Астрофизика — это наука, использующая методы и принципы физики и химии для изучения астрономических объектов и явлений. [1] [2] Как сказал один из основателей дисциплины, астрофизика «стремится выяснить природу небесных тел, а не их положения или движения в пространстве – то, что они есть, а не где они находятся». [3] Среди изучаемых предметов — Солнце , другие звезды , галактики , внесолнечные планеты , межзвездная среда икосмический микроволновый фон . [4] [5] Излучения этих объектов исследуются во всех частях электромагнитного спектра , и исследуются такие свойства , как светимость , плотность , температура и химический состав. Поскольку астрофизика является очень широким предметом, астрофизики применяют концепции и методы из многих дисциплин физики и химии, включая классическую механику , электромагнетизм , статистическую механику , термодинамику , квантовую механику , теорию относительности ,ядерная физика и физика элементарных частиц , а также атомная и молекулярная физика .
На практике современные астрономические исследования часто включают значительный объем работы в области теоретической и наблюдательной физики. Некоторые области исследований астрофизиков включают их попытки определить свойства темной материи , темной энергии , черных дыр и других небесных тел ; и происхождение и окончательная судьба вселенной . [4] Темы, также изучаемые астрофизиками-теоретиками, включают формирование и эволюцию Солнечной системы ; звездная динамика и эволюция ; образование и эволюция галактик ;магнитогидродинамика ; крупномасштабная структура материи во Вселенной; происхождение космических лучей ; общая теория относительности , специальная теория относительности , квантовая и физическая космология , включая струнную космологию и физику астрочастиц .
Астрономия — древняя наука, давно отделившаяся от изучения земной физики. В аристотелевском мировоззрении тела на небе представлялись неизменными сферами , единственным движением которых было равномерное движение по кругу, тогда как земной мир был царством, которое претерпевало рост и упадок и в котором естественное движение было прямолинейным и прекращалось, когда движущийся объект достиг своей цели . Следовательно, считалось, что небесная область состоит из материи, принципиально отличной от той, что находится в земной сфере; либо Огонь , как утверждал Платон , либо Эфир , как утверждал Аристотель . [6][7] В 17 веке естествоиспытатели, такие как Галилей , [8] Декарт , [9] и Ньютон [10] , начали утверждать, что небесные и земные области состоят из одинаковых материалов и подвержены одинаковым природным воздействиям. законы . [11] Их проблема заключалась в том, что инструменты для доказательства этих утверждений еще не были изобретены. [12]
На протяжении большей части девятнадцатого века астрономические исследования были сосредоточены на рутинной работе по измерению положения и вычислению движений астрономических объектов. [13] [14] Новая астрономия, которую вскоре назовут астрофизикой, начала зарождаться, когда Уильям Хайд Волластон и Йозеф фон Фраунгофер независимо друг от друга обнаружили, что при разложении солнечного света образуется множество темных линий (областей, где было меньше или отсутствие света) наблюдались в спектре . [15] К 1860 году физик Густав Кирхгоф и химик Роберт Бунзен продемонстрировали, что темные линиив солнечном спектре соответствовали ярким линиям в спектрах известных газов, специфическим линиям, соответствующим уникальным химическим элементам . [16] Кирхгоф пришел к выводу, что темные линии в солнечном спектре вызваны поглощением химическими элементами в солнечной атмосфере. [17] Таким образом было доказано, что химические элементы, обнаруженные на Солнце и в звездах, также были обнаружены на Земле.