Астрономія

Матеріал з Вікіпідручника
Перейти до: навігація, пошук

Астрономія - наука про будову і розвиток небесних тіл і їх систем. Астрономія важлива для побудови наукової картини світу, відкриття нових фізичних явищ, освоєння космосу і пошуку позаземного життя. Астрономічні теорії перевіряються спостереженнями. Астрономічні системи можна розділити на три масштаби:

1. Сонячна система. Досліджується такими розділами астрономії як фізика Сонця, фізика планет і планетних атмосфер, фізика малих тіл сонячної системи, геофізика, фізика навколоземного космічного простору.

2. Галактика Молочний Шлях. Досліджується такими розділами астрономії як зоряна астрономія, фізика міжзоряного середовища, теорія внутрішньої будови і еволюції зір.

3. Метагалактика. Досліджується такими розділами астрономії як позагалактична астрономія і космологія.

У астрономії також виділяють ряд підрозділів, що застосовуються для дослідження небесних тіл на всіх масштабах. Це практична астрофізика, астрометрія, небесна механіка, астрофізика високих енергій, релятивістська астрофізика, фізика космічної плазми. Практична астрофізика займається розробкою і вдосконаленням астрономічних приладів. Задачею астрометрії є створення каталогів небесних тіл і систем координат. Небесна механіка досліджує рух тіл під дією небесного тяжіння.

У астрономії також виділяють ряд підрозділів відповідно до типів і діапазонів спостережуваного випромінювання. В наш час можна виділити такі напрямки астрономії: гравітаційно-хвильова астрономія, нейтринна астрономія, астрономія космічних променів, радіоастрономія, інфрачервона астрономія, оптична астрономія, ультрафіолетова астрономія, рентгенівська астрономія, гамма-астрономія.

Астрофізика - наука про фізичні процеси, що відбуваються на небесних тілах. До астрономічних задач, що не мають відношення до астрофізики, відносяться проблеми номенклатури небесних тіл, а також питання історії і викладання астрономії. Парадигма сучасної астрономії стверджує, що в усьому спостережуваному Всесвіті діють чотири фундаментальні фізичні взаємодії: гравітаційна, електромагнітна, сильна ядерна і слабка ядерна. У більшості розділів астрофізики розглядається речовина, що складається з кварків і лептонів і бере участь у вищевказаних взаємодіях. Астрономічні спостереження ХХ ст. дають підстави додати до розгляду такі екзотичні форми матерії як темна матерія і темна енергія. Рух матерії у астрономії найчастіше розглядається у плоскому 4-вимірному просторі-часі (просторі Мінковського).

Найбільш масивним тілом Сонячної системи є Сонце. Навколо нього обертаються вісім великих планет - Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Кожна планета має орбіту близьку до колової і має масу у багато тисяч разів більшу за масу всіх інших тіл, що рухаються по цій же орбіті. Решта тіл Сонячної системи називаються малими. Серед них найбільшими є астероїди, що зосереджуються переважно у двох поясах - Кеплера (між Марсом і Юпітером) і Койпера (за орбітою Нептуна). Також до малих тіл Сонячної системи відносяться комети, метеорні потоки і міжпланетний пил. У міжпланетному просторі спостерігається також магнітне поле і сонячний вітер. Межею Сонячної системи є геліопауза - ударна хвиля, на якій тиск сонячного вітру дорівнює тиску зовнішнього міжзоряного середовища. Для вимірювання відстаней у межах Сонячної системи використовується астрономічна одиниця. Це середня відстань від Землі до Сонця, що складає 149.6 млн. км. Простір Сонячної системи називається геліосферою і має радіус близько 120 а.о. Вік Сонця складає 6 млрд.р. Через 6 млрд.р. Сонце перейде до кінцевих стадій своєї еволюції - червоного гіганта і білого карлика. На стадії червоного гіганта планета Земля буде зруйнована.

Відстані до найближчих зірок були вперше виміряні у ХІХ ст. методом річного паралаксу, у зв'язку з чим була введена важлива астрономічна одиниця відстані - парсек, тобто відстань, на якій річний паралакс дорівнює одній кутовій секунді. 1 пк = 3.086·1012 км. Світло проходить 1 пк за 3.26 року. Неозброєним оком людина може спостерігати на небі до трьох тисяч зір одночасно. Їх відстані складають зазвичай від кількох десятків до кількох сотень парсек. Зорі часто мають власні планетні системи. Чумацький Шлях при спостереженні у телескоп розпадається на велетенську кількість зір і являє собою проекцію на земне небо галактики Молочний Шлях. До Молочного Шляху входить більше ста мільярдів зір, з яких у сучасні автоматичні електронні каталоги занесено близько мільярда. Діаметр Молочного Шлязу складає 30 кпк, товщина близько 1 кпк. Сонячна система обертається навколо центру Молочного Шляху по колу радіусом 8 кпк зі швидкістю 250 км/с і періодом 200 млн.р. У центрі Молочного Шляху знаходиться чорна діра масою 4 млн. мас Сонця. Вік Молочного Шляху складає близько 10 млрд.р.

Молочний Шлях є типовою гігантською спіральною галактикою. Найближча галактика більше Молочного Шляху - Туманність Андромеди (М31), розташована на відстані 700 кпк. Молочний Шлях і М31 є найбільш масивними галактиками Місцевої Групи галактик. Місцева Група включає також кілька сотень карликових галактик (таких як NGC6822) і має розмір близько 1 Мпк. Місцева Група входить до складу надскупчення галактик Ланіакея, центром якого є скупчення галактик Діва на відстані 8 Мпк. У центрі скупчення Діва знаходиться гігантська сферична галактика Діва А, у центрі якої знаходиться чорна діра масою 3 млрд. мас Сонця. Надскупчення Лакіакея плоске, воно включає більше 10 тисяч галактик, має розмір близько 50 Мпк і складається з кількох філаментів навколо скупчення Діва. Місцева Група знаходиться всередині одного з філаментів. Ланіакея є складовою частиною великомасштабної комірчастої структури Всесвіту. У структурі Всесвіту виділяють войди (порожнини) і стіни з галактик розміром до 100 Мпк а також скупчення галактик розміром порядку 1 Мпк. На масштабі від 10 до 1000 Мпк Всесвіт розширюється згідно закону Хаббла. Вік Всесвіту складає 13.8 млрд.р. На масштабі більше 1000 Мпк спостерігається прискорене розширення Всесвіту, що інтерпретується як результат дії темної енергії. Внаслідок цього можливо спостерігати квазари (найбільш яскраві активні ядра галактик) на відстанях від 7000 до 10000 Мпк, тобто 20-30 млрд.св.р. Реліктове випромінювання раннього Всесвіту спостерігається на найбільшій досягнутій у астрономії відстані - 46 млрд.св.р.