Перейти до вмісту

Астрофізика

Очікує на перевірку
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Астрофізика
Є галуззюастрономія[1][2], фізика[1][2] і cosmic physicsd[2] Редагувати інформацію у Вікіданих
Досліджуєчорна діра, еволюція зір, нейтронна зоря, темна матерія, темна енергія, магнітне поле зір і магнітне поле планет Редагувати інформацію у Вікіданих
NGC 4414, типова спіральна галактика в сузір'ї Волосся Вероніки, розміром приблизно 56 тис. світлових років у діаметрі, розташована приблизно за 60 млн світлових років від Землі.

Астрофі́зика — розділ астрономії, який застосовує методи й принципи фізики й хімії для вивчення астрономічних об'єктів і явищ[3][4]. Більшість розділів астрономії широко застосовують фізичні методи, тому сучасна астрономія вже майже тотожна астровізиці. Втім між двома поняттями досі намагаються провести тонку межу, як-от «астрономією» вважають якісне вивчення предмета, а «астрофізикою» — фізично орієнтований підхід до нього.

Серед об'єктів і явищ, які досліджує астрофізика, — Сонце (геліофізика), інші зорі, галактики, екзопланети, міжзоряне середовище, реліктове випромінювання[5][6]. Випромінювання цих об'єктів досліджують у всьому електромагнітному спектрі, а серед аналізованих характеристик — світність, густина, температура, хімічний склад. Астрофізика використовує поняття й методи багатьох розділів фізики, зокрема класичної механіки, електромагнетизму, статистичної механіки, термодинаміки, квантової механіки, теорії відносності, ядерної фізики, фізики елементарних частинок, атомної й молекулярної фізики.

Сучасні астрономічні дослідження часто поєднують значний обсяг робіт у межах теоретичної та спостережної фізики. До кола інтересів астрофізики належать властивості темної матерії, темної енергії, чорних дір та інших небесних тіл, а також походження і кінцева доля Всесвіту[5]. Теоретична астрофізика також досліджує формування й еволюцію Сонячної системи, зоряну динаміку і еволюцію зір, формування й еволюція галактик, магнітогідродинаміку, великомасштабну структуру Всесвіту, походження космічних променів, загальну й спеціальну теорії відносності, фізичну космологію, фізику астрочастинок.

Термін

[ред. | ред. код]

У сучасному вжитку «астрономія» майже тотожна «астрофізиці»[7][8][9]. Словники часто дають їм майже синонімічні визначення. (Наприклад, у Вебстерському словнику «астрономія» — це «вивчення об'єктів і матерії за межами атмосфери Землі та їхніх фізичних і хімічних властивостей»[10], а «астрофізика» — це розділ астрономії, що займається «поведінкою, фізичними властивостями та динамічними процесами небесних об'єктів і явищ»[11]).

Іноді між цими науками проводять тонке розділення, як-от «астрономією» вважають якісне вивчення предмета, а «астрофізикою» — фізично орієнтований підхід до нього[12]. (Наприклад, за цим визначенням астрометрія належить до астрономії, але не до астрофізики.) Як зазначав один із засновників астрофізики Джеймс Кілер, астрофізика «прагне з'ясувати природу небесних тіл, а не лише їхні положення чи рухи в просторі — тобто що вони собою являють, а не де перебувають»[13], на відміну від задач, досліджуваних небесною механікою.

Наукові підрозділи можуть використовувати назви «астрономія» або «астрофізика» залежно від того, чи історично вони пов'язані з фізичними факультетами[8], а багато професійних астрономів мають дипломи з фізики, а не з астрономії[9].

Історія

[ред. | ред. код]

Астрономія є однією з найдавніших наук, яка протягом тривалого часу була відокремлена від вивчення земної фізики. В арістотелівській картині світу вважали, що небесні тіла складаються з принципово іншого виду матерії, ніж земні: або з вогню, як стверджував Платон, або з ефіру, як вважав Арістотель[14][15]. У XVII столітті натурфілософи, зокрема Галілей[16], Декарт[17] та Ньютон[18], почали відстоювати ідею про те, що небесні й земні об'єкти складаються з подібних матеріалів і підпорядковуються тим самим законам природи[19]. Основною проблемою було те, що на той час ще не існувало інструментів, здатних експериментально підтвердити ці твердження[20].

Протягом більшої частини XIX століття астрономічні дослідження були зосереджені на рутинних вимірюваннях положень і обчисленні рухів небесних об'єктів[21][22]. Нова астрономія, яку згодом почали називати астрофізикою, почала формуватися після того, як Вільям Волластон і Йозеф фон Фраунгофер незалежно один від одного виявили, що під час розкладання світла Сонця у спектр спостерігається велика кількість темних ліній — ділянок зі зменшеною інтенсивністю світла[23]. До 1860 року фізик Густав Кірхгоф і хімік Роберт Бунзен показали, що темні лінії в сонячному спектрі відповідають яскравим лініям у спектрах відомих газів, причому кожна лінія є характерною для певного хімічного елемента[24]. Кірхгоф дійшов висновку, що темні лінії в сонячному спектрі зумовлені поглинанням світла хімічними елементами в атмосфері Сонця[25]. Таким чином було доведено, що хімічні елементи, виявлені на Сонці та в зорях, також присутні на Землі. Норман Лок'єр, не змігши пов'язати жовту лінію в сонячному спектрі з жодним відомим елементом, висловив припущення, що вона відповідає новому елементу. Його назвали гелієм — на честь грецького бога Сонця Геліоса[26][27], — і пізніше відкрили й на Землі.

У 1885 році Едвард Чарльз Пікерінг розпочав амбітну програму спектральної класифікації зір у Гарвардській обсерваторії. У межах цієї програми команда так званих «гарвардських обчислювачок» (зокрема Вільяміна Флемінг, Антонія Каетана Морі та Енні Джамп Кеннон) класифікувала фотографії зоряних спектрів. До 1890 року гарвардська команда підготувала каталог із понад 10 000 зір, згрупованих у 13 спектральних типів. Продовжуючи роботу, розпочату Пікерінгом, до 1924 року Кеннон розширила Каталог Генрі Дрейпера до дев'яти томів і понад 250 000 зір, розробивши гарвардську схему спектральної класифікації, яку у 1922 році прийняли для міжнародного використання[28].

У 1895 році Джордж Еллері Гейл і Джеймс Едвард Кілер разом із групою з десяти асоційованих редакторів з Європи та США[29] заснували журнал «The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics». Метою журналу було заповнити прогалину між астрономічними та фізичними виданнями, створивши майданчик для публікації праць з астрономічного застосування спектроскопа; лабораторних досліджень, тісно пов'язаних з астрономічною фізикою, зокрема визначення довжин хвиль металевих і газових спектрів, а також експериментів з випромінювання та поглинання; теорій Сонця, Місяця, планет, комет, метеорів і туманностей; а також приладобудування для телескопів і лабораторій[29].

Близько 1920 року, після відкриття діаграми Герцшпрунга—Рассела, яка й досі є основою класифікації зір і вивчення їх еволюції, Артур Еддінгтон у своїй праці «Внутрішня будова зір» (англ. The Internal Constitution of the Stars) передбачив існування та механізм процесів ядерного синтезу в зорях[30][31]. На той час джерело зоряної енергії залишалося повною загадкою; Еддінгтон правильно припустив, що ним є синтез водню в гелій, який супроводжується вивільненням колосальної енергії відповідно до рівняння Ейнштейна E = mc2. Це було особливо визначним досягненням, оскільки тоді ще не були відкриті ані термоядерні реакції, ані той факт, що зорі переважно складаються з водню[32].

У 1925 році Сесілія Гелена Пейн (згодом Сесілія Пейн-Гапошкіна) написала впливову дисертацію, у якій застосувала формулу Саха до іонізаційної рівноваги зоряних атмосфер, пов'язавши спектральні класи з температурою зір[33]. Найважливішим її відкриттям стало те, що головними складниками зір є водень і гелій, а не елементи у земних пропорціях. Попри припущення Еддінгтона, це відкриття було настільки неочікуваним, що рецензенти дисертації (зокрема Расселл) переконали її пом'якшити висновки перед публікацією. Подальші дослідження повністю підтвердили її результати[34][35].

Наприкінці XX століття дослідження астрономічних спектрів поширилися на всі довжини хвиль від радіодіапазону до гамма-випромінювання[36]. У XXI столітті вони були доповнені спостереженнями, заснованими на реєстрації гравітаційних хвиль.

Спостережна астрофізика

[ред. | ред. код]
Залишок наднової LMC N 63A, зображений у рентгенівському (синій), оптичному (зелений) та радіодіапазоні (червоний). Рентгенівське випромінювання походить від речовини, нагрітої до приблизно десяти мільйонів градусів ударною хвилею, породженою вибухом наднової.

Більшість астрофізичних спостережень здійснюють у межах електромагнітного спектра.

Окрім електромагнітного випромінювання, з Землі можна спостерігати й інші космічні сигнали. Було створено кілька обсерваторій для реєстрації гравітаційних хвиль. Також збудовано нейтрино-обсерваторії, насамперед для дослідження Сонця. Космічні промені, що складаються з частинок надвисокої енергії, можна спостерігати під час їх взаємодії з атмосферою Землі або безпосередньо в космосі.

Теоретична астрофізика

[ред. | ред. код]

Теоретична астрофізики використовують широкий набір інструментів, зокрема аналітичні моделі (наприклад, політропи[en] для наближеного опису поведінки зір) та чисельні симуляції. Кожен із цих підходів має свої переваги. Аналітичні моделі зазвичай краще дають змогу зрозуміти фізичну суть процесів, тоді як чисельні моделі можуть виявляти явища й ефекти, які інакше залишилися б непоміченими[37][38].

До тем, які вивчає теоретична астрофізика, належать: динаміка й еволюція зір; формування та еволюція галактик; магнітогідродинаміка; великомасштабна структура Всесвіту; походження космічних променів; загальна теорія відносності та фізична космологія, зокрема струнна космологія й фізика астрочастинок. Релятивістська астрофізика слугує інструментом длядослідження великомасштабних структур, у яких гравітація відіграє визначальну роль, а також є основою для дослідження чорних дір і гравітаційних хвиль.

Див. також

[ред. | ред. код]

Джерела

[ред. | ред. код]
  1. ↑ а б Deutsche Nationalbibliothek Record #4003326-0 // Gemeinsame Normdatei — 2012—2016.
  2. ↑ а б в Бібліотека Конгресу — Library of Congress.
  3. ↑ Maoz, Dan (2016). Astrophysics in a Nutshell. Princeton University Press. с. 272. ISBN 978-1400881178.
  4. ↑ astrophysics. Merriam-Webster, Incorporated. Архів оригіналу за 10 червня 2011. Процитовано 22 травня 2011.
  5. ↑ а б Focus Areas – NASA Science. nasa.gov. Архів оригіналу за 16 травня 2017. Процитовано 12 липня 2017.
  6. ↑ astronomy. Encyclopædia Britannica. 29 травня 2023.
  7. ↑ Scharringhausen, B. (Січень 2002). What is the difference between astronomy and astrophysics?. Curious About Astronomy. Архів оригіналу за 9 червня 2007. Процитовано 17 листопада 2016.
  8. ↑ а б Odenwald, Sten. Archive of Astronomy Questions and Answers: What is the difference between astronomy and astrophysics?. The Astronomy Cafe. Архів оригіналу за 8 липня 2007. Процитовано 20 червня 2007.
  9. ↑ а б School of Science-Astronomy and Astrophysics. Penn State Erie. 18 липня 2005. Архів оригіналу за 1 листопада 2007. Процитовано 20 червня 2007.
  10. ↑ astronomy. Merriam-Webster Online. Архів оригіналу за 17 червня 2007. Процитовано 20 червня 2007.
  11. ↑ astrophysics. Merriam-Webster Online. Архів оригіналу за 21 вересня 2012. Процитовано 20 червня 2007.
  12. ↑ Shu, F.H. (1983). Preface. The Physical Universe. Mill Valley, California: University Science Books. ISBN 978-0-935702-05-7.
  13. ↑ Keeler, James E. (Листопад 1897), The Importance of Astrophysical Research and the Relation of Astrophysics to the Other Physical Sciences, The Astrophysical Journal, 6 (4): 271—288, Bibcode:1897ApJ.....6..271K, doi:10.1086/140401, PMID 17796068
  14. ↑ Lloyd, G. E. R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought. Cambridge: Cambridge University Press. с. 134–135. ISBN 978-0-521-09456-6.
  15. ↑ Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. с. 118.
  16. ↑ Galilei, Galileo (1989), Van Helden, Albert (ред.), Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, Chicago: University of Chicago Press, с. 21, 47, ISBN 978-0-226-27903-9
  17. ↑ Edward Slowik (2013) [2005]. Descartes' Physics. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Процитовано 18 липня 2015.
  18. ↑ Westfall, Richard S. (1983), Never at Rest: A Biography of Isaac Newton, Cambridge: Cambridge University Press (опубліковано 1980), с. 731–732, ISBN 978-0-521-27435-7
  19. ↑ Burtt, Edwin Arthur (2003) [First published 1924], The Metaphysical Foundations of Modern Science (вид. second revised), Mineola, NY: Dover Publications, с. 30, 41, 241—2, ISBN 978-0-486-42551-1
  20. ↑ Ladislav Kvasz (2013). Galileo, Descartes, and Newton – Founders of the Language of Physics (PDF). Acta Physica Slovaca. Institute of Philosophy, Academy of Sciences of the Czech Republic. Архів оригіналу (PDF) за 11 серпня 2017. Процитовано 18 липня 2015.
  21. ↑ Case, Stephen (2015), 'Land-marks of the universe': John Herschel against the background of positional astronomy, Annals of Science, 72 (4): 417—434, Bibcode:2015AnSci..72..417C, doi:10.1080/00033790.2015.1034588, PMID 26221834, S2CID 205397708, The great majority of astronomers working in the early nineteenth century were not interested in stars as physical objects. Far from being bodies with physical properties to be investigated, the stars were seen as markers measured in order to construct an accurate, detailed and precise background against which solar, lunar and planetary motions could be charted, primarily for terrestrial applications.
  22. ↑ Donnelly, Kevin (Вересень 2014), On the boredom of science: positional astronomy in the nineteenth century, The British Journal for the History of Science, 47 (3): 479—503, doi:10.1017/S0007087413000915, S2CID 146382057
  23. ↑ Hearnshaw, J.B. (1986). The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. с. 23—29. ISBN 978-0-521-39916-6.
  24. ↑ Kirchhoff, Gustav (1860), Ueber die Fraunhofer'schen Linien, Annalen der Physik, 185 (1): 148—150, Bibcode:1860AnP...185..148K, doi:10.1002/andp.18601850115
  25. ↑ Kirchhoff, Gustav (1860), Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht, Annalen der Physik, 185 (2): 275—301, Bibcode:1860AnP...185..275K, doi:10.1002/andp.18601850205
  26. ↑ Cortie, A. L. (1921), Sir Norman Lockyer, 1836 – 1920, The Astrophysical Journal, 53: 233—248, Bibcode:1921ApJ....53..233C, doi:10.1086/142602
  27. ↑ Jensen, William B. (2004), Why Helium Ends in "-ium" (PDF), Journal of Chemical Education, 81 (7): 944—945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021/ed081p944
  28. ↑ Hetherington, Norriss S.; McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R. (ред.), Spectroscopy and the Birth of Astrophysics, American Institute of Physics, Center for the History of Physics, архів оригіналу за 7 вересня 2015, процитовано 19 липня 2015
  29. ↑ а б Hale, George Ellery (1895), The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, 1 (1): 80—84, Bibcode:1895ApJ.....1...80H, doi:10.1086/140011
  30. ↑ Eddington, A. S. (Жовтень 1920), The Internal Constitution of the Stars, The Scientific Monthly, 11 (4): 297—303, Bibcode:1920Sci....52..233E, doi:10.1126/science.52.1341.233, JSTOR 6491, PMID 17747682
  31. ↑ Eddington, A. S. (1916). On the radiative equilibrium of the stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 77: 16—35. Bibcode:1916MNRAS..77...16E. doi:10.1093/mnras/77.1.16.
  32. ↑ McCracken, Garry; Stott, Peter (2013). McCracken, Garry; Stott, Peter (ред.). Fusion (англ.) (вид. Second). Boston: Academic Press. с. 13. doi:10.1016/b978-0-12-384656-3.00002-7. ISBN 978-0-12-384656-3. Eddington had realized that there would be a mass loss if four hydrogen atoms combined to form a single helium atom. Einstein's equivalence of mass and energy led directly to the suggestion that this could be the long-sought process that produces the energy in the stars! It was an inspired guess, all the more remarkable because the structure of the nucleus and the mechanisms of these reactions were not fully understood.
  33. ↑ Payne, C. H. (1925), Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (PhD Thesis), Cambridge, Massachusetts: Radcliffe College, Bibcode:1925PhDT.........6P
  34. ↑ Haramundanis, Katherine (2007), Payne-Gaposchkin [Payne], Cecilia Helena, у Hockey, Thomas; Trimble, Virginia; Williams, Thomas R. (ред.), Biographical Encyclopedia of Astronomers, New York: Springer, с. 876—878, ISBN 978-0-387-30400-7, процитовано 19 липня 2015
  35. ↑ Steven Soter and Neil deGrasse Tyson (2000). Cecilia Payne and the Composition of the Stars. American Museum of Natural History. American Museum of Natural History.
  36. ↑ Biermann, Peter L.; Falcke, Heino (1998), Frontiers of Astrophysics: Workshop Summary, у Panvini, Robert S.; Weiler, Thomas J. (ред.), Fundamental particles and interactions: Frontiers in contemporary physics an international lecture and workshop series. AIP Conference Proceedings, т. 423, American Institute of Physics, с. 236—248, arXiv:astro-ph/9711066, Bibcode:1998AIPC..423..236B, doi:10.1063/1.55085, ISBN 1-56396-725-1
  37. ↑ Roth, H. (1932), A Slowly Contracting or Expanding Fluid Sphere and its Stability, Physical Review, 39 (3): 525—529, Bibcode:1932PhRv...39..525R, doi:10.1103/PhysRev.39.525
  38. ↑ Eddington, A.S. (1988) [1926], Internal Constitution of the Stars, Science, New York: Cambridge University Press, 52 (1341): 233—240, Bibcode:1920Sci....52..233E, doi:10.1126/science.52.1341.233, ISBN 978-0-521-33708-3, PMID 17747682{{citation}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром work з ISBN (посилання)

Література

[ред. | ред. код]
  • Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
  • Астрофізика для тих, хто цінує час / Н.-Д. Тайсон ; пер. з англ. Д. Пілаша, М. Сидоренка. — Київ: КМ-БУКС, 2018. — ISBN 966-948-008-8.
  • Астрофізика: конспект лекцій / Чернів. нац. ун-т ім. Юрія Федьковича ; уклад. Гуцул В. І. — Чернівці: Рута, 2016. — 123, [1] с. : рис., табл.
  • Астрофізика: підруч. для студентів спец. «Фізика та астрономія» класич. ун-тів / Ю. В. Александров, В. Г. Шевченко ; Харків. нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна. — Харків: ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2016. — 250, [16] с. : іл., рис., табл. — Бібліогр.: с. 248—250. — ISBN 978-966-285-315-5
  • Братійчук М. В. Спеціальні методи сучасної астрофізики: у 2-х ч. Уж., 1975—1977.
  • Вступ до астрофізики та космогонії: навч. посіб. / В. А. Захожай ; Харк. нац. ун-т ім. В. Н. Каразіна. — Х. : ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2012. — 207 с. : рис. — Бібліогр.: с. 203—207. — ISBN 978-966-623-940-5
  • Гулак Ю. К., Сандакова Є. В. Фізика космосу. К., 1976.
  • Теорія зоряних спектрів: Теоретична астрофізика: підручник / І. О. Вакарчук. — Львів: Львівський університет, 2002. — 359 с. : іл. — Бібліогр.: с. 353—355; Предм. покаж.: с. 356—357; Імен. покаж.: с. 358. — ISBN 966-613-170-6
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Астрофізика&oldid=47821197