Що вивчають астрофізики? Сучасна астрофізика

Астрономія – це наука, яка вивчає небесні тіла, їх рух, будову, а також системи, утворені ними. Це найдавніша область знання: витоки астрономії губляться в глибині століть. Можна сказати, що вона еволюціонувала разом з людством. І сьогодні астрономія не стоїть на місці. Користуючись новітніми технологіями, вчені постійно уточнюють і доповнюють вже сформовані теорії. Найгучніші відкриття останніх років часто бували пов’язані з тими явищами, що вивчають астрофізики. На повну потужність використовуючи досягнення в галузі техніки, астрономи неминуче стикаються з обмеженістю людського розуму. Астрофізика – розділ астрономії, мабуть, частіше за інших стикається з фактами, які поки неможливо пояснити. Учені, що працюють під її прапором, намагаючись знайти відповіді на всі більш складні питання, тим самим стимулюють технічний прогрес. Про те, що вивчають астрофізики, що їм вже вдалося дізнатися і які загадки Всесвіт їм пропонує сьогодні, і піде мова нижче.

• Особливості
• З чого все починалося
• Значимість
• Невидиме випромінювання
• Проблеми астрофізики
• Модель Всесвіту
• Чорні діри, гамма-сплески

Особливості

Астрофізика займається визначенням фізичних характеристик космічних об’єктів та їх взаємодії. У своїх теоріях вона спирається на знання про закони природи, накопичені наукою в процесі вивчення властивостей матерії на Землі.
Вчені-астрофізики стикаються з істотними обмеженнями у своїй роботі. На відміну від колег, які вивчають мікросвіт або макрооб’єкти в умовах Землі, вони не можуть проводити експерименти. Багато хто з сил, що діють в космосі, проявляють себе лише на величезній відстані або при наявності гігантських за масою і об’ємом об’єктів. У лабораторії таке взаємодія не вивчиш, оскільки неможливо створити необхідні умови. Загальна астрофізика в основному має справу з результатами пасивного спостереження.

У таких умовах важко собі уявити отримання даних про об’єкти. Безпосереднього вимірювання потрібних параметрів в силу неможливості експериментів у цьому розділі астрономії не існує. У такому випадку що вивчають астрофізики і на чому засновують свої висновки? Головне джерело інформації для вчених в подібних умовах – аналіз електромагнітних хвиль, які випромінюють небесні тіла.

З чого все починалося

Астрономія – це наука, яка вивчає небесні тіла з незапам’ятних часів, проте такий розділ, як астрофізика, був у ній далеко не завжди. Фактично своє становлення він почав в 1859 році, коли Г. Кірхгоф і Р. Бунзен по завершенні серії експериментів встановили, що будь-який хімічний елемент володіє унікальним лінійчатим спектром. Це означало, що по спектру небесного тіла можна судити про його хімічний склад. Так зародився спектральний аналіз, а разом з ним з’явилася і астрофізика.

Значимість

У 1868 році щойно створений метод уможливив виявлення нового хімічного елемента – гелію. Його відкрили під час спостереження повного сонячного затемнення і вивчення хромосфери світила.

Сучасна астрофізика також багато в чому базується на даних спектрального аналізу. Удосконалена технологія дозволяє отримувати відомості практично про всі характеристики небесних тіл, а також міжзоряного простору: температурі, складі, поведінці атомів, напрузі магнітних полів і так далі.

Невидиме випромінювання

Значно розширило можливості астрофізики відкриття радіовипромінювання. Його реєстрація дозволила вивчати холодний газ, що наповнює міжзоряний простір і випускає невидимий для ока світло, а також процеси, що протікають в далеких пульсарах і нейтронних зірках. Величезне значення для всієї астрономії мало відкриття реліктового випромінювання, що став підтвердженням складалася в цей час теорії великого вибуху.

Космічна ера подарувала астрофізикам нові можливості. Стали доступними ультрафіолетове, рентгенівське і гамма-випромінювання, шлях до Землі яким перегороджує атмосфера. Телескопи, створені з урахуванням нових відкриттів, дозволили виявити гарячий газ в скупченнях галактик, рентгенівське випромінювання нейтронних зірок, деякі характеристики чорних дір.

Проблеми астрофізики

Сучасна наука пішла далеко вперед у порівнянні з тим станом, в якому вона перебувала в кінці 19 століття. Сьогодні астрофізики користуються всіма новітніми досягненнями в області реєстрації електромагнітного випромінювання та отримання на їх основі даних про віддалених об’єктах. Однак не можна сказати, що цей розділ астрономії абсолютно безперешкодно рухається по шляху вивчення Всесвіту. Умови, що складаються в далекому космосі, часом настільки важкі для реєстрації і розуміння, що інтерпретація отриманих даних про ті чи інші об’єкти скрутна.

В околицях чорної діри, надрах нейтронних зірок і їх магнітних полях можуть проявлятися нові фізичні властивості матерії. Неможливість навіть приблизно відтворити екстремальні або граничні умови, в яких відбуваються подібні космічні процеси, формує основні складності астрофізики.

Модель Всесвіту

Одне з найважливіших завдань сучасної астрономії – зрозуміти, як розвивається неосяжний космос. На сьогоднішній день існує дві основні версії: відкрита і закрита Всесвіт. Перша передбачає постійне і необмежене розширення. У цій моделі відстань між галактиками тільки збільшується, і через якийсь час космос стане млявою пустелею з рідкісними острівцями твердої матерії. Інший варіант передбачає, що на зміну розширенню, яке для більшості є безперечним фактом, прийде фаза стиснення Всесвіту. Однозначної відповіді на питання про те, яка теорія вірна, поки немає. Більше того, з’являються відкриття, значно ускладнюють розуміння майбутнього Всесвіту і вносять певний хаос в, здавалося б, струнку картину. До них відноситься, наприклад, виявлення темної матерії та енергії.

Чорні діри, гамма-сплески

Серед усього того, що вивчають астрофізики, є ряд об’єктів з особливим нальотом таємничості. Вони також належать до основних проблем цього розділу астрономії. У їх число входять чорні діри, багато фізичні процеси в просторі яких абсолютно не вивчені, і гамма-сплески. Останні є викид величезної кількості енергії, імпульси гамма-випромінювання. Природа їх теж до кінця не ясна.

Розуміння подібних об’єктів і явищ може істотно змінити наше уявлення про будову Всесвіту і законах космосу. Саме постійне зіткнення з таємницями світобудови і робить астрофізику переднім краєм науки, одночасно висвічуються обмеженість сучасних знань та стимулюючої подальший їх розвиток. Можна сказати, що цей розділ астрономії став своєрідним маркером прогресу: кожне відкриття знаменує собою перемогу людського розуму над ще однією таємницею.

Астрофізика

Астрофі́зика (від астро… і фізика) — розділ астрономії, який досліджує фізичні властивості та хімічний склад небесних об’єктів і міжзоряного середовища, а також процесів, що відбуваються в них.

Зміст

Історична довідка

Як самостійна галузь науки астрофізика почала розвиватися з середини 19 ст. з відкриттям спектроскопії і застосуванням фотографії. На початку 20 ст. астрофізика поділилась на практичну та теоретичну. Практична астрофізика розробляє нові методи та напрями досліджень небесних тіл, ведення астрономічних спостережень. Одним із розділів практичної астрофізики є астрополяриметрія. Від початку космічної ери практична астрофізика поділилась на наземну та позаатмосферну. Апаратура, встановлена на супутниках, дає можливість реєструвати випромінювання небесних тіл далеко за межами атмосфери Землі. Теоретична астрофізика використовує результати досліджень та спостережень за небесними тілами для з’ясування фізичної природи небесних тіл через побудову моделей явищ та процесів, що відбуваються на їхніх поверхнях та в надрах, за допомогою комп’ютерного моделювання.

Характеристика

Об’єктами вивчення та досліджень астрофізики є: фізика Сонця, планет, комет, астероїдів та метеороїдів, галактик та галактичних структур, скупчень галактик, міжзоряного середовища і туманностей, орязір і навколозоряних оболонок, корпускулярного та електромагнітного випромінювання, зоряних систем, розробка космогонічних моделей.

Основними напрямками теоретичних та експериментальних досліджень сучасної астрофізики є: елементарні частинки і поля, моделі будови Всесвіту, сценарії його виникнення та еволюції, походження хімічних елементів та їх поширення у Всесвіті, електро-, газо- і магнітогідродинаміка міжзоряного середовища, утворення та еволюція зір та галактик, моделі внутрішньої будови зір, вивчення процесів в атмосферах зір та в навколозоряних оболонках, аналіз газових та аерозольних складових атмосфер планет, комет та астероїдів, конструювання та виготовлення астрономічної апаратури, фізика змінних зір, динамічні процеси в системах подвійних та кратних зір, зоряних скупченнях та асоціаціях (кінематика та динаміка зоряних систем), взаємодія молекул міжзоряного середовища з корпускулярним та електромагнітним випромінюваннями, великомасштабна структура Метагалактики, процеси теплового та нетеплового радіовипромінювання, вивчення характеристик космічних променів, фізика планетарних туманностей, комет та метеороїдів, побудова теоретичних моделей фізичної природи темної енергії та темної матерії тощо.

До головних експериментальних методів астрофізики належать: спектральний аналіз, фотографія і фотометрія. Фотометричні та фотографічні дослідження виокремлюють іноді в астрофотографію та астрофотометрію. Серед методів астрофізики велике значення має астрометрія.

Різновиди

За діапазонами довжин хвиль (частот), у межах яких проводять спостереження, астрофізику поділяють на астрофізику нейтринну, гамма-астрофізику, рентгенівську, ультрафіолетову, оптичну, інфрачервону астрофізику, радіоастрофізику, астрофізику ядерну. Останнім часом, в зв’язку з детектуванням гравітаційних хвиль (2016), почали виділяти гравітаційну астрофізику.

Для потреб астрофізики нейтринної створено нейтринні обсерваторії, що дозволили прямими спостереженнями довести наявність термоядерних реакцій в центрі Сонця.

Ультрафіолетова, рентгенівська і гамма-астрофізика вивчають фізичні явища та процеси, які супроводжуються утворенням високоенергетичних частинок: динамічні процеси, що відбуваються в подвійних пульсарах, чорних дірах, магнетарах та інших релятивістських небесних тілах.

Оптична астрономія є найстарішою галуззю астрофізики, основними інструментами якої є телескопи з ПЗС-матрицями та спектрографи. Обмеження на спостереження в оптичному діапазоні накладає турбулентність земної атмосфери, що заважає спостереженнями на великих телескопах. Для усунення цього ефекту і отримання максимально чіткого зображення використовують різні методи, такі як адаптивна оптика, спекл-інтерферометрія, а також виведення телескопів в космічний простір.

Інфрачервона астрофізика вивчає випромінювання від небесних тіл на хвилях, що знаходяться в проміжку між радіодіапазоном і видимим світлом. Спостереження в цій області спектра проводять переважно на телескопах, подібних до звичайних оптичних телескопів. Об’єктами інфрачервоної астрофізики є холодні зорі, коричневі карлики, газові оболонки, планети, міжзоряний пил.

Радіоастрофізика небесних об’єктів вивчає випромінювання, які надходять від них в діапазоні довжин хвиль від 0.1 мм до 100 м. Радіохвилі випромінюються, наприклад, такими холодними об’єктами, як міжзоряний газ і пилові хмари. Об’єктами вивчення радіоастрофізики є також реліктове випромінювання, радіовипромінювання пульсарів, далеких радіогалактик і квазарів. Найчастіше спостереження проводяться з використанням радіоінтерферометрів.

Одним з найважливіших досягнень астрофізики є висновок про єдність речовини у Всесвіті: різноманітні небесні тіла складаються з таких елементів, які є на Землі.

Література

1. Мартынов Д. Я. Курс общей астрофизики. Москва : Наука, 1988. 640 с.
2. Астрономічний енциклопедичний словник / За заг. ред. І. А. Климишина, А. О. Корсунь. Львів : Львівський національний університет імені Івана Франка, 2003. С. 40–41; 316.
3. Засов А. В., Постнов К. А. Общая астрофизика. Фрязино : ВЕК 2, 2006. 493 с.
4. Leverington D. Encyclopedia of the History of Astronomy and Astrophysics. Cambridge : Cambridge University Press, 2013. 530 p.
5. Biographical Encyclopedia of Astronomers / Ed. by Th. Hockey, V. Trimble, Th. Williams et al. New York : Springer, 2014. 2434 p.
6. Pankaj J. An Introduction to Astronomy and Astrophysics. Boca Raton : CRC Press, 2015. 365 p.
7. Lang K. A Brief History of Astronomy and Astrophysics. New Jersey : World Scientific, 2018. 340 p.
8. Miles V. Cosmology: Astronomy and Astrophysics. New York : Syrawood Publishing House, 2019. 237 p.

Автор ВУЕ

Покликання на цю статтю: Шевчук О. Г. Астрофізика // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/ Астрофізика (дата звернення: 5.03.2024).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 18.09.2020

Важливо!

Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.

Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.

Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.

Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів