Astrofizyka

Astrofizyka – dziedzina nauki leżąca na pograniczu fizyki i astronomii, zajmująca się badaniem procesów fizycznych w skali astronomicznej oraz budową i prawami rządzącymi obiektami astronomicznymi. Tematem badań astrofizyki są procesy fizyczne we Wszechświecie dotyczące takich obiektów jak gwiazdy, galaktyki, materia międzygwiezdna oraz ich wzajemne oddziaływanie.

Badania dotyczą ewolucji Wszechświata w skali kosmologicznej, jak i ewolucji gwiazd (astrofizyka teoretyczna).

Historia astrofizyki

Przez długi czas rozwijała się niezależnie od fizyki. W światopoglądzie Arystotelesa, świat niebieski zbudowany był z ciał doskonałych, składał się z doskonałych sfer poruszających się po doskonałych orbitach kołowych. Świat zjawisk ziemskich był niedoskonały. Te dwa światy nie były z sobą związane.

Przez wieki pogląd, że Słońce oraz planety krążą wokół Ziemi był niepodważalny, aż do XVI wieku, gdy Mikołaj Kopernik zasugerował, że Ziemia, jak i inne planety Układu Słonecznego krążą wokół Słońca. Galileo Galilei dokonał pierwszych obserwacji. Odkrycie satelitów Jowisza skłoniło badacza ku systemowi heliocentrycznemu.

Na początku XVII wieku Jan Kepler odkrył prawa ruchu planet (prawa Keplera). Pod koniec tego wieku Isaac Newton połączył prawa Keplera z dynamiką Galileusza. Pokazał, że to samo prawo ciążenia rządzi ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem Księżyca czy planet. Newton dokonał ujednolicenia fizyki ziemskiej z astronomią. Była to pierwsza unifikacja fizyki w historii. Od tego momentu stosuje się jednolity opis (matematyczny, prawa mechaniki nieba) do opisu Wszechświata.

Opublikowanie przez Isaaca Newtona swego dzieła Principia zmieniło nawigację morską.

Od 1670 roku zaczęto używać nowoczesnych przyrządów nawigacyjnych i precyzyjnych zegarów. Potrzeby nawigacji wymogły bardziej dokładne obserwacje astronomiczne i konstrukcję bardziej precyzyjnych instrumentów pomiarowych.

Na początku XIX wieku Fraunhofer zaobserwował linie widmowe w promieniowaniu ze Słońca. Eksperymenty z gorącymi gazami pokazały, że takie same linie można obserwować w obserwowanym widmie, linie te są charakterystyczne dla poszczególnych pierwiastków. W ten sposób udowodniono, że pierwiastki występujące w Słońcu występują również na Ziemi. Faktycznie, pierwiastek hel został najpierw odkryty w widmie ze Słońca, a następnie w laboratorium ziemskim (stąd etymologia nazwy pierwiastka). Ten przełomowy moment często uważa się za narodziny astrofizyki jako osobnej gałęzi wiedzy.

W XX wieku spektroskopia (badanie linii spektralnych) silnie się rozwinęła prowadząc do mechaniki kwantowej koniecznej do zrozumienia eksperymentów i obserwacji astronomicznych.

Dyscypliny

Astrofizyka obserwacyjna

Większość procesów astrofizycznych nie może być zrealizowana w ziemskich laboratoriach. Istnieje jednak ogromna liczba obiektów astrofizycznych widzialnych w promieniowaniu elektromagnetycznym. Badanie tych obiektów jest celem obserwacyjnej astrofizyki.

Techniki obserwacji obiektów astrofizycznych wymagają bardzo zaawansowanej technologii i do niedawna były po prostu nieznane.

Większość obserwacji jest robiona przy użyciu promieniowania elektromagnetycznego.

Astrofizyka teoretyczna

Astrofizyka teoretyczna jest dyscypliną starającą się wyjaśnić zjawiska obserwowane przez astronomów w oparciu o teorie fizyczne. W tym celu astrofizyka teoretyczna buduje modele teoretyczne (abstrakcyjne, jak i numeryczne), które starają się tłumaczyć obserwacje, jak i przewidywać nowe zjawiska.

Teoretyczna astrofizyka używa szerokiego spektrum metod, np. modelowania analitycznego (dla przykładu metoda politrop do modelowania zachowania gwiazdy), metod numerycznych do symulacji układów astrofizycznych. Każda z tych metod ma swoje zalety.

Zainteresowania astrofizyki teoretycznej dotyczą: ewolucji gwiazd, materii (barionowej i ciemnej materii) i promieniowania kosmicznego, kosmologii, formowania się i ewolucji: galaktyk, wielkoskalowych struktur we Wszechświecie.

Linki zewnętrzne

Działy fizyki
Działy główne
według zjawisk
według skali
mechanika teoretyczna
teoria pola
astrofizyka
fizyka w połączeniu
z innymi naukami
inne specjalności