Астрофизика

Астрофизика је део астрономије који се првенствено бави физиком свемира, укључујући луминозност, густину, температуру и хемијски састав звезда, галаксија и међузвезданог простора, као и њиховом интеракцијом.^[4]^[5]^[6] Као што је рекао један од оснивача дисциплине, астрофизика „настоји да утврди природу небеских тела, а не њихов положај или кретање у простору – шта су, а не где се налазе.“^[7] Међу предметима који се изучавају су, Сунце, друге звезде, галаксије, екстрасоларне планете, међузвездани медијум и космичка микроталасна позадина.^[8]^[9] Емисије ових објеката се испитују у свим деловима електромагнетног спектра, а испитивана својства укључују осветљеност, густину, температуру и хемијски састав.

Астрофизика је веома широка тема, те астрофизичари обично примењују многе дисциплине физике, укључујући механику, електромагнетизам, статистичку механику, термодинамику, квантну механику, релативитет, нуклеарну физику и физику елементарних честица.^[10]^[11] У пракси, модерна астрономска истраживања укључују знатну количину физике. Назив универзитетског одељења („астрофизичког” или „астрономског”), често има више везе са историјом назива одељења, него са садржајем програма. Астрофизика може да се студира на нивоу основних студија, мастера и докторских студија у одељењима астронаутичког инжињеринга,^[12]^[13] физике или астрономије на многим универзитетима. На старогрчком „ἡ φύσις τοῦ ἀστροῦ” значи „природа звезде”.

Историја

Поређење елементарног, соларног и звезданог спектра из раних 1900-их

Астрономија је древна наука, дуго одвојена од проучавања земаљске физике. У аристотеловском погледу на свет, тела на небу изгледала су као непроменљиве сфере чије је једино кретање било равномерно кретање по кругу, док је земаљски свет била област која је пролазила кроз раст и пропадање и у којој је природно кретање било праволинијско и завршавало се када би покретни објекат достигао свој циљ. Сходно томе, сматрало се да је небеско подручје направљено од суштински различите врсте материје од оне која се налази у земаљској сфери; или ватре како је сматрао Платон, или етра како је наводио Аристотел.^[14]^[15] Током 17. века, природни филозофи као што су Галилеј,^[16] Декарт^[17] и Њутн^[18] почели су да тврде да су небески и земаљски региони направљени од сличних врста материјала и да су подложни истим природним законима.^[19] Њихов изазов је био то што још нису били изумљени алати којима би доказали ове тврдње.^[20]

Током већег дела деветнаестог века, астрономска истраживања су била фокусирана на рутински посао мерења положаја и израчунавања кретања астрономских објеката.^[21]^[22] Нова астрономија, која ће ускоро бити названа астрофизика, почела је да се појављује када су Вилијам Хајд Воластон и Јозеф фон Фраунхофер независно открили да се, приликом разлагања сунчеве светлости, уочава мноштво тамних линија (области у којима је било мање или нимало светлости) у спектру.^[23] До 1860. физичар Густаф Кирхоф и хемичар Роберт Бунсен су показали да тамне линије у сунчевом спектру одговарају светлим линијама у спектрима познатих гасова, специфичним линијама које одговарају јединственим хемијским елементима.^[24] Кирхоф је закључио да су тамне линије у сунчевом спектру узроковане апсорпцијом хемијских елемената у соларној атмосфери.^[25] На овај начин је доказано да се хемијски елементи који се налазе на Сунцу и звездама налазе и на Земљи.

Међу онима који су проширили проучавање соларног и звезданог спектра био је Норман Локјер, који је 1868. открио блиставе, као и тамне, линије у сунчевим спектрима. Радећи са хемичарем Едвардом Франкландом на истраживању спектра елемената на различитим температурама и притисцима, он није могао да повеже жуту линију у сунчевом спектру ни са једним познатим елементом. Он је стога тврдио да та линија представља нови елемент, који је назван хелијум, по грчком Хелиосу, персонификованом Сунцу.^[26]^[27]

Године 1885, Едвард Чарлс Пикеринг је предузео амбициозан програм класификације звезданог спектра на опсерваторији Харвард колеџа, у којем је тим жена рачунаркиња, посебно Вилијамина Флеминг, Антонија Мори и Ени Џамп Кенон, класификовао спектре снимљене на фотографским плочама. До 1890. године припремљен је каталог од преко 10.000 звезда који их је груписао у тринаест спектралних типова. Пратећи Пикерингову визију, до 1924. Канон је проширила каталог на девет томова и преко четврт милиона звездица, развијајући Харвардску класификацијску шему која је прихваћена за употребу широм света 1922. године.^[28]

Године 1895. Џорџ Елери Хејл и Џејмс Е. Килер, заједно са групом од десет асоцираних уредника из Европе и Сједињених Држава,^[29] основали су The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics.^[30] Тај часопис је био намењен попуњавању јаза између часописа из астрономије и физике, обезбеђујући место за објављивање чланака о астрономским применама спектроскопа; о лабораторијским истраживањима која су блиско повезана са астрономском физиком, укључујући одређивање таласних дужина металних и гасовитих спектра и експеримената о зрачењу и апсорпцији; о теоријама Сунца, Месеца, планета, комета, метеора и маглина; и о инструментацији за телескопе и лабораторије.^[29]

Око 1920. године, након открића Херцшпрунг—Раселовог дијаграма који се још увек користи као основа за класификацију звезда и њихову еволуцију, Артур Едингтон је антиципирао откриће и механизам процеса нуклеарне фузије у звездама, у свом раду Унутрашња конституција звезда.^[31]^[32] У то време, извор звездане енергије био је потпуна мистерија; Едингтон је тачно спекулисао да је извор фузија водоника у хелијум, ослобађајући огромну енергију према Ајнштајновој једначини E = mc². Ово је био развој посебно вредан пажње, јер у то време фузија и термонуклеарна енергија, па чак и то да се звезде углавном састоје од водоника (погледајте металност), још нису били откривене.^[33]

Године 1925. Сесилија Хелена Пејн (касније Сесилија Пејн-Гапошкин) написала је утицајну докторску дисертацију на Радклиф колеџу, у којој је применила теорију јонизације на звездане атмосфере да повеже спектралне класе са температуром звезда.^[34] Оно што је најзначајније, открила је да су водоник и хелијум главне компоненте звезда. Упркос Едингтоновом предлогу, ово откриће је било толико неочекивано да су је читаоци њене дисертације убедили да измени закључак пре објављивања. Међутим, каснија истраживања су потврдила њено откриће.^[35]

До краја 20. века, студије астрономских спектра су се прошириле на таласне дужине које се протежу од радио таласа преко оптичких, рендгенских и гама таласних дужина.^[36] У 21. веку се то је додатно проширено да укључује посматрања заснована на гравитационим таласима.

Види још

Референце

^ Turner, Anne; Ferrarese, Laura; Saha, Abhijit; Bresolin, Fabio; Kennicutt, Jr, Robert C.; Stetson, Peter B.; Mould, Jeremy R.; Freedman, Wendy L.; Gibson, Brad K.; Graham, John A.; Ford, Holland; Han, Mingsheng; Harding, Paul; Hoessel, J. G.; Huchra, John P.; Hughes, Shaun M. G.; Illingworth, Garth D.; Kelson, Daniel D.; Macri, Lucas; Madore, Barry F.; Phelps, Randy; Rawson, Daya; Sakai, Shoko; Silbermann, N. A. (1998). „The Hubble Space Telescope Key Project on the Extragalactic Distance Scale. XI. The Cepheids in NGC 4414”. The Astrophysical Journal. 505 (1): 207—229. Bibcode:1998ApJ...505..207T. doi:10.1086/306150.
^ Gregory, Stephen A.; Thompson, Laird A. (април 1977). „The Coma i Galaxy Cloud”. The Astrophysical Journal (на језику: енглески). 213: 345—350. Bibcode:1977ApJ...213..345G. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/155160.
^ „NGC 4414, a dusty spiral galaxy in Coma Berenices”. Anne's Astronomy News (на језику: холандски). 2012-11-12. Приступљено 2018-05-02.
^ Eddington 2010.
^ Eddington 1988
^ Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. А-Б. Београд: Народна књига : Политика. стр. 77. ISBN 86-331-2075-5.
^ Keeler, James E. (новембар 1897), „The Importance of Astrophysical Research and the Relation of Astrophysics to the Other Physical Sciences”, The Astrophysical Journal, 6 (4): 271—288, Bibcode:1897ApJ.....6..271K, doi:10.1086/140401
^ „Focus Areas – NASA Science”. nasa.gov. Архивирано из оригинала 16. 05. 2017. г. Приступљено 27. 10. 2021.
^ „astronomy”. Encyclopædia Britannica.
^ Maoz, Dan. Astrophysics in a Nutshell. Princeton University Press. стр. 272.
^ „astrophysics”. Merriam-Webster, Incorporated. Архивирано из оригинала 10. 6. 2011. г. Приступљено 2011-05-22.
^ „Required Education”. study.com. Приступљено 2015-06-22.
^ „Education, Aerospace Engineers”. myfuture.com. Архивирано из оригинала 22. 06. 2015. г. Приступљено 2015-06-22.
^ Lloyd, G. E. R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 134–135. ISBN 978-0-521-09456-6.
^ Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. стр. 118.
^ Galilei, Galileo (1989-04-15), Van Helden, Albert, ур., Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, Chicago: University of Chicago Press (објављено 1989), стр. 21, 47, ISBN 978-0-226-27903-9
^ Slowik, Edward (2013) [2005]. „Descartes' Physics”. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Приступљено 2015-07-18.
^ Westfall, Richard S. (1983-04-29), Never at Rest: A Biography of Isaac Newton, Cambridge: Cambridge University Press (објављено 1980), стр. 731–732, ISBN 978-0-521-27435-7
^ Burtt, Edwin Arthur (2003) [First published 1924], The Metaphysical Foundations of Modern Science (second revised изд.), Mineola, NY: Dover Publications, стр. 30, 41, 241—2, ISBN 978-0-486-42551-1
^ Kvasz, Ladislav (2013). „Galileo, Descartes, and Newton – Founders of the Language of Physics” (PDF). Institute of Philosophy, Academy of Sciences of the Czech Republic. Приступљено 2015-07-18.
^ Case, Stephen (2015), „'Land-marks of the universe': John Herschel against the background of positional astronomy”, Annals of Science, 72 (4): 417—434, Bibcode:2015AnSci..72..417C, PMID 26221834, doi:10.1080/00033790.2015.1034588 , „The great majority of astronomers working in the early nineteenth century were not interested in stars as physical objects. Far from being bodies with physical properties to be investigated, the stars were seen as markers measured in order to construct an accurate, detailed and precise background against which solar, lunar and planetary motions could be charted, primarily for terrestrial applications.”
^ Donnelly, Kevin (септембар 2014), „On the boredom of science: positional astronomy in the nineteenth century”, The British Journal for the History of Science, 47 (3): 479—503, doi:10.1017/S0007087413000915
^ Hearnshaw 1986, стр. 23–29
^ Kirchhoff, Gustav (1860), „Ueber die Fraunhofer'schen Linien”, Annalen der Physik, 185 (1): 148—150, Bibcode:1860AnP...185..148K, doi:10.1002/andp.18601850115
^ Kirchhoff, Gustav (1860). „Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht”. Annalen der Physik. 185 (2): 275—301. Bibcode:1860AnP...185..275K. doi:10.1002/andp.18601850205 .
^ Cortie, A. L. (1921), „Sir Norman Lockyer, 1836 – 1920”, The Astrophysical Journal, 53: 233—248, Bibcode:1921ApJ....53..233C, doi:10.1086/142602
^ Jensen, William B. (2004), „Why Helium Ends in "-ium"” (PDF), Journal of Chemical Education, 81 (7): 944—945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021/ed081p944
^ Hetherington, Norriss S.; McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R., ур., Spectroscopy and the Birth of Astrophysics, American Institute of Physics, Center for the History of Physics, Архивирано из оригинала 7. 9. 2015. г., Приступљено 19. 7. 2015
^ ^а ^б Hale, George Ellery (1895), „The Astrophysical Journal”, The Astrophysical Journal, 1 (1): 80—84, Bibcode:1895ApJ.....1...80H, doi:10.1086/140011
^ The Astrophysical Journal. 1 (1).
^ Eddington, A. S. (октобар 1920), „The Internal Constitution of the Stars”, The Scientific Monthly, 11 (4): 297—303, Bibcode:1920Sci....52..233E, JSTOR 6491, PMID 17747682, doi:10.1126/science.52.1341.233
^ Eddington, A. S. (1916). „On the radiative equilibrium of the stars”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 77: 16—35. Bibcode:1916MNRAS..77...16E. doi:10.1093/mnras/77.1.16 .
^ McCracken 2013, стр. 13
^ Payne, C. H. (1925), Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (PhD Thesis), Cambridge, Massachusetts: Radcliffe College, Bibcode:1925PhDT.........1P
^ Haramundanis, Katherine (2007), „Payne-Gaposchkin [Payne], Cecilia Helena”, Ур.: Hockey, Thomas; Trimble, Virginia; Williams, Thomas R., Biographical Encyclopedia of Astronomers, New York: Springer, стр. 876—878, ISBN 978-0-387-30400-7, Приступљено 19. 7. 2015
^ Biermann, Peter L.; Falcke, Heino (1998), „Frontiers of Astrophysics: Workshop Summary”, Ур.: Panvini, Robert S.; Weiler, Thomas J., Fundamental particles and interactions: Frontiers in contemporary physics an international lecture and workshop series. AIP Conference Proceedings, 423, American Institute of Physics, стр. 236—248, Bibcode:1998AIPC..423..236B, ISBN 1-56396-725-1, arXiv:astro-ph/9711066 , doi:10.1063/1.55085

Литература

Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. стр. 118.
Hearnshaw, J.B. (1986). The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 23—29. ISBN 978-0-521-39916-6.
Lloyd, G. E. R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 134–135. ISBN 978-0-521-09456-6.
Maoz, Dan. Astrophysics in a Nutshell. Princeton University Press. стр. 272.
Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. А-Б. Београд: Народна књига : Политика. стр. 77. ISBN 86-331-2075-5.
LeBlanc, Francis (2010). An Introduction to Stellar Astrophysics (1. изд.). Wiley. ISBN 978-0-470-69956-0.
Longair, Malcolm S. (2006), The Cosmic Century: A History of Astrophysics and Cosmology, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-47436-8
Astrophysics Scholarpedia Expert articles
McCracken, Garry; Stott, Peter (2013). McCracken, Garry; Stott, Peter, ур. Fusion (на језику: енглески). Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-384656-3. doi:10.1016/b978-0-12-384656-3.00002-7.