Stjörnufræði

Stjörnufræði (stundum kölluð stjarnvísindi) er náttúruvísindagrein sem fæst við rannsóknir á heiminum utan lofthjúps jarðar. Fólk sem leggur stund á greinina kallast stjörnufræðingar. Stjörnufræði rannsakar uppruna og þróun himintungla og annarra geimfyrirbæra sem hægt er að fylgjast með fyrir utan lofthjúp jarðar, með aðferðum stærðfræði, efnafræði og eðlisfræði. Stjörnufræði rannsakar meðal annars reikistjörnur, fylgihnetti, fastastjörnur, gasþokur, stjörnuþokur, reikisteina, loftsteina og halastjörnur. Stjörnufræðin skoðar líka geimfyrirbæri eins og sprengistjörnur, gammablossa, dulstirni, blasa, tifstjörnur og grunngeislun. Heimsfræði er undirgrein stjörnufræðinnar sem fæst við rannsóknir á alheiminum, sögu hans og eðli. Aðrar undirgreinar stjörnufræði eru stjarneðlisfræði og stjörnulíffræði.

Stjörnufræði er ein af elstu skipulegu fræðigreinum heims. Allt frá elstu siðmenningarsamfélögum jarðar skrifaði fólk niður athuganir sínar á næturhimninum. Forn-Egyptar, Babýloníumenn, Forn-Grikkir, Indverjar, Kínverjar og Majar, auk margra annarra þjóða, fengust við skipulega stjörnuskoðun og mælingar á stöðu stjarnanna. Stjörnufræði var notuð til að þróa tímatal og stjarnsiglingafræði, auk stjörnuspeki, sem er nú almennt talin hjáfræði.

Hægt er að skipta stjörnufræði gróflega í stjörnuathugun og kennilega stjörnufræði. Stjörnuathugun fæst við að safna gögnum um geimfyrirbæri með vettvangsathugun. Þessi gögn eru síðan greind úr frá grunnlögmálum eðlisfræðinnar. Kennileg stjörnufræði fæst við þróun greiningarlíkana til að skýra geimfyrirbæri sem koma fram í gögnum. Skýringarnar eru svo staðfestar með frekari athugunum.

Ólíkt mörgum öðrum vísindagreinum leikur áhugamennska hlutverk í stjörnufræði nútímans, aðallega við að uppgötva og fylgjast með tímabundnum geimfyrirbærum. Áhugafólk um stjörnufræði hefur oft uppgötvað mikilvæg geimfyrirbæri, eins og halastjörnur.

 Stjörnuskoðun 

Helsta uppspretta upplýsinga um himinhnetti og önnur geimfyrirbæri er sýnilegt ljós, eða rafsegulgeislun almennt séð. Hægt er að skipta stjörnuathugun í flokka eftir því hvaða tíðnisvið rafsegulgeislunar (eða annars konar geislun) er skoðað. Suma geislun er hægt að nema frá yfirborði jarðarinnar, en önnur geislun þarfnast nema sem staðsettir eru utan gufuhvolfsins. 

 Innroðastjörnufræði 
Innroðastjörnufræði byggist á greiningu innrauðrar geislunar á lengri bylgjulengdum en sýnilegt rautt ljós og utan við sjónsvið manna. Innrauða tíðnisviðið er gagnlegt til að rannsaka hluti sem eru of kaldir til að gefa frá sér sýnilegt ljós, eins og reikistjörnur, aðsópskringlur eða geimþokur sem eru alveg huldar geimryki. Innrautt ljós hefur lengri bylgjulengdir sem komast í gegnum rykský sem stöðva sýnilegt ljós. Þannig er hægt að skoða ungstirni innan í sameindaskýi og kjarna stjörnuþoka. Athuganir með geimsjónaukanum Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) hafa komið auga á margar frumstjörnur og stjörnuþyrpingar þar sem þær myndast.

Fyrir utan bylgjulengdir sem liggja nálægt sviði sýnilegs ljóss, dregur lofthjúpur jarðar í sig eða hylur mikið af innrauðri geislun frá geimnum. Lofthjúpurinn gefur sjálfur frá sér mikið af innrauðri geislun. Innrauðir geimsjónaukar eru því staðsettir á háum, þurrum stöðum, eða í geimnum. Sumar sameindir hafa sterka innrauða geislun. Þannig er hægt að greina efnasamsetningu hluta í geimnum; sérstaklega vatn á halastjörnum.

 Sjónstjörnufræði 
Sögulega séð er sjónstjörnufræði, sem fæst við stjörnuskoðun á tíðnisviði sýnilegs ljóss, elsta tegund stjörnuskoðunar. Upphaflega gerðu stjörnufræðingar teikningar af athugunum sínum. Frá því seint á 19. öld hefur sjónstjörnufræði notast við ljósmyndun. Í dag eru myndir gerðar með stafrænum nemum, ljósflögum, og geymdar á stafrænum miðli. Bylgjulengdir sýnilegs ljóss ná frá um 4000 Å að 7000 Å (frá 400 að 700 nanómetrum), en hægt er að nota sams konar búnað til að nema nær-útfjólublátt ljós og nær-innrautt ljós.

 Röntgenstjörnufræði 
Röntgenstjörnufræði skoðar geislun á tíðnisviði röntgengeisla. Röntgengeislun verður oftast til við samhraðalsgeislun (rafeindir sem ganga um segullínur), hemlunargeislun frá þunnum lofttegundum yfir 107 á Kelvín, og algeislun frá þykkum lofttegundum yfir 107 á Kelvín. Lofthjúpur jarðar dregur í sig röntgengeislun og því þarf að nema geislunina úr háloftabelgjum, eldflaugum eða gervitunglum. Þekktar uppsprettur röntgengeislunar eru röntgentifstjörnur, tifstjörnur, leifar sprengistjarna, sporvöluþokur, vetrarbrautaþyrpingar og virkir vetrarbrautarkjarnar.

 Gammageislastjörnufræði 
Gammageislastjörnufræði skoðar geislun á stystu bylgjulengdum rafsegulsviðsins. Sérútbúnir gervihnettir, eins og Compton Gamma Ray Observatory og sérhæfðir stjörnukíkjar (IACT), geta numið gammageisla frá geimfyrirbærum. IACT-stjörnukíkjar nema þó gammageisla ekki beint heldur ljósblossa sem verða þegar gammageislar koma inn í lofthjúp jarðar.

Flest geimfyrirbæri sem gefa frá sér gammageisla framleiða gammablossa sem standa aðeins í nokkrar millisekúndur og hverfa svo. Aðeins 10% gammageislunar koma frá föstum uppsprettum. Meðal slíkra uppspretta eru tifstjörnur, nifteindastjörnur og möguleg svarthol.

 Tilvísanir 

 Tenglar 
 Stjörnufræðivefurinn