Астрофизика

Астрофизика — гранка на астрономијата која употребува физички и хемиски принципи со цел да ја определи природата на небесните тела наместо нивните положби или движења во вселената. Телата кои се изучуваат се Сонцето, други ѕвезди, галаксии, вонсончеви планети, меѓуѕвездената средина и космичкото микробраново зрачење.Нивното оддавање на енергија се разгледува во сите делови од електромагнетниот спектар, а меѓу својствата кои се испитуваат, се вклучени: сјајноста, густината, температурата и хемискиот состав. Бидејќи астрофизиката е обемна наука, астрофизичарите типично применуваат многу дисциплини од физиката, вклучувајќи механика, електромагнетизам, статистичка механика, термодинамика, квантна механика, јадрена и честична физика, и атомска и молекуларна физика.

Во пракса, во современата астрономија често се користи теориска и набљудувачка физика. Астрофизичарите се обидуваат да ги утврдат својствата на црната материја, црната енергија и црните дупки; дали е возможно да се патува низ времето, црвоточини, дали мултивселената постои; потеклото и крајот на универзумот . Теми кои исто така се разлгледувани од астрофизичките теоретичари се: создавање и развој на Сончевиот Систем; ѕвездена динамика и развој, создавање и развој на галаксии; магнетохидродинамика; структура од материја со големи размери во универзумот;  потеклото на космичките зраци, општа релативност и физичката космологија, вклучувајќи струнска космологија и астрочестична физика.

Астрофизиката може да студира на додипломско, магистерско и докторско ниво во оделите за физика и хемија на многу универзитети.

 Историја 
Иако астрономијата е стара колку пишаната историја, таа долго време е одделена од терестријалната физика. Според Аристотел, телата на небото се неменливи сфери чиишто единствени движења се непроменливи движења на топка, додека земниот свет е подложен на раст и распаѓање а природното движење е по права линија и завршува кога објектот во движење ќе стигне до целта. Од тоа произлегува идејата дека вселената е направена од целосно различен вид на материјата од таа што може да се најде на земјата, оган според Платон, или етер според Аристотел. Од XVII век, природните филозофи како Галилео Декарт и Њутон тврдат дека небесните и земните области се направени од слични видови материјали и се подложни на истите природни закони . Но, во тој период не биле осмислени потребните уреди за да ги докажат своите убедувања.

Во голем дел од XIX век, асторномските истражувања биле сосредоточени на рутинската работа од пресметување на позицијата и пресметување на движењето на астрономските објекти. Нов вид на асторономија, подоцна наречена астрофизика, започнува кога Вилијам Хајд Воластон и Јозеф фон Фраунхофер, одделно забележуваат дека, кога се разложува светлината од Сонцето, можат да се забележаат множество од темни линии (области каде има помалку или нема светлина) во спектарот. До 1860 година физичарот, Густав Кирхоф, и хемичарот, Роберт Бунсен, покажале дека темните линии во сончевиот спектар одговараат на светлите линии во спектарот на познатите гасови, специфичните линии одговараат на поединечните хемиски елементи. Од ова Кирхоф заклучува дека темните линии во сончевиот спектар се предизвикани од апсорбицијата на хемиските елементи во Сончевата атмосфера. На овој начин докажано е дека истите хемиски елементи кои можат да се најдат во Сонцето и ѕвездите, можат исто така да се најдат на Земјата.

 Помеѓу тие што го надоградиле изучувањето на науката за сончевите и ѕвездените спектри е Норман Локер, кој во 1868 година открил светли и темни линии во сончевиот спектар. Работејќи со хемичарот, Едвард Франкланд, ги проучувале спектрите на елементите на различни температури и притисоци, тој не можел да ja објасни жолтата линија на сончевиот спектар со ниеден познат елемент. На тој начин бил откриен нов елемент, кој го нарекол хелиум, по грчкиот бог Хелиос, олицетворението на Сонцето.

Во 1885 година, Едвард Пикеринг започна абициозна програма за ѕвезедна спектрална класификација во Харвардската опсерваторија, во кој тим од жени компјутери, особено Вилијамина Флеминг, Антонија Мори и Ени Џамп Канон, ги класифицирале спектрите забележани во фотографските плочи. До 1890, бил подготвен каталог на повеќе од 10000 ѕвезди групирани во тринаесет спектрални видови. Следејќи ја визијата на Пикеринг, до 1924 Канон го проширила каталогот на девет тома со повеќе од половина милиони ѕвезди, развивајќи ја шемата на Харвард за класификацијата која била прифатена за светска употреба во 1922 година.

Во 1895 година, Џорџ Елери Хејл и Џејмс Килер, заедно со група од 10 соработнициод Европа и САД,  го воспоставиле The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics.  Намерата била да се пополни празнината која постоела меѓу физиката и астрономијата, со што се обезбедил збиер на објавени статии за астрономската примена на спектроскопите, во лабораториските истражувања кои се блиски со астрономската физика, вклучувајќи ги тука и определувањето на брановите должини на спектрите на металите и гасовите  и екпериментите поврзани со впивањето, теориите за Сонцето, Месечината, планетите, кометите, метеорите и маглините и кај инструментите кај телескопите и лабораториите.

Во 1925 година Сесилија Хелена Пејн (подоцна Сесилија Пејн-Гаспошкин) напишала значаен докторски труд во колеџот Редклиф, во кој таа ја користела јонизациската теорија за ѕвездената атмосфера за да се поврзат со спектралните класи на температурата на ѕвездите. Најважно е дека таа открила дека водородот и хелиумот се основните гасови присутни во ѕвездите. Ова отркитие е толку неочекувано така што читателите на трудот ја поттикнале да го измени заклучокот пред објавувањетп. Сепак подоцнежните истражувања го потврдиле нејзиното откритие.

До крајот на XX век, понатамошно истражување на ѕвездените и експерименталните спектри и напреднале, како резултат на појавата на квантна физикаFrontiers of Astrophysics: Workshop Summary, H. Falcke, P. L. Biermann.

 Набљудувачка астрофизика 
Набљудувачката астрономија е дел од астрономската наука кој се занимава со забележување на податоци, за разлика од теориската астрофизика, што главно се занимава со наоѓање на мерливите дејства на физичките модели. Тоа е наука за набљудување на небесните тела користејќи телескопи и други астрономски уреди.

Повеќето астрофизички набљудувања се прават користејќи го електромагнетниот спектар:

 Радиоастрономијата проучува зрачења со бранови должини поголеми од неколку милиметри. Пример за подрачјето за истражување се радиобранови, честопати оддадени од ладни тела како меѓуѕвезден гас и облаци од прашина, позадинско космичко микробраново зрачење, што всушност е црвеното поместување на светлината од Големата експлозија (Биг Банг), пулсари, првично се откриени при микробранови честоти. За проучување на ваквите бранови потребни се големи радиотелескопи.
 Ифрацрвената астрономија проучува зрачење со бранови должини помали од радиобрановите, но поголема од видливиот спектар за човековото око. Инфрацрвените набљудувања честопати се направени со телескопи слични на оптичките телескопи. Објектите кои се поладни од ѕвездите (како планетите) обично се проучуваат со инфрацрвени честоти.
 Оптичката астрономија е најстариот вид на астрономија. Телескопите вообичаено се поврзани со камери или спектроскопи. Земјината атмосфера  го попречува со оптичкото набљудување, па затоа се користи адаптивна оптика или пак вселенски телескопи со цел да се добие најквалитетна слика. Во опсегот на оваа бранова должина, ѕвездите се мошне видливи, и многу спектри можат да се користат за набљудување и проучување на хемискиот состав на ѕвездите, галаксиите и маглините.
 Ултравиолетовата, рендгенската и гама-зрачната астрономија ги проучуваат високоенергетските процеси како што се двојните пулсари, црниите дупки, магнетарите, и многу други. Овие типови на зрачење исто така не може да се пробијат низ Земјината атмосфера. Постојат два метода за набљудување на овој дел од електромагнетниот спектар преку телескопи поставени во вселената и Черенкови телескопи за атмосферски снимки (IACT). Примери за обзеватории на првито тип се RXTE, Чандра x-зрачната опсерваторија и Комптон гама-зрачната опсерваторија. Примери за IACT се високоенергетскиот стереоскописки систем (H.E.S.S.) и телескопот MAGIC.
            Покрај електромагнетното зрачење, мал број на тела може да се набљудуваат на Земјата на големи далечини. Изградени се неколу опсерватории за гравитациските бранови, но многу е тешко да се забележат. Исто така постојат и нутрински опсерватории, чија главна цел е да го проучуваат Сонцето. Космичните зраци се составени од високоенергетски честички кои можат да се набљудуваат при судирањето со Земјината атмосфера.

Набљудувањата се разликуваат и според временскиот период. Повеќето оптички набљудувања траат минути или часови, па така појавата што се менува побрзо не може да биде забележана. Но, историските податоци за некои тела се достапни, опфаќајќи векови или милениуми. Од друга страна, радионабљудувањата можат да разгледуваат настани во милисекундни временски периоди (милисекундни пулсари) или кобинираат години на податоци (истражување за забавувањето на пулсарите). Информациите добиени од овие различни временски периоди се со големи разлики.

Истражувањето на нашето Сонце има посебно место во набљудувачката астрофизика. Поради големата оддалеченост од другите ѕвезди, Сонцето може да се набљудува во неспоредлива деталност. Истражувањето на Сонцето служи како водич за разбирањето на другите ѕвезди. 

Темата за тоа како ѕвездите се менуваат или ѕвездениот развој, е честоопати моделирана поставувајќи различни типови на ѕвезди во соодветните подрачја нав Херцшпрунг-Раселовиот дијаграм, на кој може да се види развојот на ѕвездите, од создавањето до нивното уништување.

 Теориска астрофизика 

Теориската астрофизика употребува најразлични алатки кои вклучуваат аналитички модели (Пример, политропи за точно определување на однесувањето на ѕвездите) и пресметковни бројчени симулации. Секое метод си има свои предности. Аналитичките модели се подобри за увид во внатрешноста на ѕвездите. Бројчените модели можат да го откријат постоењето на појави и ефекти кои на друг начин не би биле видени.

Теоритичарите во астрофизиката се обидуваат да создадат теориски модели и да ги откријат последици набљудувани кај тие модели. Ова им дозволува на набљудувачите да најдат податоци кои би го побиле моделот или помага во изборот меѓу повеќето постоечки противречни модели.

Теоретичарите исто така се обидуваат да создадат или изменат модел кој ги зема предвид најновите податоци. Во случај на недоследност, главно се обидуваат да направат минимална промена на моделот за да се совпадне со податоците. Во некои случаи, при многу недоследни податоци може да се напушти моделот.

Темите проучувани од теориските астрофизичари се: ѕвездена динамика и развој; создавање и развој на галаксии; магнетохидродинамика; структури од материја со големи размери во универзумот;  потеклото на космичките зраци; општата релативност и физичката космологија, вклучувајќи ја и струнската космологија и честичната астрофизика. Асторфизичката релативност служи како алатка за мерење на својствата на структурите со големи размери за кои гравитацијата има важна улога во истражувањето на физичките појави и како основа за проучувањето на црните дупки и гравитациските бранови.

Меѓу некои пошироко проучени и прифатени модели и теории во астрофизика се: моделот Ламбда-CDM  и големата експлозија, космичката инфлација, црната материја, црната енергија и основните теории на физиката. Црвјите дупки се пример за хипотеза која сè уште не е докажана (или негирана).

 Популаризација 
Корените на астрофизиката може да се најдат во XVII век со појавата на унифицираната физика, во која истите правила важат за небесните и земските тела . Научници кои биле запознаени со физиката и астрономијата поставиле цврсти основи на науката денес позната како астрофизика. Современо, младите студенти се привлекувани од оваа наука главно заради популаризацијата од Кралското астрономско друштво и значајните професори Субраманијан Чандрасекар, Стивен Хокинг, Хјуберт Ривс, Карл Сејган, Нил Деграс Тајсон и други. Напорите на старите, средновековните и сегашните научници уште ги привлекуваат младите луѓе да ја учат историјата на науката и астрофизиката. 

 Поврзано 

 Наводи 

Дополнителна литература

Astrophysics Scholarpedia Expert articles

Надворешни врски

International Journal of Modern Physics D from World Scientific
Cosmic Journey: A History of Scientific Cosmology  from the American Institute of Physics
Prof. Sir Harry Kroto, NL, Astrophysical Chemistry Lecture Series.  8 Freeview Lectures provided by the Vega Science Trust.
Stanford Linear Accelerator Center, Stanford, California
Institute for Space Astrophysics and Cosmic Physics
Astrophysical Journal
Astronomy and Astrophysics, a European Journal
List and directory of peer-reviewed Astronomy / Astrophysics Journals
Master of Science in Astronomy and Astrophysics
Ned Wright's Cosmology Tutorial, UCLA
UNLV Astronomy & Astrophysics department
Hot and Active Stars Research, astrophysicist Philippe Stee's homepage
Astronomy_and_Geophysics, The Royal Astronomical Society 'house journal' presenting scientific articles on major developing themes in astronomy and geophysics in succinct, readable and accessible form  

Категорија:Астрономија
Категорија:Вселена
Категорија:Астрофизика