Asztrofizika

Az asztrofizika az égi jelenségek kutatásának fizikai alapjaival foglalkozik, és a csillagászat egyik ága . A klasszikus csillagászat kiterjesztéseként (főként asztrometriából és égi mechanikából áll ) manapság a csillagászati kutatások nagy területeit alkotja .

történelem

eredet

Sok történész a csillagászat és a fizika összevonásának kezdetét a 17. század elejére datálja, pontosabban Kepler törvényeinek felfedezésére . Az egyik első ember, aki nyilvánvalóan meg volt győződve arról, hogy Johannes Kepler volt az első asztrofizikus, régóta tanítója és barátja, Michael Mästlin volt . A Keplerhez írt levelében ezt írta: „Azt hiszem, figyelmen kívül kell hagyni a fizikai okokat, és a csillagászati ​​kérdéseket csak a csillagászati ​​módszer szerint kell megpróbálni magyarázni a csillagászati, nem fizikai okok és hipotézisek segítségével. Más szavakkal, a számítások csillagászati ​​alapot igényelnek a geometria és a számtan területén. "

Kepler és Galileo Galilei William 17. Gilbert orvos és fizikus munkáját tanulmányozta a 17. századi Angliában. Gilbert volt az első, amely egyértelműen megkülönböztette a mágnesességet és a statikus elektromosságot . Számos anyag elektromos töltését vizsgálta, és meg volt győződve arról, hogy a föld egészét egyetlen mágnesként, két pólussal kell tekinteni. Képzeletében a mágnesesség volt a föld „lelke” - amelyből egy egész „mágneses filozófiát” dolgozott ki. Sok akkori tudós azonban nem vette komolyan Kepler, Galileo és Gilbert felfedezéseit. Ez oda vezetett, hogy munkájukat elhanyagolták, és végül még két évszázad telt el az alkimista nézetek elhagyása előtt .

Az asztrofizika tényleges születési óráját ma sok természettudós jelzi, amikor Friedrich Wilhelm Bessel , Thomas James Henderson és Friedrich Georg Wilhelm Struve 1838-ban megerősítette a kopernikuszi világképet a trigonometrikus csillagparallaxisok első méréseivel . A csillagok fotometriai , így mérjük a látszólagos fényessége a csillagok, és kidolgozta majdnem párhuzamosan spektrum analízis szerint Joseph von Fraunhofer , Gustav Kirchhoff és Robert Bunsen is részét képezte az alapját, hogy a tudomány, amely ismert asztrofizikai ma. Már 1814-ben Fraunhofer sötét vonalakat fedezett fel a nap spektrumában , a Fraunhofer vonalak anélkül, hogy meg tudta volna magyarázni eredetüket.

További fejlődés

Kirchhoff és Bunsen megállapításai végül a csillagászok által az újonnan megszerzett technológiák azonnali alkalmazásához vezettek a 19. század közepén. Már 1863-ban Angelo Secchi tanulmányokat tett közzé Kirchhoff és Bunsen megállapításai alapján. Két ma már nagyon ismert csillagász is elvégezte tanulmányait és úttörő munkákat tett közzé az asztrofizika témájában ebben az időszakban: Lewis Morris Rutherfurd New Yorkból és William Huggins Londonból. Egy napfogyatkozás során Indiában augusztus 18, 1868 felfedezett Pierre Janssen a corona a nap révén kémiai megfigyelési spektrális analízissel, a (majd) még nem ismert elem: hélium .

A következő évek során számos ismert tudós foglalkozott alapvető fizikai alapkutatással, és így interdiszciplináris alapkutatást végzett a ma létező asztrofizika számára. Az erő megőrzéséről szóló könyvében (1847) Hermann von Helmholtz részletesebben megfogalmazta az energiamegmaradás törvényét, mint Julius Robert von Mayer 1842-ben tette, és így jelentősen hozzájárult ennek az eredetileg igen vitatott elvnek a felismeréséhez. Ezzel Helmholtz biztosította a gravitációs energia alapelveit . Antoine Henri Becquerel , a radioaktivitás felfedezője 1896-ban tette le az alapkőzetet az izotópok bomlásának mérésére. George Howard Darwin , Charles Darwin fia, 1882-től matematikai módszerekkel tanulmányozta az árapály hatását a Naprendszerre, és elismert szakértővé vált ezen a területen. 1899-ben John Joly javaslatot tett egy módszerre a föld korának meghatározására az óceánok nátriumtartalma alapján, azon az elképzelésen alapulva, hogy koncentrációja a szárazföldi erózió miatt folyamatosan növekszik. Ezután a föld korát 80-100 millió évre becsülte. 1903-ban javasolt egy jobb módszert, a föld korának becslését a rádium radioaktív bomlása alapján (a Nature cikkében). Bertram Boltwood 1907-ben az urán radioaktív bomlás útján ólommá ( urán-ólom keltezés ) mérte a kőzetek korát .

Klasszikus területek

• Fizikai kozmológia ( kozmogónia , a világegyetem keletkezésének története )
• A csillagok kialakulása és evolúciója
• Napfizika
• Asztrorészecskefizika
• Kozmokémia ( az elemek kémiai evolúciója ) és nukleoszintézis
• Gravitációs dinamika ( galaxisok képződése és fejlődése )
• Fekete lyukak
• Neutroncsillagok
• A bolygórendszerek kialakulása és fejlődése ( exobolygók , planemók , barna törpék )

Elméleti asztrofizika

Az elméleti asztrofizika modellek segítségével próbálja megjósolni vagy szimulálni az égi jelenségeket. Számos asztrofizikai folyamat leírható részleges differenciálegyenletekkel , amelyekre pontos analitikai megoldás csak kivételes helyzetekben található meg. Az asztrofizikában ezért széles körben elterjedt módszer a numerikus számítás ( numerikus ) és a szimuláció , amely egy-egy PC-vel (2008) napokig-hetekig tart. A gyakorlatban ezért gyakran használnak szuperszámítógépeket vagy klasztereket . Az így kapott eredményeket összehasonlítjuk a megfigyelésekkel és ellenőrizzük, hogy egyetértenek-e.

Megfigyelő asztrofizika

M 57 , bolygóköd

A legfontosabb módszer az elektromágneses sugárzás spektrális elemzése , amelynek során a megfigyelési tartomány a hosszú hullámú rádióhullámoktól ( rádiócsillagászat ) egészen a rövidhullámú és így nagy energiájú gammasugarakig terjed, mintegy 20 hetes tízes érték felett. A földről a látható fény mellett a rádióhullámok frekvenciatartományai és az infravörös tartomány egyes részei is megfigyelhetők. Az infravörös fény, az ultraibolya fény, valamint a röntgensugarak és a gammasugarak csak műholdakból figyelhetők meg, mivel a földi légkör szűrőként működik.

Ha a csillagokat spektrális osztályok és fényességi osztályok szerint osztályozzák , akkor beírhatók egy Hertzsprung-Russell diagramba (HRD). A HRD helye meghatározza a csillag szinte összes fizikai tulajdonságát.

A szín-fényesség diagram (FHD) segítségével meghatározható a távolság .

Az egyes csillagok mellett főként galaxisok és galaxishalmazok figyelhetők meg. Erre a célra földi teleszkópok - amelyek gyakran fürtökhöz kapcsolódnak -, mint pl B. HEGRA , valamint űrtávcsöveket, például a Hubble űrtávcsövet használják. Gyakran detektorokkal és távcsövekkel ellátott műholdakat is elindítanak. Az asztrofizikusokat a kozmikus sugárzási háttér is érdekli.

Laboratóriumi asztrofizika

Az asztrofizika sokáig nem volt laboratóriumi kísérlet . Az új, nagy teljesítményű távcsövek kifejlesztése az ezredforduló óta azonban végül a laboratóriumi asztrofizika ágának megjelenéséhez vezetett. Ez létrehozza és tanulmányozza a korábban ismeretlen molekulákat. A laboratóriumban kapott spektrogramok alapján és nagy rádióteleszkópok segítségével ezek a molekulák detektálhatók a csillagközi gázfelhőkben. Ez pedig lehetővé teszi következtetések levonását például a csillagszületés során ott lejátszódó kémiai folyamatokról. Jelenleg csak mintegy 20 laboratórium asztrofizika kutatócsoportok világszerte, Németországban, a University of Kassel , a Friedrich Schiller Egyetem Jena és a Kölni Egyetem . Vannak olyan bolygók kialakulásával foglalkozó laboratóriumok is, mint a Braunschweig Egyetem és a Duisburg-Essen Egyetem . A számítógépen végzett szimulációk mellett a porszemcsék ütközése és növekedése érdekében itt néhány laboratóriumi kísérletet is elvégeznek, amelyeket azután súlytalanságban folytatnak, többek között .

Kapcsolat a fizika más ágaival

Az asztrofizika elvileg a megfigyeléseken és a méréseken múlik, mert az elkészített kísérletek kizártak a kutatási objektumok nagysága és az egyedi kozmológiai események (Big Bang) nem reprodukálhatósága miatt. Sok ilyen mérésnek viszonylagos nagy hibája van a kis méret (pl. Tárgyméretek vagy szögtávolság) miatt. Az ebből közvetetten meghatározott változók (pl. Csillagtömegek, csillagkorok vagy távolságok) ennek megfelelően nagy pontatlanságokkal társulnak. Más mérésekhez, mint pl B. A csillag atmoszférájának spektroszkópiája vagy a radar mérése a Holdra vagy a tárgyak repülésében, vagy statisztikai módszerekkel (sok független mérés) szintén nagy pontosságot érhet el. Az összes többi fizikai tudományággal szembeni alapvető különbség ellenére az asztrofizikusok a fizika más területeiről származó módszereket és törvényeket alkalmazzák, különös tekintettel a nukleáris és részecskefizikára (például detektorok bizonyos részecskék mérésére bizonyos energiákon), vagy kezdik kialakítani a nukleáris asztrofizikát . Az elméleti asztrofizikában viszont a plazmafizikával való analógia különösen szoros, mivel számos csillagászati ​​jelenség, például csillagok légköre vagy anyagfelhők jó közelítéssel plazmaként írhatók le.

Lásd még

• A csillagászat története
• A csillagászat és az asztrofizika története az Antarktiszon
• Asztrokémia

irodalom

• Arnold Hanslmeier : Bevezetés a csillagászatba és az asztrofizikába. Spektrum, Akad. Verlag, Berlin 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3 .
• Albrecht Unsöld , Bodo Baschek : Az új kozmosz - Bevezetés a csillagászatba és az asztrofizikába. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-42177-7 .
• Karl-Heinz Spatschek: Asztrofizika - bevezetés az elméletbe és az alapokba. Teubner, Stuttgart 2003, ISBN 3-519-00452-6 .
• Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie: Bevezetés a modern asztrofizikába. Pearson Addison-Wesley, San Francisco, 2007, ISBN 978-0-8053-0402-2 .
• Hale Bradt: Asztrofizikai folyamatok - a csillagászati ​​folyamatok fizikája. Cambridge Univ. Sajtó, Cambridge 2008, ISBN 978-0-521-84656-1 .
• Donald H. Perkins : Részecske-asztrofizika. Oxford Univ. Sajtó, Oxford 2008, ISBN 978-0-19-954545-2 .
• Mario Livio : Az élet asztrofizikája. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-82490-7 .
• Christiaan Sterken, John B. Hearnshaw: A megfigyelési csillagászat és asztrofizika 100 éve - tanulmányok gyűjteménye a megfigyelési asztrofizika történetéről. Univ. of Brussel, Brussel 1999, ISBN 90-805538-3-2 .

web Linkek

Wikiszótár: Asztrofizika  - jelentésmagyarázatok, szóeredet, szinonimák, fordítások

• Andreas Müller asztrofizikai lexikonja
• A világegyetem a "fizika világában"

Egyéni bizonyíték

1. ↑ ^{a b} Albrecht Unsöld , Bodo Baschek: Az új kozmosz: Bevezetés a csillagászatba és az asztrofizikába . 7. kiadás. Springer, 2002, ISBN 3-540-42177-7 , pp. 166 ff . 
2. ↑ A föld geológiai korának becslése , Scientific Transactions Royal Dublin Society