نجوم (ستاره شناسی)

 

نجوم (از یونانی: τροστρονομία ، به معنای واقعی کلمه به معنای علمی است که قوانین ستارگان را مطالعه می کند) یک علم طبیعی است که اجسام و پدیده های آسمانی را مطالعه می کند. از ریاضیات ، فیزیک و شیمی برای توضیح منشا و تکامل آنها استفاده می کند. اجسام مورد نظر شامل سیارات ، قمرها ، ستارگان ، سحابی ها ، کهکشان ها و دنباله دارها هستند.

پدیده های مربوطه شامل انفجارهای ابرنواختر ، انفجار اشعه گاما ، اختروش ، بلازار ، تپ اختر و تابش زمینه مایکروویو کیهانی است. به طور کلی ، نجوم همه چیز را که از جو زمین سرچشمه می گیرد ، مطالعه می کند. کیهان شناسی شاخه ای از نجوم است که جهان را به طور کلی مطالعه می کند.

نجوم یکی از قدیمی ترین علوم طبیعی است. تمدنهای اولیه در تاریخ ثبت شده ، مشاهدات روشمند آسمان شب را انجام دادند. اینها شامل بابلی ها ، یونانی ها ، هندی ها ، مصری ها ، چینی ها ، مایاها و بسیاری از مردم بومی باستانی قاره آمریکا می شود. در گذشته ، نجوم شامل رشته های مختلف مانند طالع بینی ، ناوبری آسمانی ، نجوم مشاهده ای و ساخت تقویم بود. امروزه اغلب گفته می شود که نجوم حرفه ای همان اخترفیزیک است.

نجوم حرفه ای به شاخه های مشاهده ای و نظری تقسیم می شود. نجوم مشاهده ای بر روی بدست آوردن اطلاعات از مشاهدات اجرام نجومی متمرکز شده است. سپس این داده ها با استفاده از اصول اساسی فیزیک تجزیه و تحلیل می شود. نجوم نظری جهت توسعه مدلهای رایانه ای یا تحلیلی جهت توصیف اشیاء و پدیده های نجومی متمرکز است. این دو زمینه مکمل یکدیگر هستند. نجوم نظری به دنبال توضیح نتایج رصدی است و مشاهدات برای تأیید نتایج نظری مورد استفاده قرار می گیرد.

نجوم یکی از معدود علوم است که آماتورها در آن نقش فعالی دارند. این امر به ویژه در مورد کشف و مشاهده وقایع گذرا صادق است. اخترشناسان آماتور به اکتشافات مهم زیادی مانند یافتن دنباله دارهای جدید کمک کرده اند.

علم اشتقاق لغات

نجوم (از یونانی ἀστρονομία از ἄστρον astron ، “ستاره” و -νομία -nomia از νόμος nomos ، “قانون” یا “فرهنگ”) به معنی “قانون ستارگان” (یا “فرهنگ ستارگان” بسته به ترجمه) به نجوم را نباید با طالع بینی اشتباه گرفت ، سیستم اعتقادی که ادعا می کند امور بشر با موقعیت اجرام آسمانی در ارتباط هستند.اگرچه این دو زمینه دارای منشأ مشترکی هستند ، اما اکنون کاملاً متمایز هستند.

استفاده از اصطلاحات “نجوم” و “اخترفیزیک”

“نجوم” و “اخترفیزیک” مترادف هستند.بر اساس تعاریف دقیق فرهنگ لغت ، “نجوم” به “مطالعه اجسام و مواد خارج از جو زمین و خواص فیزیکی و شیمیایی آنها” اشاره دارد ، در حالی که “اخترفیزیک” به شاخه ای از نجوم اشاره می کند که با “رفتار ،” خواص فیزیکی و فرایندهای پویا اجرام و پدیده های آسمانی “. در برخی موارد ، مانند مقدمه کتاب درسی جهان فیزیکی توسط فرانک شو ، از “نجوم” برای توصیف مطالعه کیفی این موضوع استفاده می شود ، در حالی که “اخترفیزیک” برای توصیف نسخه فیزیک محور این موضوع استفاده می شود.

با این حال ، از آنجا که اکثر تحقیقات نجومی مدرن به موضوعات مرتبط با فیزیک می پردازند ، نجوم مدرن را در واقع می توان اخترفیزیک نامید. برخی از زمینه ها ، مانند نجوم شناسی ، صرفاً نجوم هستند تا اخترفیزیک. بخشهای مختلف که دانشمندان در این زمینه تحقیق می کنند ممکن است از “نجوم” و “اخترفیزیک” استفاده کنند ، تا حدی بستگی به این دارد که آیا این گروه از نظر تاریخی به یک گروه فیزیک وابسته است یا خیر و بسیاری از منجمان حرفه ای دارای درجه فیزیک هستند تا نجوم. برخی از عناوین مجلات علمی برجسته در این زمینه عبارتند از The Astronomical Journal ، The Astrophysical Journal و Astronomy & Astrophysics.

تاریخ زمان های قدیم

در دوران تاریخی اولیه ، نجوم فقط شامل مشاهده و پیش بینی حرکت اجسام قابل مشاهده با چشم غیر مسلح بود. در برخی مکانها ، فرهنگهای اولیه آثار عظیم را جمع آوری کردند که احتمالاً دارای هدف نجومی بوده اند. این رصدخانه ها علاوه بر استفاده تشریفاتی ، می توانند برای تعیین فصل مورد استفاده قرار گیرند ، عامل مهمی در دانستن زمان کاشت محصولات و درک طول سال.

قبل از اختراع ابزارهایی مانند تلسکوپ ، مطالعه اولیه ستارگان با چشم غیر مسلح انجام شد. با توسعه تمدنها ، به ویژه در بین النهرین ، یونان ، ایران ، هند ، چین ، مصر و آمریکای مرکزی ، رصدخانه های نجومی جمع آوری شد و ایده هایی در مورد ماهیت جهان توسعه یافت. بیشتر نجوم اولیه شامل نگاشت موقعیت ستارگان و سیارات بود ، علمی که امروزه به آن طالع بینی می گویند.

از این مشاهدات ، ایده های اولیه در مورد حرکت سیارات شکل گرفت و ماهیت خورشید ، ماه و زمین در جهان از نظر فلسفی کاوش شد. تصور می شد که زمین مرکز جهان است و خورشید ، ماه و ستارگان به دور آن می چرخند. این مدل به عنوان مدل ژئوسنتریک جهان یا سیستم بطلمیوس ، که به نام بطلمیوس نامگذاری شده است ، شناخته می شود.
یکی از مهمترین تحولات اولیه ، آغاز نجوم ریاضی و علمی بود که در بین بابلی ها شروع شد و پایه های سنت های نجومی بعدی را که در بسیاری از تمدن های دیگر شکل گرفت ، پایه گذاری کردند. بابلی ها کشف کردند که ماه گرفتگی در یک چرخه تکراری معروف به ساروس تکرار می شود.
به دنبال بابلی ها ، پیشرفتهای چشمگیری در نجوم در یونان باستان و جهان هلنی صورت گرفت. نجوم یونانی از ابتدا با جستجوی توضیحی منطقی و فیزیکی برای پدیده های آسمانی مشخص می شود. در قرن سوم پیش از میلاد ، آریستارخوس از ساموس اندازه و فاصله ماه و خورشید را تخمین زد و مدلی از منظومه شمسی را پیشنهاد کرد که در آن زمین و سیارات به دور خورشید می چرخیدند و اکنون مدل هلیوسنتریک نامیده می شود.در قرن دوم قبل از میلاد ، هیپارکوس پیش درآمد را کشف کرد ، اندازه و فاصله ماه را محاسبه کرد و اولین دستگاههای نجومی شناخته شده مانند اسطرلاب را اختراع کرد.

هیپارخوس همچنین فهرست جامعی از ۱۰۲۰ ستاره ایجاد کرد و اکثر صورت های فلکی نیمکره شمالی از نجوم یونانی نشأت می گیرد.مکانیسم Antikythera (حدود ۱۵۰-۸۰ قبل از میلاد) یک رایانه آنالوگ اولیه بود که برای محاسبه موقعیت خورشید ، ماه و سیارات برای یک تاریخ معین طراحی شده بود. آثار تکنولوژیکی با پیچیدگی مشابه تا قرن چهاردهم ، زمانی که ساعتهای مکانیکی نجومی در اروپا ظاهر شد ، دوباره ظاهر نشد.

قرون وسطی

اروپای قرون وسطایی تعدادی ستاره شناس مهم را در خود جای داده بود. ریچارد والینگفورد (۱۲۹۲-۱۳۶۶) سهم عمده ای در نجوم و طالع بینی داشت ، از جمله اختراع اولین ساعت نجومی ، Rectangulus که امکان اندازه گیری زاویه بین سیارات و دیگر اجرام نجومی را فراهم می آورد ، و همچنین استوایی به نام آلبیون می تواند برای محاسبات نجومی مانند طول جغرافیایی قمری ، خورشیدی و سیاره ای مورد استفاده قرار گیرد و می تواند گرفتگی ها را پیش بینی کند. نیکول اورسم (۱۳۲۰–۱۳۸۲) و ژان بریدان (۱۳۰۰–۱۳۶۱) برای اولین بار شواهدی را در مورد چرخش زمین مورد بحث قرار دادند.

علاوه بر این ، بوریدان همچنین نظریه انگیزش (سلف نظریه علمی مدرن اینرسی) را توسعه داد که قادر به نشان دادن سیارات بود. قادر به حرکت بدون دخالت فرشتگان بودند.گئورگ فون پوئرباخ (۱۴۲۳-۱۴۶۱) و Regiomontanus (1436-1476) به پیشرفت های نجومی در توسعه کوپرنیک از مدل هلیوسنتریک کمک کردند.

نجوم در جهان اسلام و دیگر نقاط جهان رونق گرفت. این منجر به ظهور اولین رصدخانه های نجومی در جهان اسلام در اوایل قرن ۹ شد.در سال ۹۶۴ ، کهکشان آندرومدا ، بزرگترین کهکشان در گروه محلی ، توسط منجم ایرانی مسلمان عبدالرحمان صوفی در کتاب ستاره های ثابت توصیف شد.ابرنواختر SN 1006 ، درخشان ترین رویداد ستاره ای در تاریخ ثبت شده.

توسط منجم عربی مصری علی بن رضوان و ستاره شناسان چینی در سال ۱۰۰۶ مشاهده شد. شامل البطانی ، تبیت ، عبدالرحمن صوفی ، بیرونی ، ابی اسحاق ابراهیم الزرقلی ، بیرجندی و منجمان رصدخانه های مراغه و سمرقند. در آن زمان ستاره شناسان بسیاری از نامهای عربی را که اکنون برای ستارگان منفرد استفاده می شود ، معرفی کردند. 

همچنین اعتقاد بر این است که ویرانه های زیمبابوه بزرگ و تیمبوکتو ممکن است رصدخانه های نجومی را در خود جای داده باشد.در غرب آفریقای پسا کلاسیک ، ستاره شناسان حرکت ستارگان و ارتباط با فصول را مورد بررسی قرار دادند ، نقشه های آسمان ها و نمودارهای دقیق مدارهای دیگر سیارات را بر اساس محاسبات پیچیده ریاضی مطالعه کردند.

محمود کتی ، مورخ سانگهای ، بارش شهابی را در آگوست ۱۵۸۳ ثبت کرد. اروپایی ها قبلاً معتقد بودند که در قرون وسطی قبل از استعمار هیچ مشاهده نجومی در زیر صحرای آفریقا انجام نشده است ، اما اکتشافات مدرن چیز دیگری را نشان می دهد. 

کلیسای کاتولیک روم بیش از شش قرن (از زمان بازیابی یادگیری باستانی در اواخر قرون وسطی تا عصر روشنگری) بیشتر از سایر م institutionsسسات دیگر به مطالعه نجوم کمک مالی و اجتماعی کرد. از جمله انگیزه های کلیسا یافتن تاریخ عید پاک بود.

انقلاب علمی

در دوران رنسانس ، نیکولاس کوپرنیک مدل هلیوسنتریک منظومه شمسی را ارائه کرد. کار او توسط گالیله گالیله دفاع شد و توسط یوهانس کپلر گسترش یافت. کپلر اولین کسی بود که سیستمی را طراحی کرد که جزئیات حرکت سیارات به دور خورشید را به درستی توصیف کرد. با این حال ، کپلر در تدوین نظریه ای در پشت قوانینی که نوشت ، موفق نشد. این اسحاق نیوتن با اختراع دینامیک آسمانی و قانون گرانش بود که سرانجام حرکت سیارات را توضیح داد. نیوتن همچنین تلسکوپ بازتابی را توسعه داد.

پیشرفت در اندازه و کیفیت تلسکوپ منجر به اکتشافات بیشتر شد. منجم انگلیسی جان فلامستید بیش از ۳۰۰۰ ستاره را فهرست بندی کرد ،فهرستهای گسترده تری از ستاره ها توسط نیکولاس لوئیس دو لاکیل تهیه شد. منجم ویلیام هرشل فهرست مفصلی از تیرگی ها و خوشه ها را تهیه کرد و در سال ۱۷۸۱ سیاره اورانوس را کشف کرد ، اولین سیاره جدید پیدا شده.

در طول سده های ۱۸-۱۸ ، مطالعه مشکل سه جسمی توسط لئونارد اویلر ، الکسیس کلود کلیرو و ژان لوند رم آلبرت منجر به پیش بینی دقیق تری در مورد حرکت ماه و سیارات شد. این کار توسط جوزف-لویی لاگرانژ و پیر سیمون لاپلاس بیشتر تصحیح شد و اجازه داد تا توده های سیارات و قمرها از آشفتگی هایشان تخمین زده شود.
با معرفی فناوری جدید از جمله طیف سنجی و عکاسی ، پیشرفت های چشمگیری در علم نجوم حاصل شد. ژوزف فون فرانهافر در طیف خورشید در سالهای ۱۸۱۴-۱۵ حدود ۶۰۰ باند را کشف کرد ، که در سال ۱۸۵۹ ، گوستاو کرخوف به وجود عناصر مختلف نسبت داد. ثابت شد که ستارگان شبیه خورشید خود زمین هستند ، اما دارای طیف وسیعی از دما ، جرم و اندازه هستند.

وجود کهکشان زمین ، کهکشان راه شیری ، به عنوان گروه ستارگان خود ، تنها در قرن بیستم همراه با وجود کهکشان های “خارجی” ثابت شد. رکود مشاهده شده کهکشانها منجر به کشف انبساط جهان شد. نجوم نظری منجر به گمانه زنی هایی درباره وجود اجرامی مانند سیاه چاله ها و ستاره های نوترونی شد.

که برای توضیح پدیده های مشاهده شده مانند اختروش ، تپ اختر ، بلازار و کهکشان های رادیویی مورد استفاده قرار گرفته است. کیهان شناسی فیزیکی در طول قرن بیستم پیشرفت های بزرگی کرد. در اوایل دهه ۱۹۰۰ مدل نظریه بیگ بنگ تدوین شد ، که به شدت توسط تابش زمینه مایکروویو کیهانی ، قانون هابل و فراوانی کیهانی عناصر اثبات شد.

تلسکوپ های فضایی اندازه گیری قسمتهایی از طیف الکترومغناطیسی را که معمولاً توسط جو مسدود یا مبهم شده اند ، فعال کرده است. [نیاز به منبع] در فوریه ۲۰۱۶ ، مشخص شد که پروژه LIGO در سپتامبر گذشته شواهدی از امواج گرانشی را شناسایی کرده بود.

نجوم مشاهده ای

منبع اصلی اطلاعات در مورد اجرام آسمانی و اجسام دیگر نور مرئی یا به طور کلی تابش الکترومغناطیسی است. نجوم مشاهده ای را می توان با توجه به ناحیه مربوطه طیف الکترومغناطیسی که مشاهدات بر روی آن انجام شده است ، طبقه بندی کرد. برخی از قسمتهای طیف را می توان از سطح زمین مشاهده کرد ، در حالی که قسمتهای دیگر فقط از ارتفاعات بالا و یا خارج از جو زمین قابل مشاهده هستند. اطلاعات خاصی در مورد این زمینه های فرعی در زیر آورده شده است.

نجوم رادیویی

نجوم رادیویی از تابش هایی با طول موج بیشتر از تقریباً یک میلی متر ، خارج از محدوده مرئی استفاده می کند. نجوم رادیویی با سایر اشکال نجوم رصدی متفاوت است از این جهت که امواج رادیویی مشاهده شده را می توان به عنوان امواج تلقی کرد تا فوتون های گسسته. از این رو ، اندازه گیری دامنه و فاز امواج رادیویی نسبتاً آسان تر است ، در حالی که این کار به راحتی در طول موج های کوتاه تر انجام نمی شود.

اگرچه برخی از امواج رادیویی مستقیماً توسط اجسام نجومی ، محصول گسیل حرارتی ، ساطع می شوند ، اما بیشترین انتشار رادیویی که مشاهده می شود ، ناشی از تابش سنکروترون است ، که هنگام چرخش الکترون ها در میدان های مغناطیسی ایجاد می شود.

علاوه بر این ، تعدادی از خطوط طیفی تولید شده توسط گاز بین ستاره ای ، به ویژه خط طیفی هیدروژن در ۲۱ سانتی متر ، در طول موج های رادیویی قابل مشاهده است.طیف وسیعی از اجسام دیگر در طول موج های رادیویی قابل مشاهده است ، از جمله ابرنواخترها ، گازهای بین ستاره ای ، تپ اخترها و هسته های کهکشانی فعال.

نجوم مادون قرمز

نجوم مادون قرمز بر اساس تشخیص و تجزیه و تحلیل تابش مادون قرمز ، طول موجهای طولانی تر از نور قرمز و خارج از محدوده دید ما است. طیف مادون قرمز برای مطالعه اجسامی که بیش از حد سرد برای تابش نور مرئی هستند مفید است ، مانند سیارات ، دیسک های دور ستاره ای یا سحابی که نور آنها توسط گرد و غبار مسدود شده است. طول موج بلندتر مادون قرمز می تواند به ابرهای گرد و غبار نفوذ کند که نور مرئی را مسدود می کند و امکان مشاهده ستارگان جوان تعبیه شده در ابرهای مولکولی و هسته کهکشان ها را می دهد.

مشاهدات کاوشگر مادون قرمز گسترده (WISE) در رونمایی از بسیاری از ستاره های کهکشانی و خوشه های ستاره ای میزبان آنها موثر بوده است. به استثنای طول موج های مادون قرمز نزدیک به نور مرئی ، چنین تشعشعی به شدت توسط جو جذب می شود ، یا پوشانده می شود ، زیرا خود جو انتشار مادون قرمز قابل توجهی ایجاد می کند.

در نتیجه ، رصدخانه های مادون قرمز باید در مکانهای مرتفع و خشک روی زمین یا در فضا واقع شوند. برخی از مولکولها در مادون قرمز به شدت تابش می کنند. این امر امکان مطالعه شیمی فضا را فراهم می آورد. به طور خاص می تواند آب را در دنباله دارها تشخیص دهد.

نجوم نوری

از نظر تاریخی ، نجوم نوری ، که نجوم نور مرئی نیز نامیده می شود ، قدیمی ترین شکل نجوم است. تصاویر مشاهدات در ابتدا با دست کشیده شده اند. در اواخر قرن نوزدهم و بیشتر قرن بیستم ، تصاویر با استفاده از تجهیزات عکاسی تهیه می شدند. تصاویر مدرن با استفاده از آشکارسازهای دیجیتال ، به ویژه با استفاده از دستگاه های همراه با شارژ (CCD) ساخته می شوند و بر روی رسانه مدرن ضبط می شوند. اگرچه خود نور مرئی از حدود ۴۰۰۰ Å تا ۷۰۰۰ Å (۴۰۰ نانومتر تا ۷۰۰ نانومتر) گسترش می یابد ، اما از همین تجهیزات می توان برای مشاهده برخی اشعه های ماوراء بنفش و مادون قرمز نزدیک استفاده کرد.

نجوم ماوراء بنفش

نجوم ماوراء بنفش از طول موج های فرابنفش بین تقریبا ۱۰۰ تا ۳۲۰۰ Å (۱۰ تا ۳۲۰ نانومتر) استفاده می کند. نور در این طول موج ها توسط جو زمین جذب می شود و نیاز به مشاهدات در این طول موج ها از بالای جو یا از فضا دارد. نجوم ماوراء بنفش برای مطالعه تابش های حرارتی و خطوط انتشار طیفی از ستارگان آبی داغ (ستاره های OB) که در این نوار موج بسیار درخشان هستند ، مناسب است. این شامل ستارگان آبی در کهکشان های دیگر است که هدف چندین بررسی ماوراء بنفش بوده اند.

دیگر اجسامی که معمولاً در نور ماوراء بنفش مشاهده می شوند شامل سحابی های سیاره ای ، بقایای ابرنواخترها و هسته های فعال کهکشانی است.با این حال ، از آنجا که نور ماوراء بنفش به راحتی توسط گرد و غبار بین ستاره ای جذب می شود ، تعدیل اندازه گیری های فرابنفش ضروری است. 

نجوم اشعه ایکس

در نجوم اشعه ایکس از طول موج های اشعه ایکس استفاده می شود. به طور معمول ، تشعشعات اشعه ایکس از طریق انتشار سنکروترون (نتیجه الکترون هایی که به دور خطوط میدان مغناطیسی می گردند) ، انتشار حرارتی از گازهای نازک بالای ۱۰۷ (۱۰ میلیون) کلوین و انتشار حرارتی از گازهای ضخیم بالای ۱۰۷ کلوین ایجاد می شود.

از آنجا که اشعه ایکس توسط جو زمین جذب می شود ، تمام مشاهدات اشعه ایکس باید از بالن ها ، موشک ها یا ماهواره های نجومی اشعه ایکس انجام شود. منابع قابل توجه اشعه ایکس شامل دوتایی اشعه ایکس ، تپ اختر ، بقایای ابرنواختر ، کهکشان های بیضوی ، خوشه کهکشان ها و هسته های فعال کهکشانی است.

نجوم اشعه گاما

نجوم اشعه گاما اجسام نجومی را در کوتاهترین طول موج طیف الکترومغناطیسی مشاهده می کند. پرتوهای گاما ممکن است مستقیماً توسط ماهواره هایی مانند رصدخانه کامپتون گاما یا توسط تلسکوپهای تخصصی به نام تلسکوپهای چرنکوف جوی مشاهده شوند.تلسکوپهای چرنکوف مستقیماً اشعه گاما را تشخیص نمی دهند ، بلکه درخشش های نور مرئی را که هنگام جذب اشعه گاما توسط جو زمین تولید می شود ، تشخیص می دهند.

اکثر منابع ساطع کننده اشعه گاما در واقع انفجار اشعه گاما هستند ، اجسامی که فقط چند میلی ثانیه تا هزاران ثانیه قبل از محو شدن ، تابش گاما تولید می کنند. تنها ۱۰٪ منابع اشعه گاما منابع غیر گذرا هستند. این ساطع کننده های اشعه گامای ثابت شامل تپ اختر ، ستاره های نوترونی و نامزدان سیاهچاله مانند هسته های کهکشانی فعال است.

میدان هایی که بر اساس طیف الکترومغناطیسی نیستند
علاوه بر تابش الکترومغناطیسی ، چند رویداد دیگر که از فواصل زیاد نشأت می گیرند ممکن است از زمین مشاهده شوند.

در نجوم نوترینو ، ستاره شناسان از امکانات زیرزمینی بسیار محافظت شده مانند SAGE ، GALLEX و Kamioka II/III برای تشخیص نوترینوها استفاده می کنند. اکثریت قریب به اتفاق نوترینوها از طریق زمین از خورشید سرچشمه می گیرند ، اما ۲۴ نوترینو نیز از ابرنواختر ۱۹۸۷A کشف شده است.پرتوهای کیهانی ، که از ذرات با انرژی بسیار بالا (هسته اتمی) تشکیل شده و هنگام ورود به جو زمین می توانند پوسیده یا جذب شوند ، منجر به آبشاری از ذرات ثانویه می شود که توسط رصدخانه های فعلی قابل تشخیص است.برخی از آشکارسازهای نوترینو در آینده نیز ممکن است نسبت به ذرات تولید شده هنگام برخورد اشعه کیهانی به جو زمین حساس باشند.

نجوم موج گرانشی یکی از زمینه های نوظهور نجوم است که از آشکارسازهای موج گرانشی برای جمع آوری داده های رصدی در مورد اجرام عظیم دور استفاده می کند. چند رصدخانه ساخته شده است ، مانند رصدخانه گرانشی تداخل سنج لیزری LIGO. LIGO اولین ردیابی خود را در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵ با مشاهده امواج گرانشی از یک سیاهچاله دوتایی انجام داد.دومین موج گرانشی در ۲۶ دسامبر ۲۰۱۵ شناسایی شد و مشاهدات اضافی باید ادامه یابد اما امواج گرانشی به ابزارهای بسیار حساس نیاز دارند.

ترکیبی از مشاهدات انجام شده با استفاده از تابش الکترومغناطیسی ، نوترینوها یا امواج گرانشی و سایر اطلاعات تکمیلی ، به عنوان ستاره شناسی چند پیام آور شناخته می شود. 

نجوم سنجی و مکانیک آسمانی

یکی از قدیمی ترین زمینه های نجوم و در کل علم ، اندازه گیری موقعیت اجرام آسمانی است. از نظر تاریخی ، شناخت دقیق موقعیت های خورشید ، ماه ، سیارات و ستارگان در ناوبری آسمانی (استفاده از اجرام آسمانی برای هدایت ناوبری) و در ساخت تقویم ضروری بوده است.

اندازه گیری دقیق موقعیت سیاره ها منجر به درک کامل اغتشاشات گرانشی و توانایی تعیین موقعیتهای گذشته و آینده سیارات با دقت زیاد شده است ، زمینه ای که به مکانیک آسمانی معروف است. به تازگی ردیابی اجسام نزدیک زمین امکان پیش بینی برخورد نزدیک یا برخورد احتمالی زمین با آن اجسام را فراهم می کند.

اندازه گیری اختلاف منظر ستاره ای ستارگان مجاور ، یک پایه اساسی در نردبان فاصله کیهانی است که برای اندازه گیری مقیاس جهان استفاده می شود. اندازه گیری اختلاف منظر ستاره های مجاور ، مبنای مطلق خواص ستارگان دورتر را ارائه می دهد ، زیرا می توان خواص آنها را با هم مقایسه کرد. اندازه گیری سرعت شعاعی و حرکت مناسب ستارگان به ستاره شناسان اجازه می دهد تا حرکت این سیستم ها را از طریق کهکشان راه شیری ترسیم کنند. نتایج نجومی پایه ای است که برای محاسبه توزیع ماده تاریک حدسی در کهکشان مورد استفاده قرار می گیرد.

در طول دهه ۱۹۹۰ ، اندازه گیری تزلزل ستاره ای ستارگان مجاور برای تشخیص سیارات فراخورشیدی بزرگ در مدار این ستارگان استفاده شد.

نجوم نظری

اخترشناسان نظری از چندین ابزار شامل مدلهای تحلیلی و شبیه سازیهای عددی محاسباتی استفاده می کنند. هر کدام مزایای خاص خود را دارند مدلهای تحلیلی یک فرایند برای ارائه بینش وسیع تری در مورد آنچه در جریان است بهتر است. مدل های عددی وجود پدیده ها و اثرات را که در غیر این صورت مشاهده نشده است آشکار می سازد.

نظریه پردازان نجوم تلاش می کنند مدل های نظری ایجاد کنند و از نتایج آن پیامدهای مشاهده ای این مدل ها را پیش بینی کنند. مشاهده پدیده ای که توسط یک مدل پیش بینی شده است به اخترشناسان اجازه می دهد تا بین چندین مدل متناوب یا متناقض به عنوان بهترین مدل برای توصیف پدیده ها ، یکی را انتخاب کنند.

نظریه پردازان همچنین سعی می کنند مدل هایی را تولید کرده یا اصلاح کنند تا داده های جدید را در نظر بگیرند. در صورت ناسازگاری بین داده ها و نتایج مدل ، تمایل کلی این است که سعی شود حداقل تغییرات در مدل ایجاد شود تا نتایج متناسب با داده ها تولید شود. در برخی موارد ، مقدار زیادی از داده های ناسازگار در طول زمان ممکن است منجر به کنار گذاشتن کلی یک مدل شود.

پدیده هایی که توسط منجمان نظری مدل سازی شده اند عبارتند از: پویایی و تکامل ستاره ها. تشکیل کهکشان ؛ توزیع وسیع ماده در جهان ؛ منشاء پرتوهای کیهانی ؛ نسبیت عام و کیهان شناسی فیزیکی ، از جمله کیهان شناسی رشته و فیزیک نجرم. نسبیت اخترفیزیکی به عنوان ابزاری برای سنجش خواص ساختارهای مقیاس بزرگ عمل می کند که گرانش برای آنها نقش مهمی در پدیده های فیزیکی مورد بررسی ایفا می کند و پایه ای برای فیزیک سیاهچاله ها و مطالعه امواج گرانشی است.

بیگ بنگ ، ماده تاریک و نظریه های بنیادی فیزیک ، برخی از نظریه ها و مدل های مورد قبول و مطالعه گسترده در نجوم ، که اکنون در مدل Lambda-CDM گنجانده شده است.

زیر شاخه های خاص فیزیک نجومی

اخترفیزیک شاخه ای از نجوم است که از اصول فیزیک و شیمی “برای تعیین ماهیت اجسام نجومی به جای موقعیت یا حرکت آنها در فضا” استفاده می کند. از جمله اجسام مورد مطالعه خورشید ، ستارگان دیگر ، کهکشان ها ، سیارات فراخورشیدی ، محیط بین ستاره ای و زمینه مایکروویو کیهانی است. انتشارات آنها در تمام قسمتهای طیف الکترومغناطیسی مورد بررسی قرار می گیرد و خواص مورد بررسی شامل روشنایی ، چگالی ، دما و ترکیب شیمیایی است. از آنجا که اخترفیزیک یک موضوع بسیار گسترده است ، اخترفیزیکدانان معمولاً بسیاری از رشته های فیزیک را شامل می شوند ، از جمله مکانیک ، الکترومغناطیس ، مکانیک آماری ، ترمودینامیک ، مکانیک کوانتومی ، نسبیت ، فیزیک هسته ای و ذرات و فیزیک اتمی و مولکولی.

در عمل ، تحقیقات نجومی مدرن اغلب شامل حجم قابل توجهی از کار در زمینه های فیزیک نظری و مشاهده ای است. برخی از زمینه های مطالعه برای اخترفیزیکدانان شامل تلاش آنها برای تعیین خواص ماده تاریک ، انرژی تاریک و سیاهچاله ها است. این که آیا سفر در زمان امکان پذیر است یا خیر ، کرم چاله ها می توانند ایجاد شوند یا جهان چندگانه وجود دارد. و منشأ و سرنوشت نهایی جهان. [۶۹] مباحثی که توسط اخترفیزیکدانان نظری مورد مطالعه قرار گرفته است شامل شکل گیری و تکامل منظومه شمسی است. پویایی و تکامل ستارگان ؛ شکل گیری و تکامل کهکشان ؛ مگنتوهیدرودینامیک ؛ ساختار مقیاس بزرگ ماده در جهان ؛ منشاء پرتوهای کیهانی ؛ نسبیت عام و کیهان شناسی فیزیکی ، از جمله کیهان شناسی رشته و فیزیک نجرم.

اختر شیمی

Astrochemistry مطالعه فراوانی و واکنش مولکولها در جهان و تعامل آنها با تابش است.این رشته همپوشانی نجوم و شیمی است. کلمه “ستاره شناسی” ممکن است هم در منظومه شمسی و هم در میان ستاره ای به کار رود. مطالعه فراوانی عناصر و نسبت ایزوتوپها در اجرام منظومه شمسی مانند شهاب سنگها نیز کیهان شیمی نامیده می شود ، در حالی که مطالعه اتمها و مولکولهای بین ستاره ای و برهمکنش آنها با تشعشع گاهی اخترفیزیک مولکولی نامیده می شود. شکل گیری ، ترکیب اتمی و شیمیایی ، تکامل و سرنوشت ابرهای گازی مولکولی از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، زیرا منظومه شمسی از این ابرها تشکیل می شود.

مطالعات انجام شده در این زمینه به درک شکل گیری منظومه شمسی ، مبدا و زمین شناسی زمین ، زیست زاد و منشا آب و هوا و اقیانوس ها کمک می کند.

زیست شناسی

Astrobiology یک زمینه علمی بین رشته ای است که به ریشه ها ، تکامل اولیه ، توزیع و آینده زندگی در جهان مربوط می شود. Astrobiology این سوال را مطرح می کند که آیا حیات فرازمینی وجود دارد یا خیر و چگونه انسان می تواند آن را تشخیص دهد. اصطلاح exobiology مشابه است.

Astrobiology با استفاده از زیست شناسی مولکولی ، بیوفیزیک ، بیوشیمی ، شیمی ، نجوم ، کیهان شناسی فیزیکی ، سیاره فراخورشیدی و زمین شناسی به بررسی امکان حیات در جهان های دیگر می پردازد و به تشخیص زیست کره هایی که ممکن است متفاوت از کره زمین باشند ، کمک می کند. منشأ و تکامل اولیه زندگی بخشی جدایی ناپذیر از رشته اختربیولوژی است. Astrobiology به تفسیر داده های علمی موجود می پردازد و اگرچه حدس و گمان برای ارائه زمینه ارائه می شود ، اما Astrobiology عمدتا خود را با فرضیه هایی مطابقت می دهد که کاملاً با نظریه های علمی موجود مطابقت دارد.

این زمینه بین رشته ای شامل تحقیقات در مورد منشاء سیستم های سیاره ای ، منشا ترکیبات آلی در فضا ، فعل و انفعالات سنگ و آب ، کربن ، زیست زایی روی زمین ، قابلیت سکونت در سیاره ، تحقیق در مورد امضای زیستی برای تشخیص زندگی و مطالعات در مورد پتانسیل سازگاری زندگی با چالش های روی زمین و فضا.

کیهان شناسی فیزیکی

کیهان شناسی (از یونانی κόσμος (kosmos) “جهان ، جهان” و λόγος (logos) “کلمه ، مطالعه” یا به معنای واقعی کلمه “منطق”) را می توان مطالعه جهان به عنوان یک کل دانست.

میدان عمیق شدید هابل

مشاهدات ساختار مقیاس بزرگ جهان ، شاخه ای که به عنوان کیهان شناسی فیزیکی شناخته می شود ، درک عمیقی از شکل گیری و تکامل کیهان ارائه کرده است. نظریه پذیرفته شده درباره انفجار بزرگ اساسی در کیهان شناسی مدرن است ، که در آن جهان ما در یک زمان واحد شروع شد و پس از آن در طول ۱۳٫۸ میلیارد سال گسترش یافت و به وضعیت کنونی خود رسید.مفهوم بیگ بنگ را می توان در زمان کشف تابش پس زمینه مایکروویو در سال ۱۹۶۵ جستجو کرد.

در طول این انبساط ، جهان چندین مرحله تکاملی را پشت سر گذاشت. در همان لحظات اولیه ، این نظریه وجود دارد که جهان تورم کیهانی بسیار سریعی را تجربه کرده است ، که شرایط اولیه را همگن کرد. پس از آن ، نوکلئوسنتز فراوانی عنصری جهان اولیه را ایجاد کرد.

هنگامی که اولین اتم های خنثی از دریایی از یون های اولیه شکل گرفتند ، فضا در برابر تابش شفاف شد و انرژی ای را که امروزه به عنوان تابش زمینه مایکروویو در نظر گرفته می شود آزاد می کند. جهان در حال گسترش پس از آن به دلیل کمبود منابع انرژی ستاره ای ، دوران تاریکی را پشت سر گذاشت.

ساختار سلسله مراتبی ماده از تغییرات جزئی در چگالی جرم فضا شروع شد. ماده در متراکم ترین مناطق انباشته شده و ابرهای گاز و اولین ستارگان یعنی ستارگان جمعیت سوم را تشکیل می دهد. این ستارگان عظیم باعث آغاز دوباره یونیزاسیون شدند و اعتقاد بر این است که بسیاری از عناصر سنگین را در جهان اولیه ایجاد کرده اند ، که از طریق فروپاشی هسته ای ، عناصر سبک تری را ایجاد می کنند و به چرخه نوکلئوسنتز اجازه می دهد طولانی تر ادامه یابد.
تجمع گرانشی به صورت رشته ای تجمع یافته و در شکاف ها خلأ ایجاد می کند. به تدریج ، سازمانهای گاز و گرد و غبار با هم ادغام شدند و اولین کهکشانهای اولیه را تشکیل دادند. با گذشت زمان ، اینها ماده بیشتری جذب کردند و اغلب به صورت گروه ها و خوشه های کهکشان و سپس به ابر خوشه های بزرگتر سازماندهی شدند.

زمینه های مختلف فیزیک برای مطالعه جهان بسیار مهم است. مطالعات بین رشته ای شامل زمینه های مکانیک کوانتومی ، فیزیک ذرات ، فیزیک پلاسما ، فیزیک ماده متراکم ، مکانیک آماری ، اپتیک و فیزیک هسته ای است.

اساسی برای ساختار جهان وجود ماده تاریک و انرژی تاریک است. در حال حاضر تصور می شود که اینها اجزای غالب آن هستند و ۹۶ درصد از جرم جهان را تشکیل می دهند. به همین دلیل ، تلاش زیادی برای درک فیزیک این اجزا صرف می شود.

نجوم فرا کهکشانی

مطالعه اجسام خارج از کهکشان ما شاخه ای از نجوم است که به شکل گیری و تکامل کهکشان ها ، ریخت شناسی (شرح) و طبقه بندی آنها ، مشاهده کهکشان های فعال و در مقیاس بزرگتر ، گروه ها و خوشه های کهکشان مربوط می شود. در نهایت ، مورد دوم برای درک ساختار مقیاس بزرگ کیهان مهم است.

اکثر کهکشان ها به اشکال متمایزی سازماندهی شده اند که امکان طبقه بندی طرح ها را فراهم می کند. آنها معمولاً به کهکشان های مارپیچی ، بیضوی و نامنظم تقسیم می شوند.

همانطور که از نامش پیداست ، یک کهکشان بیضوی شکل مقطع بیضی دارد. ستارگان در امتداد مدارهای تصادفی بدون جهت مطلوب حرکت می کنند. این کهکشانها حاوی گرد و غبار بین ستاره ای اندک یا اصلا ، هیچ ناحیه ستاره ساز و ستارگان قدیمی تر هستند. کهکشان های بیضوی بیشتر در هسته خوشه های کهکشانی یافت می شوند و ممکن است از ادغام کهکشان های بزرگ شکل گرفته باشند.

یک کهکشان مارپیچی به شکل یک دیسک مسطح و دوار ، معمولاً با برجستگی یا نوار برجسته در مرکز ، سازماندهی شده و بازوهای درخشانی را که به سمت بیرون مارپیچ می خورند دنبال می کند. بازوها مناطق گرد و غبار تشکیل ستارگان هستند که در آن ستارگان جوان عظیم رنگ آبی ایجاد می کنند. کهکشان های مارپیچی معمولاً توسط هاله ای از ستارگان قدیمی احاطه شده اند. کهکشان راه شیری و یکی از نزدیکترین همسایگان کهکشان ما ، کهکشان آندرومدا ، کهکشان های مارپیچی هستند.

کهکشانهای نامنظم از نظر ظاهری آشفته هستند و نه مارپیچی هستند و نه بیضوی. حدود یک چهارم همه کهکشانها نامنظم هستند و شکلهای عجیب این کهکشانها ممکن است نتیجه فعل و انفعال گرانشی باشد.
کهکشان فعال تشکیلاتی است که مقدار قابل توجهی از انرژی خود را از منبعی غیر از ستارگان ، غبار و گاز ساطع می کند. منبع تغذیه آن منطقه ای فشرده در هسته است که تصور می شود یک سیاهچاله فوق العاده بزرگ است که از مواد در حال سقوط اشعه ساطع می کند.

کهکشان رادیویی یک کهکشان فعال است که در قسمت رادیویی طیف بسیار درخشان است و توده ها یا توده های گاز عظیمی را منتشر می کند. کهکشان های فعال که فرکانس کوتاه تر و تابش پرانرژی را منتشر می کنند شامل کهکشان های سیفرت ، کوازارها و بلازارها می شوند. اعتقاد بر این است که اختروشها درخشان ترین اجرام در جهان شناخته شده هستند.

ساختار مقیاس بزرگ کیهان توسط گروه ها و خوشه های کهکشان نشان داده شده است. این ساختار به صورت سلسله مراتبی از گروه بندی ها سازماندهی شده است که بزرگترین آنها ابر خوشه ها هستند. ماده جمعی به شکل رشته ها و دیوارها در می آید و بین آنها خلأهای بزرگی باقی می ماند.

نجوم کهکشانی

منظومه شمسی در کهکشان راه شیری می چرخد ​​، کهکشان مارپیچی محصور که یکی از اعضای برجسته گروه محلی کهکشان ها است. این یک توده چرخشی از گاز ، گرد و غبار ، ستارگان و اجسام دیگر است که توسط جاذبه گرانشی متقابل در کنار هم نگه داشته می شوند. از آنجا که زمین در بازوهای گرد و خاکی خارجی قرار دارد ، بخشهای بزرگی از راه شیری وجود دارد که از نظر پنهان است.

در مرکز کهکشان راه شیری هسته وجود دارد ، برآمدگی میله ای شکل که در مرکز آن تصور می شود یک سیاهچاله ابرجرم است. این قسمت توسط چهار بازوی اصلی که از هسته مارپیچ می خورند احاطه شده است. این ناحیه از تشکیل ستارگان فعال است که شامل بسیاری از ستاره های جوان و جمعیت I است. این دیسک توسط هاله ای کروی از ستارگان قدیمی و جمعیت II و همچنین غلظت نسبتاً متراکم ستاره هایی که به عنوان خوشه های کروی شناخته می شوند ، احاطه شده است. 

بین ستارگان ، میان ستاره ای ، ناحیه ای از ماده نازک ، قرار دارد. در متراکم ترین مناطق ، ابرهای مولکولی هیدروژن مولکولی و دیگر عناصر ، مناطق تشکیل ستاره ایجاد می کنند. اینها به عنوان یک هسته فشرده پیش از ستاره یا سحابی های تیره شروع می شوند که متمرکز شده و فرو می ریزند (در حجم هایی که با طول شلوار جین تعیین می شود) و ستاره های جمع و جور را تشکیل می دهند.

همانطور که ستارگان بزرگتر ظاهر می شوند ، ابر را به منطقه H II (هیدروژن اتمی یونیزه) از گاز و پلاسما درخشان تبدیل می کنند. باد ستاره ای و انفجارهای ابرنواختر این ستارگان در نهایت باعث پراکنده شدن ابر می شوند و اغلب یک یا چند خوشه جوان باز از خود برجای می گذارند. این خوشه ها به تدریج پراکنده می شوند و ستارگان به جمعیت راه شیری می پیوندند.

مطالعات جنبشی ماده در کهکشان راه شیری و دیگر کهکشان ها نشان داده است که جرم بیشتری نسبت به ماده قابل مشاهده وجود دارد. به نظر می رسد هاله ماده تاریک بر جرم مسلط است ، اگرچه ماهیت این ماده تاریک هنوز مشخص نیست.

نجوم ستارگان

مطالعه ستارگان و تکامل ستارگان برای درک ما از جهان اساسی است. اخترفیزیک ستارگان از طریق مشاهده و درک نظری تعیین شده است. و از شبیه سازی های رایانه ای داخلی. [۹۲] تشکیل ستارگان در مناطق متراکم گرد و غبار و گاز رخ می دهد که به ابرهای مولکولی غول پیکر معروف است. وقتی بی ثبات شوند ، قطعات ابر می توانند تحت تأثیر گرانش فرو ریخته و یک ستاره اولیه ایجاد کنند.

یک منطقه هسته ای به اندازه کافی متراکم و گرم باعث همجوشی هسته ای می شود و بنابراین یک ستاره با توالی اصلی ایجاد می کند.تقریباً همه عناصر سنگین تر از هیدروژن و هلیوم در هسته ستاره ها ایجاد شده اند.

ویژگیهای ستاره حاصله در درجه اول به جرم شروع آن بستگی دارد. هرچه ستاره جرم بیشتری داشته باشد ، درخشندگی آن بیشتر است و با سرعت بیشتری سوخت هیدروژنی خود را در هسته خود به هلیوم تبدیل می کند. با گذشت زمان ، این سوخت هیدروژنی کاملاً به هلیوم تبدیل می شود و ستاره شروع به تکامل می کند.

همجوشی هلیوم به دمای هسته بالاتر نیاز دارد. ستاره ای با دمای هسته به اندازه کافی بالا ، ضمن افزایش چگالی هسته ، لایه های بیرونی خود را به بیرون هل می دهد. غول سرخ حاصل از گسترش لایه های خارجی از عمر کوتاهی برخوردار است ، قبل از اینکه سوخت هلیوم در هسته به نوبه خود مصرف شود. ستارگان بسیار عظیم همچنین می توانند یک سری مراحل تکاملی را پشت سر بگذارند ، زیرا عناصر سنگین تر را به هم می پیوندند.

سرنوشت نهایی ستاره به جرم آن بستگی دارد ، ستاره هایی با جرم بیشتر از هشت برابر خورشید تبدیل به ابرنواخترهای فروپاشی هسته می شوند ؛ در حالی که ستارگان کوچکتر لایه های بیرونی خود را منفجر کرده و هسته بی اثر را به شکل سفید پشت سر می گذارند. آدم کوتوله. بیرون راندن لایه های بیرونی یک سحابی سیاره ای را تشکیل می دهد.

بقایای یک ابرنواختر یک ستاره نوترونی متراکم است یا اگر جرم ستاره ای حداقل سه برابر خورشید باشد ، یک سیاهچاله است. ستاره‌های دوتایی در مدار نزدیک می‌توانند مسیرهای تکاملی پیچیده‌تری را دنبال کنند ، مانند انتقال جرم به یک همراه کوتوله سفید که به طور بالقوه می‌تواند باعث ایجاد یک ابرنواختر شود [۹۷] سحابی ها و ابرنواخترهای سیاره ای “فلزات” تولید شده در ستاره را با همجوشی در محیط بین ستاره ای توزیع می کنند. بدون آنها ، همه ستارگان جدید (و سیستم های سیاره ای آنها) تنها از هیدروژن و هلیوم تشکیل می شوند.

نجوم خورشیدی

در فاصله حدود هشت دقیقه نوری ، بیشترین ستاره مورد مطالعه خورشید است ، یک ستاره کوتوله معمولی با دنباله اصلی از کلاس ستاره ای G2 V ، و حدود ۴٫۶ میلیارد سال (Gyr) سن دارد. خورشید یک ستاره متغیر در نظر گرفته نمی شود ، اما تغییرات دوره ای در فعالیت های موسوم به چرخه لکه خورشیدی انجام می شود. این یک نوسان ۱۱ ساله در تعداد لکه های خورشیدی است. لکه های خورشیدی مناطقی با دمای پایین تر از متوسط ​​هستند که با فعالیت مغناطیسی شدید مرتبط هستند.

درخشندگی خورشید از زمانی که برای اولین بار به ستاره اصلی تبدیل شد ، ۴۰ درصد افزایش یافته است. خورشید همچنین تغییرات دوره ای در درخشندگی را تحت تأثیر قرار داده است که می تواند تأثیر قابل توجهی بر روی زمین داشته باشد.

به عنوان مثال ، حداقل ماوندر تصور می شود که باعث پدیده عصر یخبندان کوچک در قرون وسطی شده است.

سطح خارجی قابل رویت خورشید را فتوسفر می نامند. در بالای این لایه یک منطقه نازک وجود دارد که به نام کروموسفر شناخته می شود. این منطقه توسط یک منطقه گذار با دمای فزاینده افزایش یافته و در نهایت توسط تاج فوق گرم شده احاطه شده است.

در مرکز خورشید منطقه هسته ای قرار دارد ، حجم و دما و فشار کافی برای ایجاد همجوشی هسته ای وجود دارد. در بالای هسته منطقه تابش قرار دارد ، جایی که پلاسما شار انرژی را با استفاده از تابش منتقل می کند. در بالای آن منطقه همرفت وجود دارد که در آن مواد گاز انرژی را در درجه اول از طریق جابجایی فیزیکی گاز که به عنوان همرفت شناخته می شود ، منتقل می کند. اعتقاد بر این است که حرکت جرم در محدوده همرفت ، فعالیت مغناطیسی ایجاد کننده لکه های خورشیدی را ایجاد می کند.

باد خورشیدی از ذرات پلاسما دائماً از خورشید به بیرون جریان دارد تا این که در بیرونی ترین حد منظومه شمسی به هلیوپوز می رسد. با عبور باد خورشیدی از زمین ، با میدان مغناطیسی زمین (مگنتوسفر) در تعامل است و باد خورشیدی را منحرف می کند ، اما برخی از آنها کمربندهای تابشی ون آلن را ایجاد می کند که زمین را در بر گرفته است. شفق قطبی هنگامی ایجاد می شود که ذرات باد خورشیدی توسط خطوط شار مغناطیسی به مناطق قطبی زمین هدایت می شوند ، جایی که خطوط سپس به جو فرود می آیند.

علوم سیاره ای

علم سیاره ای مطالعه مجموعه سیارات ، قمرها ، کوتوله ها ، دنباله دارها ، سیارک ها و سایر اجرام در حال گردش به دور خورشید و همچنین سیارات فراخورشیدی است. سیستم خورشیدی نسبتاً خوب مطالعه شده است ، ابتدا از طریق تلسکوپ و سپس توسط فضاپیماها. این یک درک کلی خوب از شکل گیری و تکامل منظومه شمسی خورشید ارائه کرده است ، اگرچه هنوز اکتشافات زیادی در حال انجام است.

منظومه شمسی به منظومه شمسی داخلی (تقسیم شده به سیارات داخلی و کمربند سیارک ها) ، منظومه شمسی بیرونی (تقسیم شده به سیارات بیرونی و قنطورس ها) ، دنباله دارها ، منطقه فرا نپتون (تقسیم شده به کمربند کوپر ، تقسیم می شود. و دیسک پراکنده) و دورترین مناطق (به عنوان مثال ، مرزهای هلیوسفر و ابر اورت ، که ممکن است تا یک سال نوری نیز گسترش یابد). سیارات داخلی زمین شامل عطارد ، زهره ، زمین و مریخ است. سیارات غول پیکر غول های گازی (مشتری و زحل) و غول های یخی (اورانوس و نپتون) هستند.

این سیاره ها ۴٫۶ میلیارد سال پیش در قرص پیش سیاره ای که خورشید اولیه را احاطه کرده بود ، شکل گرفت. از طریق فرآیندی که شامل جاذبه گرانشی ، برخورد و افزایش است ، دیسک توده هایی از ماده را تشکیل داد که با گذشت زمان ، تبدیل به پیش سیاره شد. سپس فشار تابشی باد خورشیدی بیشتر مواد غیر مخفی را بیرون راند و فقط آن سیاره هایی با جرم کافی اتمسفر گازی خود را حفظ کردند. سیارات همچنان در حال بمباران یا بیرون راندن ماده باقی مانده در طول دوره بمباران شدید بودند ، که توسط دهانه های برخورد زیاد بر روی ماه نشان داده شد. در این دوره ، برخی از پیشسیاره ها ممکن است به هم برخورد کرده و یکی از این برخوردها ماه را تشکیل داده باشد.

هنگامی که یک سیاره به جرم کافی برسد ، مواد با چگالی های مختلف در طول تمایز سیاره ای از هم جدا می شوند. این فرایند می تواند یک هسته سنگی یا فلزی تشکیل دهد که توسط یک گوشته و پوسته خارجی احاطه شده است. هسته ممکن است شامل مناطق جامد و مایع باشد و برخی از هسته های سیاره ای میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند که می تواند از اتمسفر آنها در برابر بادهای خورشیدی محافظت کند. 

گرمای داخلی یک سیاره یا ماه از برخوردهایی که بدن را بوجود می آورد ، در اثر پوسیدگی مواد رادیواکتیو (مانند اورانیوم ، توریم و ۲۶Al) یا گرمایش جزر و مدی ناشی از فعل و انفعالات با اجسام دیگر ایجاد می شود. برخی از سیارات و قمرها گرمای کافی را برای حرکت فرایندهای زمین شناسی مانند آتشفشان و زمین ساختی جمع می کنند. آنهایی که اتمسفر را جمع می کنند یا حفظ می کنند ، همچنین می توانند از طریق باد یا آب دچار فرسایش سطحی شوند. بدنهای کوچکتر ، بدون گرمایش جزر و مدی ، سریعتر خنک می شوند. و فعالیت زمین شناسی آنها به استثنای دهانه برخورد متوقف می شود.

مطالعات میانرشتهاینجوم و اخترفیزیک پیوندهای بین رشته ای قابل توجهی را با سایر زمینه های مهم علمی ایجاد کرده اند. باستان شناسی ، مطالعه نجوم باستانی یا سنتی در زمینه فرهنگی آنها ، با استفاده از شواهد باستان شناسی و مردم شناسی است. Astrobiology مطالعه ظهور و تکامل سیستم های بیولوژیکی در جهان است ، با تأکید ویژه بر امکان زندگی غیر زمینی. نجوم شناسی کاربرد آمار در اخترفیزیک برای تجزیه و تحلیل حجم وسیعی از داده های اخترفیزیکی مشاهده ای است.

مطالعه مواد شیمیایی موجود در فضا ، از جمله شکل گیری ، برهمکنش و تخریب آنها ، ستاره شناسی نامیده می شود. این مواد معمولاً در ابرهای مولکولی یافت می شوند ، اگرچه ممکن است در ستارگان با دمای پایین ، کوتوله های قهوه ای و سیارات نیز ظاهر شوند. کیهان شیمی مطالعه مواد شیمیایی موجود در منظومه شمسی ، از جمله ریشه عناصر و تغییرات نسبت های ایزوتوپ است. هر دوی این رشته ها نشان دهنده همپوشانی رشته های نجوم و شیمی است. بعنوان “نجوم پزشکی قانونی” ، سرانجام ، از روشهای نجوم برای حل مشکلات حقوق و تاریخ استفاده شده است.

نجوم آماتور

در مجموع ، ستاره شناسان آماتور انواع اجسام و پدیده های آسمانی را گاهی با تجهیزاتی که خودشان می سازند مشاهده می کنند. اهداف مشترک ستاره شناسان آماتور شامل خورشید ، ماه ، سیارات ، ستاره ها ، دنباله دارها ، بارش شهابی و انواع اجرام در اعماق آسمان مانند خوشه های ستاره ای ، کهکشان ها و سحابی ها است. کلوپ های نجوم در سراسر جهان واقع شده اند و بسیاری از آنها برنامه هایی برای کمک به اعضای خود در تنظیم و تکمیل برنامه های رصدی از جمله مواردی برای مشاهده همه اجسام مسیه (۱۱۰ شیء) یا هرشل ۴۰۰ فهرست نقاط دیدنی در آسمان شب دارند.

یکی از شاخه های ستاره شناسی آماتور ، عکاسی نجومی آماتور ، شامل گرفتن عکس از آسمان شب است. بسیاری از آماتورها دوست دارند در مشاهده اشیاء خاص ، انواع اشیاء یا انواع رویدادهای مورد علاقه آنها تخصص داشته باشند.

اکثر آماتورها در طول موج های قابل مشاهده کار می کنند ، اما اقلیت کوچکی با طول موج خارج از طیف مرئی آزمایش می کنند. این شامل استفاده از فیلترهای مادون قرمز در تلسکوپ های معمولی و همچنین استفاده از تلسکوپ های رادیویی است. پیشگام نجوم رادیویی آماتور کارل جانسکی بود که در دهه ۱۹۳۰ رصد آسمان را در طول موج های رادیویی آغاز کرد. تعدادی از ستاره شناسان آماتور از تلسکوپ های دست ساز استفاده می کنند یا از تلسکوپ های رادیویی استفاده می کنند که در ابتدا برای تحقیقات نجوم ساخته شده بودند اما اکنون در دسترس آماتورها هستند (به عنوان مثال تلسکوپ یک مایل).

اخترشناسان آماتور همچنان به مشارکت علمی در زمینه نجوم می پردازند و این یکی از معدود رشته های علمی است که آماتورها هنوز می توانند سهم قابل توجهی در آن داشته باشند. آماتورها می توانند اندازه گیری های غیبی را انجام دهند که برای تصحیح مدار سیارات کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. آنها همچنین می توانند دنباله دارها را کشف کرده و رصد منظم ستارگان متغیر را انجام دهند. پیشرفت در فناوری دیجیتال به آماتورها این امکان را می دهد تا در زمینه عکاسی نجومی پیشرفت چشمگیری داشته باشند.

مشکلات حل نشده در نجوم

اگرچه رشته علمی نجوم در درک ماهیت جهان و محتویات آن گام های بلندی برداشته است ، اما هنوز چند سوال مهم بی پاسخ باقی مانده است. پاسخ به این موارد ممکن است مستلزم ساخت ابزارهای جدید زمینی و فضایی و احتمالاً پیشرفتهای جدید در فیزیک نظری و تجربی باشد.

منشأ طیف جرمی ستاره ای چیست؟

یعنی چرا ستاره شناسان بدون توجه به شرایط اولیه ، توزیع یکسان جرم های ستاره ای – عملکرد جرم اولیه – را مشاهده می کنند؟ 

درک عمیق تری از شکل گیری ستارگان و سیارات مورد نیاز است.

آیا زندگی دیگری در جهان وجود دارد؟ به خصوص ، آیا زندگی هوشمند دیگری نیز وجود دارد؟

توضیح پارادوکس فرمی چیست؟

وجود زندگی در جاهای دیگر پیامدهای مهم علمی و فلسفی دارد. آیا منظومه شمسی طبیعی است یا غیر معمول؟
ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک چیست؟ اینها بر تکامل و سرنوشت کیهان مسلط هستند ، اما ماهیت واقعی آنها ناشناخته است. 
سرنوشت نهایی جهان چگونه خواهد بود؟
اولین کهکشانها چگونه شکل گرفتند؟

سیاهچاله های بزرگ جرم چگونه شکل گرفت؟
پرتوهای کیهانی با انرژی فوق العاده بالا چیست؟ 
چرا مقدار لیتیوم در کیهان چهار برابر کمتر از مدل استاندارد بیگ بنگ پیش بینی شده است؟
واقعاً فراتر از افق رویداد چه اتفاقی می افتد؟

جهت مطالعه موارد مرتبط با علوم هوافضا:

• علم هوافضا
• فناوری فضایی
• روغن ها و ساختار آن
• آشنایی با داروها ها در علم پزشکی
• علوم انسانی در علم پایه
• مهندسی صنایع و آشنایی با آن