Astrofizyka – dziedzina nauki leżącą na pograniczu
fizyki
i
astronomii
, zajmującą się badaniem procesów fizycznych w skali astronomicznej oraz budową i prawami rządzącymi obiektami astronomicznymi. Tematem badań astrofizyki są procesy fizyczne we Wszechświecie takich obiektów jak
gwiazdy
,
galaktyki
,
materia międzygwiezdna
oraz ich wzajemne oddziaływanie.
Badania dotyczą ewolucji Wszechświata w skali
kosmologicznej
jak i ewolucji gwiazd (astrofizyka teoretyczna). Astrofizyka traktuje Wszechświat jako ogromne laboratorium fizyczne.
Faktycznie współczesne obserwacje astronomiczne wymagają interpretacji fizycznej włączając całą wiedzę fizyczną od
mechaniki klasycznej
,
mechaniki kwantowej
, fizyki fazy skondensowanej,
fizyki jądrowej
,
fizyki cząstek elementarnych
po
ogólną teorię względności
.
Historia astrofizyki
Astronomia jest tak stara, jak nasza cywilizacja. 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, zdroworozsądkowy 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 Izaaka 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 z 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 udowodniona, że pierwiastki występujące w Słońcu występują również na Ziemi. Faktycznie, pierwiastek hel został najpierw odkryty w widmie z 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.
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 nie znane.
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.
Zobacz też
Linki zewnętrzne