الكيميائية الموجودة داخل المجموعة الشمسية، بما في ذلك أصول العناصر والاختلافات في نسب النظائر. ويمثل كل من هذه المجالات تداخل التخصصات في علم الفلك والكيمياء.