Astronomija: definicija, preučevanje zvezd, planetov in vesolja

Starodavni

Prvi astronomi so zvezde opazovali le z očmi. Iz verskih razlogov so izdelovali zemljevide ozvezdij in zvezd ter koledarje za določanje letnega časa. Zgodnje civilizacije, kot so Maji in stari Egipčani, so zgradile preproste observatorije in narisale zemljevide položaja zvezd. Prav tako so začeli razmišljati o položaju Zemlje v vesolju. Dolgo so mislili, da je Zemlja središče vesolja in da se planeti, zvezde in sonce gibljejo okoli nje. To je znano kot geocentrizem.

Stari Grki so gibanje sonca in zvezd poskušali pojasniti z meritvami. Matematik Eratosten je bil prvi, ki je izmeril velikost Zemlje in dokazal, da je Zemlja krogla. Teorija drugega matematika po imenu Aristarh je bila, da je Sonce v središču, Zemlja pa se giblje okoli njega. To je znano kot heliocentrizem. Le nekaj ljudi je menilo, da je pravilna. Ostali so še naprej verjeli v geocentrični model. Večina imen ozvezdij in zvezd izvira od Grkov tistega časa.

Arabski astronomi so v srednjem veku dosegli veliko napredka, vključno z izboljšanimi zvezdnimi zemljevidi in načini za ocenjevanje velikosti Zemlje. Prav tako so se učili od starih staršev s prevajanjem grških knjig v arabščino.

Od renesanse do moderne dobe

V času renesanse je duhovnik Nikolaj Kopernik na podlagi opazovanja gibanja planetov menil, da Zemlja ni središče vsega. Na podlagi prejšnjih del je trdil, da je Zemlja planet in da se vsi planeti gibljejo okoli Sonca. S tem se je vrnila stara ideja heliocentrizma. Fizik Galileo Galilei je izdelal svoj teleskop in si z njim prvič podrobneje ogledal zvezde in planete. Strinjal se je s Kopernikom. Katoliška cerkev je odločila, da se je Galileo motil. Preostanek življenja je moral preživeti v hišnem priporu. Heliocentrične zamisli sta kmalu izboljšala Johannes Kepler in Isaac Newton, ki sta iznašla teorijo gravitacije.

Po Galileju so ljudje izdelali boljše teleskope in z njimi opazovali oddaljena telesa, kot sta planeta Uran in Neptun. Videli so tudi, da so zvezde podobne našemu Soncu, vendar različnih barv in velikosti. Videli so tudi na tisoče drugih oddaljenih objektov, kot so galaksije in meglice.

Sodobna doba

V 20. stoletju po letu 1920 so se v astronomiji zgodile pomembne spremembe.

V zgodnjih dvajsetih letih prejšnjega stoletja so začeli priznavati, da galaksija, v kateri živimo, Mlečna cesta, ni edina galaksija. Obstoj drugih galaksij je potrdil Edwin Hubble, ki je Andromedino meglico opredelil kot drugo galaksijo. Hubble je tudi dokazal, da se vesolje širi. Na velikih razdaljah je bilo veliko drugih galaksij, ki se oddaljujejo od naše galaksije. To je bilo popolnoma nepričakovano.

Leta 1931 je Karl Jansky med poskusom izločitve vira šumov v radijskih komunikacijah odkril radijske emisije zunaj Zemlje, kar je pomenilo rojstvo radioastronomije in prve poskuse uporabe drugega dela elektromagnetnega spektra za opazovanje neba. Tisti deli elektromagnetnega spektra, ki jih atmosfera ni blokirala, so bili zdaj odprti za astronomijo, kar je omogočilo več odkritij.

Z odprtjem tega novega okna v vesolje so bile odkrite povsem nove stvari, na primer pulzarji, ki so v vesolje pošiljali redne impulze radijskih valov. Najprej so mislili, da so ti valovi tujega izvora, saj so bili pulzi tako redni, da so nakazovali umeten vir.

V obdobju po 2. svetovni vojni je bilo več observatorijev, kjer so na dobrih opazovalnih mestih zgradili in upravljali velike in natančne teleskope, običajno so jih zgradile vlade. Bernard Lovell je na primer začel z radioastronomijo v Jodrell Bank z uporabo ostankov vojaške radarske opreme. Do leta 1957 je imel največji krmiljeni radijski teleskop na svetu. Podobno se je konec šestdesetih let prejšnjega stoletja začela gradnja posebnih observatorijev na Mauna Kea na Havajih, ki je zaradi visoke nadmorske višine in jasnega neba dobro mesto za vidne in infrardeče teleskope.

Naslednja velika revolucija v astronomiji je bila posledica rojstva raketnega orožja. Ta je omogočila namestitev teleskopov v vesolje na satelitih.

Vesoljski teleskopi so prvič v zgodovini omogočili dostop do celotnega elektromagnetnega spektra, vključno z žarki, ki jih je blokirala atmosfera. Rentgenski žarki, gama žarki, ultravijolična svetloba in deli infrardečega spektra so se z uvedbo opazovalnih teleskopov odprli za astronomijo. Tako kot pri drugih delih spektra so bila odkrita nova odkritja.

Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja so bili izstreljeni sateliti, ki so jih zamenjali natančnejši in boljši, zaradi česar je bilo nebo kartirano v skoraj vseh delih elektromagnetnega spektra.

Odkritja so na splošno dveh vrst: telesa in pojavi. Telesa so stvari v vesolju, bodisi planet, kot je naša Zemlja, ali galaksija, kot je naša Mlečna cesta. Pojavi so dogodki in dogajanja v vesolju.

Telesa

Zaradi priročnosti smo to poglavje razdelili glede na to, kje lahko najdemo ta astronomska telesa: telesa, ki jih najdemo okoli zvezd, so sončna telesa, telesa v galaksijah so galaktična telesa, vsa druga večja telesa pa so kozmična telesa.

Solar

• Planeti
• Asteroidi
• Comets

Galaktični

• Zvezde

Razpršeni predmeti:

• Meglice
• Grozdi

Kompaktne zvezde:

• Bele pritlikavke
• Nevtronske zvezde
• Črne luknje

Cosmic

• Galaksije
• Galaktične gruče
• Superskupine

Fenomen

Izbruhi so dogodki, pri katerih pride do nenadne spremembe na nebu, ki hitro izgine. Ti dogodki se imenujejo izbruhi, ker so običajno povezani z velikimi eksplozijami, ki povzročijo "izbruh" energije. Mednje spadajo:

• Supernove
• Novas

Periodični dogodki so tisti, ki se redno in ponavljajoče dogajajo. Ime periodični izhaja iz periode, ki je čas, ki ga val potrebuje, da opravi en cikel. Med periodične pojave spadajo:

• Pulzarji
• Spremenljive zvezde

Šumni pojavi se ponavadi nanašajo na stvari, ki so se zgodile pred dolgim časom. Signal teh dogodkov se odbija po vesolju, dokler se ne zdi, da prihaja od vsepovsod, njegova intenzivnost pa se le malo spreminja. Na ta način spominja na "šum", signal ozadja, ki prežema vse instrumente, ki se uporabljajo v astronomiji. Najpogostejši primer šuma je statična elektrika na analognih televizorjih. Glavni astronomski primer je: sevanje kozmičnega ozadja.

Instrumenti

• Teleskopi so glavno orodje za opazovanje. Vso svetlobo z velikega območja prenesejo na majhno območje. To je, kot da bi svoje oči naredili zelo velike in močne. Astronomi uporabljajo teleskope za opazovanje stvari, ki so oddaljene in šibke. S teleskopi so predmeti videti večji, bližji in svetlejši.
• Spektrometri preučujejo različne valovne dolžine svetlobe. To pokaže, iz česa je nekaj sestavljeno.
• Številni teleskopi so v satelitih. To so vesoljske opazovalnice. Zemljina atmosfera blokira nekatere dele elektromagnetnega spektra, vendar lahko posebni teleskopi nad atmosfero zaznajo to sevanje.

• Radioastronomija uporablja radijske teleskope. Sinteza odprtin združuje manjše teleskope in ustvarja fazno mrežo, ki deluje kot teleskop, velik toliko kot razdalja med manjšimi teleskopi.

Tehnike

Astronomi lahko na različne načine dobijo boljše slike neba. Svetloba iz oddaljenega vira doseže senzor in se izmeri, običajno s človeškim očesom ali fotoaparatom. Pri zelo šibkih virih je lahko svetlobnih delcev, ki prihajajo iz vira, premalo, da bi jih lahko videli. Ena od tehnik, ki jo imajo astronomi, da bi ga naredili vidnega, je uporaba integracije (ki je podobna daljšim ekspozicijam v fotografiji).

Integracija

Astronomski viri se ne premikajo veliko: le zaradi vrtenja in gibanja Zemlje se premikajo po nebu. Ko svetlobni delci sčasoma dosežejo kamero, zadenejo isto mesto, ki postane svetlejše in vidnejše od ozadja, dokler ga ni mogoče videti.

Teleskopi v večini observatorijev (in satelitski instrumenti) lahko običajno sledijo viru, ko se premika po nebu, zaradi česar se zvezda teleskopu zdi mirna in omogoča daljše osvetlitve. Poleg tega je mogoče slike posneti v različnih nočeh, tako da ekspozicije trajajo več ur, dni ali celo mesecev. V digitalni dobi je mogoče digitalizirane slike neba združiti z računalnikom, ki prekrije slike, potem ko popravi gibanje.

Adaptivna optika

Adaptivnaoptika pomeni spreminjanje oblike zrcala ali leče med gledanjem, da bi nekaj bolje videli.

Analiza podatkov

Analiza podatkov je postopek, s katerim iz astronomskega opazovanja pridobimo več informacij, kot če bi ga zgolj opazovali. Opazovanje se najprej shrani kot podatki. Ti podatki se nato analizirajo z različnimi tehnikami.

Fourierova analiza

Fourierova analiza v matematiki lahko pokaže, ali se opazovanje (v določenem časovnem obdobju) periodično spreminja (spreminja se kot val). Če je tako, lahko izluščimo frekvence in vrsto valovnega vzorca ter najdemo veliko stvari, vključno z novimi planeti.

Dober primer polja so pulzarji, ki redno pulzirajo z radijskimi valovi. Izkazalo se je, da so ti podobni nekaterim (vendar ne vsem) vrsti svetlega vira v rentgenskih žarkih, imenovanega rentgenska dvojčica z majhno maso. Izkazalo se je, da so vsi pulzarji in nekateri LMXB nevtronske zvezde in da so razlike posledica okolja, v katerem se nevtronska zvezda nahaja. Izkazalo se je, da so tiste LMXB, ki niso nevtronske zvezde, črne luknje.

To poglavje poskuša podati pregled pomembnih področij astronomije, njihovega obdobja pomembnosti in izrazov, ki se uporabljajo za njihovo opisovanje. Opozoriti je treba, da je bila astronomija v moderni dobi razdeljena predvsem po elektromagnetnem spektru, čeprav obstajajo nekateri dokazi, da se to spreminja.

Polja po telesu

Sončna astronomija

Sončna astronomija je preučevanje Sonca. Sonce je Zemlji najbližja zvezda, oddaljena približno 92 milijonov (92.000.000) milj. Najlažje ga je podrobno opazovati. Opazovanje Sonca nam lahko pomaga razumeti delovanje in nastanek drugih zvezd. Spremembe na Soncu lahko vplivajo na vreme in podnebje na Zemlji. S Sonca se nenehno oddaja tok nabitih delcev, imenovan Sončev veter. Sončev veter, ki trči v Zemljino magnetno polje, povzroča severni sij. Raziskovanje Sonca je ljudem pomagalo razumeti, kako deluje jedrska fuzija.

Planetarna astronomija

Planetarna astronomija je študij planetov, lun, pritlikavih planetov, kometov in asteroidov ter drugih majhnih teles, ki krožijo okoli zvezd. Planete našega osončja so podrobno preučevala številna vesoljska plovila, kot so Cassini-Huygens (Saturn) ter Voyager 1 in 2.

Galaktična astronomija

Galaktična astronomija je preučevanje oddaljenih galaksij. Preučevanje oddaljenih galaksij je najboljši način za spoznavanje naše galaksije, saj je zaradi plinov in zvezd v naši galaksiji le-to težko opazovati. Galaktični astronomi poskušajo razumeti zgradbo galaksij in njihov nastanek z uporabo različnih vrst teleskopov in računalniških simulacij.

Astronomija gravitacijskega valovanja

Astronomija gravitacijskega valovanja je preučevanje vesolja v spektru gravitacijskega valovanja. Doslej je vsa dosedanja astronomija uporabljala elektromagnetni spekter. Gravitacijski valovi so valovanje v prostor-času, ki ga oddajajo zelo gosti objekti, ki spreminjajo obliko, med njimi bele pritlikavke, nevtronske zvezde in črne luknje. Ker nihče ni mogel neposredno zaznati gravitacijskih valov, je bil vpliv astronomije gravitacijskih valov zelo omejen.