Astrofyzika

Astrofyzika (z gre?tiny: astro ? hviezda a physis ? priroda ) je ?as? astronomie (alebo veda na rozhrani fyziky a astronomie), ktora sa zaobera fyzikou vo vesmire , pokryva fyzikalne vlastnosti nebeskych objektov a aj ich spravanie a vzajomne posobenie. ^[1] Medzi objekty skumane astrofyzikou patria galaxie , hviezdy , planety , exoplanety , medzihviezdne medium a kozmicke mikrovlnne pozadie . Skuma cele elektromagneticke spektrum vy?arovania tychto objektov a ich vlastnosti ako svietivos? , hustota , teplota a chemicke zlo?enie. Preto?e astrofyzika je ve?mi rozsiahla veda , astrofyzici be?ne vyu?ivaju mnoho fyzikalnych disciplin vratane mechaniky , elektromagnetizmu , ?tatistickej mechaniky, termodynamiky , kvantovej mechaniky , relativity , jadrovej a ?asticovej fyziky . Moderny astronomicky vyskum v praxi zah??a podstatnu ?as? fyziky. Astrofyzici mo?u ziska? tituly bakalar , magister a PhD. na fakultach vesmirneho in?inierstva, fyziky a astronomie na mnohych univerzitach.

Dejiny [ upravi? | upravi? zdroj ]

Aj ke? astronomia je staroveka veda, tak nebola spajana s fyzikou. V Aristotelovskom svetonazore nebesky svet smeroval k dokonalosti ? telesa na oblohe sa javili ako dokonale gule , ktore sa pohybovali po dokonalych kru?nicovych drahach ? zatia? ?o pozemsky svet bol odsudeny k nedokonalosti, tieto dva svety vobec neboli pribuzne.

Aristarchos zo Samosu (310 ? 250 pred Kr.) ako prvy predstavil my?lienku, ?e pohyb nebeskych telies sa da vysvetli? za predpokladu, ?e Zem a ostatne planety obiehaju okolo Slnka . Nane??astie, v dobe geocentrickeho poh?adu, bola tato teoria pova?ovana za kacirstvo . Tento nazor, zalo?eny zdanlivo na zdravom rozume, pretrvaval bez va??ich pochybnosti cele storo?ia a? po vznik Kopernikovskeho heliocentrizmu v 16. storo?i v?aka dominancii geocentrickeho modelu od Ptolemaia (83 ? 161), popisaneho v jeho rozprave Almagest .

Jedinym znamym podporovate?om Aristarcha bol Seleucus , babylonsky astronom , ktory rozumne dokazal heliocentricky model v 2. storo?i pred Kr. Za?iatkom 11. storo?ia arab Ibn al-Haytham ( Alhazen ) okolo roku 1021 napisal Maqala fi daw al-qamar (Vo svetle Mesiaca). Jeho zaver bol, ?e Mesiac vy?aruje svetlo z tych ?asti povrchu, ktore su osvetlene Slnkom.

Po o?iveni heliocentrizmu Mikula?om Kopernikom v 16. storo?i objavil roku 1610 Galileo Galilei 4 najjasnej?ie mesiace Jupitera a zdokumentoval ich obe?ne drahy okolo planety. To sa nezhodovalo s geocentrickym nazorom Katolickej cirkvi a Galileo sa vyhol va?nemu trestu len v?aka vyhlaseniu, ?e jeho astronomia bola pracou matematiky a nie prirodnej filozofie (fyziky) a preto bola ?isto abstraktna.

Dostupnos? presnych udajov v?aka pozorovaniam (hlavne od Tycha Brahe ) viedli k vyskumu teoretickych vysvetleni pozorovaneho spravania. Najskor boli objavene iba empiricke pravidla, ako napr. Keplerove zakony planetarneho pohybu, objavene za?iatkom 17. storo?ia . Neskor Isaac Newton objavil, ?e rovnake zakony platia pre dynamiku objektov na Zemi a pre pohyb planet a mesiacov, a tak doplnil medzeru medzi Keplerovymi zakonmi a Gallileiho dynamikou. Pou?itie Newtonovskej gravitacie a Newtonovych zakonov na vysvetlenie Keplerovych zakonov bolo prvym zjednotenim astronomie a fyziky.

Publikovanim svojej knihy Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica transformoval Newton namornu navigaciu . Okolo roku 1670 za?alo meranie celeho sveta pomocou modernych nastrojov zemepisnej ?irky a najlep?ich dostupnych hodin. Potreby navigacie boli motorom stale presnej?ich astronomickych pozorovani a nastrojov, ?o vedcom poskytovalo stale viac udajov.

Koncom 19. storo?ia objavili pri rozklade slne?neho svetla mno?stvo spektralnych ?iar . Experimenty s horucimi plynmi preukazali, ?e rovnake ?iary boli pozorovane v spektrach plynov, boli to ?pecificke ?iary zodpovedajuce roznym chemickym prvkom . Tymto sposobom bolo dokazane, ?e rovnake prvky sa nachadzaju na Slnku a aj na Zemi. ^[2]

Pozorovacia astrofyzika [ upravi? | upravi? zdroj ]

Va??ina astrofyzikalnych pozorovani vyu?iva elektromagneticke spektrum.

Radiova astronomia skuma ?iarenie s vlnovou d??kou va??ou ako nieko?ko milimetrov. Napriklad radiove vlny , zvy?ajne vy?arovane chladnymi objektami ako medzihviezdne medium a mra?na prachu, alebo kozmicke mikrovlnne pozadie , ?o je ?iarenie z Ve?keho tresku s ?ervenym posunom , alebo pulzary , ktore boli najskor objavene v mikrovlnnom spektre. ?tudium tychto v?n vy?aduje ve?mi ve?ke radioteleskopy .
Infra?ervena astronomia skuma ?iarenie s va??ou d??kou ako doka?e zachyti? ?udske oko ale krat?ie ako radiove ?iarenie. Infra?ervene pozorovania vyu?ivaju teleskopy podobne znamym optickym teleskopom. Skuma objekty chladnej?ie ako hviezdy, napr. planety.
Opticka astronomia je najstar?im druhom astronomie. Teleskopy spolu so zariadeniami na meranie naboja alebo spektroskopmi su najpou?ivanej?imi nastrojmi. Zemska atmosfera s?a?uje opticke pozorovania a na ziskanie obrazkov v najvy??ej kvalite sa pou?iva adaptivna optika alebo vesmirne teleskopy . V tychto vlnovych d??kach su vidite?ne hviezdy a mnoho chemickych spektier, ktorymi sa skuma chemicke zlo?enie hviezd, galaxii a hmlovin.
Astronomia vyu?ivajuca ultrafialove , rontgenove a gama ?iarenie skuma vysoko energeticke procesy ako dvojite pulzary, ?ierne diery , magnetary a mnoho ?al?ich. Toto ?iarenie neprechadza zemskou atmosferou . Na pozorovania v tychto ?astiach spektra existuju dve metody ? vesmirne teleskopy alebo atmosfericke zobrazovacie Cherenkovove teleskopy (IACT). Prikladmi vesmirnych teleskopov su RXTE , Chandra alebo Compton Gamma Ray Observatory . Priklady IACT: Vysoko Energeticky Stereoskopicky system (H.E.S.S.) a teleskop MAGIC .

Okrem elektromagnetickeho ?iarenia je mo?ne zo Zeme pozorova? len malo veci, ktore pochadzaju z ve?kych vzdialenosti. Existuje par observatorii gravita?nych v?n , ale gravita?ne vlny sa pozoruju ?a?ko. Povodne na ?tudium Slnka vznikli neutrinove observatoria . Pozorova? sa da tie? kozmicke ?iarenie pozostavajuce z extremne energetickych ?astic.

Pozorovania sa tie? li?ia svojou d??kou. Va??ina optickych pozorovani trva minuty a? hodiny, tak?e javy, ktore sa menia rychlej?ie sa pozorova? nedaju. Na druhej strane radio pozorovania doka?u sledova? udalosti radovo v milisekundach (milisekundove pulzary) a kombinuju data ziskane po?as mnoho rokov (?tudie spoma?ovania pulzarov).

?tudium Slnka ma v pozorovaniach ?pecialne miesto. Pre obrovske vzdialenosti inych hviezd mo?eme Slnko pozorova? tak detailne ako ?iadnu inu hviezdu. To, ako rozumieme na?mu Slnku, slu?i ako navod pre porozumenie inym hviezdam.

Tema zmien hviezd, alebo vyvoja hviezd , ?asto predstavuje umiest?ovanie hviezd na spravne pozicie v Hertzsprung-Russellovom diagrame , tie reprezentuju stav hviezdneho objektu od zrodu po zni?enie. Materialove zlo?enie astronomickych objektov sa skuma pomocou:

Spektroskopie
Radiovej astronomie
Neutrinovej astronomie

Teoreticka astrofyzika [ upravi? | upravi? zdroj ]

Teoreticka astrofyzika vyu?iva ?iroku paletu nastrojov vratane analytickych modelov a po?ita?ovych simulacii . Ka?dy z nich ma svoje vyhody. Analyticke modely procesov su vo v?eobecnosti lep?ie pre poskytovanie poh?adu do srdca toho ?o sa deje. ?iselne modely mo?u odhali? javy a efekty, ktore by boli inak nevidite?ne. ^[3]^[4]

Teoreticki astrofyzici sa poku?aju vytvori? teoreticke modely a zisti? pozorovate?ne nasledky tychto modelov.

Teoretici tie? vytvaraju alebo upravuju modely tak, aby zodpovedali novym udajom. V pripade nezhod sa poku?aju zapracova? data do modelu pri minimalnych upravach. Niekedy mo?e mno?stvo konfliktnych dat vies? k opusteniu modelu.

Temy ?tudovane teoretickou astrofyzikou su: hviezdna dynamika a vyvoj, formovanie galaxii , magnetohydrodynamika , ve?ke ?truktury hmoty vo vesmire, povod kozmickeho ?iarenia, v?eobecna relativita a fyzicka kozmologia vratane strunovej kozmologie a fyziky astro?astic, astrofyzika ?iernych dier a ?tudium gravita?nych v?n.

Niektore ?iroko prijimane a skumane teorie a modely astrofyziky momentalne zahrnute v Lambda-CDM modeli su Ve?ky tresk, kozmicka inflacia , tmava hmota a energia a zakladne fyzikalne teorie. ?ervie diery su prikladom hypotez, ktore sa e?te len musia potvrdi?.