Astrofizika - Astrophysics

Astrofizika usullari va tamoyillaridan foydalanadigan fan fizika astronomik ob'ektlar va hodisalarni o'rganishda.[1][2] O'rganilayotgan mavzular orasida Quyosh, boshqa yulduzlar, galaktikalar, tashqi sayyoralar, yulduzlararo muhit va kosmik mikroto'lqinli fon.[3][4] Ushbu ob'ektlardan chiqadigan chiqindilarning barcha qismlari tekshiriladi elektromagnit spektr va tekshirilayotgan xususiyatlarga quyidagilar kiradi yorqinlik, zichlik, harorat va kimyoviy tarkibi. Astrofizika juda keng mavzu bo'lgani uchun, astrofiziklar ko'plab fizika fanlari, shu jumladan tushunchalar va usullarni qo'llash klassik mexanika, elektromagnetizm, statistik mexanika, termodinamika, kvant mexanikasi, nisbiylik, yadroviy va zarralar fizikasi va atom va molekulyar fizika.

Amalda, zamonaviy astronomik tadqiqotlar ko'pincha sohalarda katta hajmdagi ishlarni o'z ichiga oladi nazariy va kuzatuv fizikasi. Astrofiziklar uchun o'rganiladigan ba'zi sohalarga ularning xususiyatlarini aniqlashga urinishlar kiradi qorong'u materiya, qora energiya, qora tuynuklar va boshqalar osmon jismlari; va kelib chiqishi va koinotning yakuniy taqdiri.[3] Nazariy astrofiziklar tomonidan o'rganilgan mavzularga quyidagilar kiradi Quyosh tizimining shakllanishi va evolyutsiyasi; yulduzlar dinamikasi va evolyutsiya; galaktika shakllanishi va evolyutsiyasi; magnetohidrodinamika; keng ko'lamli tuzilish ning materiya koinotda; kelib chiqishi kosmik nurlar; umumiy nisbiylik, maxsus nisbiylik, kvant va fizik kosmologiya, shu jumladan mag'lubiyat kosmologiya va astropartikullar fizikasi.

Tarix

1900-yillarning boshlarida elementar, quyosh va yulduz spektrlarini taqqoslash

Astronomiya qadimgi fan bo'lib, u er fizikasini o'rganishdan uzoq vaqt ajratilgan. In Aristotelian dunyoqarashi, osmondagi jismlar o'zgarmas bo'lib ko'rindi sohalar uning yagona harakati aylana bo'ylab bir tekis harakatlanish edi, yer yuzi esa bu sohada edi o'sish va yemirilish va unda tabiiy harakat to'g'ri chiziqda bo'lgan va harakatlanuvchi ob'ekt belgilangan manzilga yetganda tugagan. Binobarin, samoviy mintaqa yer sharida topilgan narsadan tubdan farq qiladigan turdagi moddalardan yasalgan; yoki Yong'in tomonidan qo'llab-quvvatlangan Aflotun, yoki Eter tomonidan qo'llab-quvvatlangan Aristotel.[5][6]17-asr davomida kabi tabiiy faylasuflar Galiley,[7] Dekart,[8] va Nyuton[9] samoviy va erdagi mintaqalar o'xshash materiallardan tayyorlangan va bir xil narsalarga bo'ysunganligini ta'kidlaydilar tabiiy qonunlar.[10] Ularning qiyinligi shundaki, ushbu da'volarni isbotlaydigan vositalar hali ixtiro qilinmagan.[11]

O'n to'qqizinchi asrning aksariyat qismida astronomik tadqiqotlar muntazam ravishda pozitsiyalarni o'lchash va astronomik ob'ektlarning harakatlarini hisoblash ishlariga qaratilgan edi.[12][13] Tez orada astrofizika deb nomlanadigan yangi astronomiya qachon paydo bo'la boshladi Uilyam Xayd Vollaston va Jozef fon Fraunhofer mustaqil ravishda Quyoshdan tushgan nurni parchalashda ko'pligi qorong'u chiziqlar (yorug'lik kam bo'lgan yoki umuman bo'lmagan hududlar) da kuzatilgan spektr.[14] 1860 yilga kelib fizik, Gustav Kirchhoff va kimyogar, Robert Bunsen, ekanligini namoyish etgan edi qorong'u chiziqlar Quyosh spektrida yorqin chiziqlar ma'lum bo'lgan gazlarning spektrlarida, noyoblarga mos keladigan aniq chiziqlar kimyoviy elementlar.[15] Kirchhoff, Quyosh spektridagi qorong'u chiziqlar sabab bo'lgan degan xulosaga keldi singdirish tomonidan kimyoviy elementlar Quyosh atmosferasida.[16] Shu tarzda Quyosh va yulduzlarda topilgan kimyoviy elementlar Yerda ham topilganligi isbotlandi.

Quyosh va yulduz spektrlarini o'rganishni kengaytirganlar orasida Norman Lokyer, kim 1868 yilda quyosh spektrlarida nurli va qorong'i chiziqlarni aniqladi. Kimyogar bilan ishlash Edvard Frankland turli xil harorat va bosimdagi elementlarning spektrlarini o'rganish uchun u quyosh spektridagi sariq chiziqni ma'lum bo'lgan har qanday element bilan bog'lay olmadi. Shunday qilib, u chiziq yangi elementni ifodalaydi, deb nomlangan geliy, yunon tilidan keyin Helios, Quyosh personified.[17][18]

1885 yilda, Edvard C. Pikering da yulduz spektral tasnifining katta dasturini amalga oshirdi Garvard kolleji rasadxonasi, unda bir jamoa ayollar kompyuterlari, ayniqsa Uilyamina Fleming, Antoniya Maury va Enni Jump Cannon, fotografik plitalarga yozilgan spektrlarni tasnifladi. 1890 yilga kelib, o'n uchta spektral turga birlashtirilgan 10 000 dan ortiq yulduzlar katalogi tayyorlandi. Pikeringning qarashidan so'ng, 1924 yilga kelib, Kannon kengaytirildi katalog to'qqiz jildgacha va chorak milliondan ortiq yulduzlarni rivojlantiradi Garvardning tasniflash sxemasi 1922 yilda butun dunyoda foydalanish uchun qabul qilingan.[19]

1895 yilda, Jorj Elleri Xeyl va Jeyms E. Kiler, Evropa va Qo'shma Shtatlarning o'nta sherik muharriri guruhi bilan birga,[20] tashkil etilgan Astrofizika jurnali: Spektroskopiya va astronomik fizikaning xalqaro sharhi.[21] Jurnal astronomiya va fizika bo'yicha jurnallar orasidagi bo'shliqni to'ldirib, spektroskopning astronomik qo'llanmalariga bag'ishlangan maqolalarni nashr etish joyini yaratishi kerak edi; astronomik fizika bilan chambarchas bog'liq laboratoriya tadqiqotlari, shu jumladan metall va gazsimon spektrlarning to'lqin uzunligini aniqlash va nurlanish va yutish bo'yicha tajribalar; Quyosh, Oy, sayyoralar, kometalar, meteorlar va tumanlik nazariyalari to'g'risida; teleskoplar va laboratoriyalar uchun asbobsozlikda.[20]

Kashf etilgandan so'ng, taxminan 1920 yil Hertzsprung - Rassel diagrammasi hali ham yulduzlar va ularning evolyutsiyasini tasniflash uchun asos bo'lib xizmat qilmoqda, Artur Eddington ning kashf etilishi va mexanizmini kutgan yadro sintezi jarayonlari yulduzlar, uning qog'ozida Yulduzlarning ichki konstitutsiyasi.[22][23] O'sha paytda yulduzlar energiyasining manbai to'liq sir edi; Eddington manba ekanligini to'g'ri taxmin qildi birlashma vodorodni geliyga aylantirib, Eynshteyn tenglamasiga binoan ulkan energiya chiqaradi E = mc2. Bu juda ajoyib voqea edi, chunki o'sha paytda termoyadroviy va termoyadro energiyasi, hattoki yulduzlar asosan vodorod (qarang metalllik ), hali kashf qilinmagan edi.[24]

1925 yilda Sesiliya Xelena Peyn (keyinroq) Sesiliya Peyn-Gaposhkin da nufuzli doktorlik dissertatsiyasini yozgan Radkliff kolleji, unda u yulduzlar atmosferasiga ionlanish nazariyasini spektral sinflarni yulduzlar haroratiga bog'lash uchun qo'llagan.[25] Eng muhimi, u vodorod va geliy yulduzlarning asosiy tarkibiy qismlari ekanligini aniqladi. Eddingtonning taklifiga qaramay, bu kashfiyot shu qadar kutilmagan ediki, dissertatsiya o'quvchilari uni nashrdan oldin xulosani o'zgartirishga ishontirdilar. Biroq, keyinchalik o'tkazilgan tadqiqotlar uning kashfiyotini tasdiqladi.[26]

20-asrning oxiriga kelib, astronomik spektrlarni o'rganish radio to'lqinlardan optik, rentgen va gamma to'lqin uzunliklarini qamrab oladigan to'lqin uzunliklarini qoplash uchun kengaytirildi.[27] 21-asrda u yanada kengayib, kuzatishlarga asoslangan tortishish to'lqinlari.

Kuzatish astrofizikasi

Supernova qoldig'i LMC N 63A rentgen (ko'k), optik (yashil) va radio (qizil) to'lqin uzunliklarida tasvirlangan. Rentgen nurlari supernova portlashi natijasida hosil bo'lgan zarba to'lqini tufayli taxminan o'n million Selsiygacha qizdirilgan materialdan olingan.

Kuzatuv astronomiyasi ma'lumotlardan farqli o'laroq yozish va talqin qilish bilan bog'liq bo'lgan astronomiya fanining bo'limi nazariy astrofizika, asosan, jismoniy o'lchovlarni aniqlash bilan bog'liq modellar. Bu kuzatish amaliyoti samoviy narsalar yordamida teleskoplar va boshqa astronomik apparatlar.

Astrofizik kuzatuvlarning aksariyati elektromagnit spektr.

Elektromagnit nurlanishdan tashqari, Yerdan juda uzoq masofadan kelib chiqadigan bir nechta narsa kuzatilishi mumkin. Biroz tortishish to'lqini rasadxonalar qurilgan, ammo tortishish to'lqinlarini aniqlash juda qiyin. Neytrino birinchi navbatda bizning Quyoshimizni o'rganish uchun rasadxonalar ham qurilgan. Juda yuqori energiyali zarrachalardan tashkil topgan kosmik nurlarning Yer atmosferasiga urilishi kuzatilishi mumkin.

Kuzatuvlar ularning vaqt ko'lamida ham farq qilishi mumkin. Ko'pgina optik kuzatuvlar bir necha daqiqadan soatgacha davom etadi, shuning uchun bundan tezroq o'zgarib turadigan hodisalarni osongina kuzatish mumkin emas. Biroq, ba'zi ob'ektlar bo'yicha tarixiy ma'lumotlar mavjud bo'lib, ular tarkibiga kiradi asrlar yoki ming yillik. Boshqa tomondan, radio kuzatuvlar millisekundik vaqt o'lchovidagi voqealarni ko'rib chiqishi mumkin (milisaniyadagi pulsarlar ) yoki ko'p yillik ma'lumotlarni birlashtirish (pulsar sekinlashishi tadqiqotlar). Ushbu turli vaqt jadvallaridan olingan ma'lumotlar juda boshqacha.

Kuzatuv astrofizikasida o'zimizning Quyoshimizni o'rganish alohida o'rin tutadi. Boshqa barcha yulduzlarning juda katta masofasi tufayli Quyoshni boshqa yulduzlar misli ko'rilmagan tafsilotlarda kuzatish mumkin. Bizning o'z Quyoshimiz haqidagi tushunchamiz boshqa yulduzlarni tushunishimiz uchun qo'llanma bo'lib xizmat qiladi.

Yulduzlarning o'zgarishi yoki yulduzlar evolyutsiyasi mavzusi ko'pincha yulduz turlarining navlarini o'z pozitsiyalariga joylashtirish orqali modellashtiriladi. Hertzsprung - Rassel diagrammasi, bu yulduz ob'ektining tug'ilishidan vayronagacha bo'lgan holatini ifodalovchi sifatida qaralishi mumkin.

Nazariy astrofizika

Nazariy astrofiziklar turli xil vositalardan foydalanadilar analitik modellar (masalan, politroplar yulduzning xatti-harakatlarini taxmin qilish uchun) va hisoblash raqamli simulyatsiyalar. Har birining ba'zi afzalliklari bor. Jarayonning analitik modellari, odatda, sodir bo'layotgan voqealar mohiyatini tushuntirish uchun yaxshiroqdir. Raqamli modellar, aks holda ko'rinmaydigan hodisalar va ta'sirlarning mavjudligini ochib berishi mumkin.[28][29]

Astrofizika nazariyotchilari nazariy modellarni yaratishga va ushbu modellarning kuzatish natijalarini aniqlashga intilishadi. Bu kuzatuvchilarga modelni rad etadigan yoki bir nechta muqobil yoki qarama-qarshi modellar orasidan tanlov qilishga yordam beradigan ma'lumotlarni izlashga imkon beradi.

Nazariyotchilar, shuningdek, yangi ma'lumotlarni hisobga olish uchun modellarni yaratishga yoki o'zgartirishga harakat qilishadi. Agar nomuvofiqlik bo'lsa, umumiy tendentsiya ma'lumotlarga mos keladigan modelga minimal o'zgartirishlarni kiritishga urinishdir. Ba'zi hollarda, vaqt o'tishi bilan ko'p miqdordagi nomuvofiq ma'lumotlar modeldan butunlay voz kechishga olib kelishi mumkin.

Nazariy astrofiziklar o'rgangan mavzularga yulduzlar dinamikasi va evolyutsiyasi kiradi; galaktika shakllanishi va evolyutsiyasi; magnetohidrodinamika; koinotdagi materiyaning keng ko'lamli tuzilishi; kosmik nurlarning kelib chiqishi; umumiy nisbiylik va fizik kosmologiya, shu jumladan mag'lubiyat kosmologiya va astropartikullar fizikasi. Astrofizik nisbiylik, tortishish tekshirilayotgan fizik hodisalarda muhim rol o'ynaydigan yirik masshtabli tuzilmalarning xususiyatlarini aniqlash vositasi bo'lib xizmat qiladi va qora tuynuk (astro) fizika va o'rganish tortishish to'lqinlari.

Hozirga kiritilgan astrofizikadagi ba'zi keng tarqalgan va o'rganilgan nazariyalar va modellar Lambda-CDM modeli, Katta portlash, kosmik inflyatsiya, qorong'u materiya, qorong'u energiya va fizikaning asosiy nazariyalari.

Ommalashtirish

Astrofizikaning ildizlarini XVII asrda birlashgan fizikaning paydo bo'lishida topish mumkin, unda xuddi shu qonunlar samoviy va erdagi sohalarda qo'llanilgan.[10] Ham fizika, ham astronomiya bo'yicha malakaga ega bo'lgan, hozirgi astrofizika fanining mustahkam poydevorini yaratgan olimlar bo'lgan. Zamonaviy davrda talabalar astrofizikaga qiziqishni davom ettirmoqdalar Qirollik Astronomiya Jamiyati va diqqatga sazovor o'qituvchilar kabi taniqli professorlar Lourens Krauss, Subrahmanyan Chandrasekhar, Stiven Xoking, Xubert Rivz, Karl Sagan, Nil deGrasse Tayson va Patrik Mur. Erta, kech va hozirgi olimlarning sa'y-harakatlari yoshlarni astrofizika tarixi va fanini o'rganishga jalb qilishda davom etmoqda.[30][31][32]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Maoz, Dan. Yong'oq qobig'idagi astrofizika. Prinston universiteti matbuoti. p. 272.
  2. ^ "astrofizika". Merriam-Vebster, birlashtirilgan. Arxivlandi 2011 yil 10 iyunda asl nusxadan. Olingan 2011-05-22.
  3. ^ a b "Fokuslar - NASA fani". nasa.gov.
  4. ^ "astronomiya". Britannica entsiklopediyasi.
  5. ^ Lloyd, G. E. R. (1968). Aristotel: Uning fikrining o'sishi va tuzilishi. Kembrij: Kembrij universiteti matbuoti. pp.134–135. ISBN  978-0-521-09456-6.
  6. ^ Kornford, Frensis Makdonald (1957 y.) [1937]. Platonning kosmologiyasi: The Timey Platonning tarjima qilingan sharhi bilan. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. p. 118.
  7. ^ Galiley, Galiley (1989-04-15), Van Xelden, Albert (tahr.), Sidereus Nuncius yoki The Sidereal Messenger, Chikago: University of Chicago Press (nashr etilgan 1989), 21, 47-betlar, ISBN  978-0-226-27903-9
  8. ^ Edvard Slowik (2013) [2005]. "Dekart fizikasi". Stenford falsafa entsiklopediyasi. Olingan 2015-07-18.
  9. ^ Westfall, Richard S. (1983-04-29), Hech qachon tinchlanmang: Isaak Nyutonning tarjimai holi, Kembrij: Kembrij universiteti matbuoti (1980 yilda nashr etilgan), pp.731–732, ISBN  978-0-521-27435-7
  10. ^ a b Burt, Edvin Artur (2003) [Birinchi marta 1924 yilda nashr etilgan], Zamonaviy fanning metafizik asoslari (ikkinchi tahrir qilingan tahr.), Mineola, NY: Dover Publications, 30, 41, 241-2 betlar, ISBN  978-0-486-42551-1
  11. ^ Ladislav Kvasz (2013). "Galiley, Dekart va Nyuton - fizika tilining asoschilari" (PDF). Falsafa instituti, Chexiya Respublikasi Fanlar akademiyasi. Olingan 2015-07-18. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
  12. ^ Case, Stiven (2015), "'Koinotning er belgilari ": Jon Xerschel pozitsion astronomiya fonida", Ilmlar tarixi, 72 (4): 417–434, Bibcode:2015AnSci..72..417C, doi:10.1080/00033790.2015.1034588, PMID  26221834, O'n to'qqizinchi asrning boshlarida ishlagan astronomlarning aksariyati yulduzlarni jismoniy narsalar sifatida qiziqtirmagan. Tergov qilinadigan fizik xususiyatlarga ega bo'lgan jismlardan uzoqroq, yulduzlar quyosh, oy va sayyoralar harakatlari, asosan, er usti dasturlari uchun chizilgan bo'lishi mumkin bo'lgan aniq, batafsil va aniq fonni yaratish uchun o'lchangan belgilar sifatida ko'rilgan.
  13. ^ Donnelli, Kevin (2014 yil sentyabr), "Ilm-fanning zerikishi to'g'risida: XIX asrdagi pozitsion astronomiya", Britaniyaning Fan tarixi jurnali, 47 (3): 479–503, doi:10.1017 / S0007087413000915
  14. ^ Hearnshaw, JB (1986). Yulduz yorug'ligini tahlil qilish. Kembrij: Kembrij universiteti matbuoti. 23-29 betlar. ISBN  978-0-521-39916-6.
  15. ^ Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber Fraunhoferning Linien vafot etdi", Annalen der Physik, 185 (1): 148–150, Bibcode:1860AnP ... 185..148K, doi:10.1002 / va.18601850115
  16. ^ Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht", Annalen der Physik, 185 (2): 275–301, Bibcode:1860AnP ... 185..275K, doi:10.1002 / va.18601850205
  17. ^ Korti, A. L. (1921), "Ser Norman Lokyer, 1836 - 1920", Astrofizika jurnali, 53: 233–248, Bibcode:1921ApJ .... 53..233C, doi:10.1086/142602
  18. ^ Jensen, Uilyam B. (2004), "Nega geliy tugaydi" -ium"" (PDF), Kimyoviy ta'lim jurnali, 81 (7): 944–945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021 / ed081p944
  19. ^ Xeterington, Norriss S.; Makkrey, V. Patrik, Vart, Spenser R. (tahr.), Spektroskopiya va astrofizikaning tug'ilishi, Amerika fizika instituti, Fizika tarixi markazi, dan arxivlangan asl nusxasi 2015 yil 7 sentyabrda, olingan 19 iyul, 2015
  20. ^ a b Xeyl, Jorj Elleri (1895), "Astrofizika jurnali", Astrofizika jurnali, 1 (1): 80–84, Bibcode:1895ApJ ..... 1 ... 80H, doi:10.1086/140011
  21. ^ Astrofizika jurnali. 1 (1).
  22. ^ Eddington, A. S. (1920 yil oktyabr), "Yulduzlarning ichki konstitutsiyasi", Ilmiy oylik, 11 (4): 297–303, Bibcode:1920Sci .... 52..233E, doi:10.1126 / science.52.1341.233, JSTOR  6491, PMID  17747682
  23. ^ Eddington, A. S. (1916). "Yulduzlarning radiatsion muvozanati to'g'risida". Qirollik Astronomiya Jamiyatining oylik xabarnomalari. 77: 16–35. Bibcode:1916MNRAS..77 ... 16E. doi:10.1093 / mnras / 77.1.16.
  24. ^ Makkrayn, Garri; Stott, Piter (2013-01-01). Makkrayn, Garri; Stott, Piter (tahrir). Birlashma (Ikkinchi nashr). Boston: Academic Press. p. 13. doi:10.1016 / b978-0-12-384656-3.00002-7. ISBN  978-0-12-384656-3. Eddington to'rtta vodorod atomi birlashib, bitta geliy atomini hosil qilsa, massa yo'qotish bo'lishini tushungan edi. Eynshteynning massa va energiyaning ekvivalenti to'g'ridan-to'g'ri bu yulduzlardagi energiyani ishlab chiqaradigan uzoq izlangan jarayon bo'lishi mumkin degan taklifga olib keldi! Bu ilhomlangan taxmin edi, chunki yadroning tuzilishi va ushbu reaktsiyalarning mexanizmlari to'liq tushunilmaganligi sababli yanada hayratlanarli edi.
  25. ^ Peyn, K. H. (1925), Yulduzlar atmosferasi; Yulduzlarning o'zgaruvchan qatlamlarida yuqori haroratni kuzatishda o'rganish uchun hissa (Doktorlik dissertatsiyasi), Kembrij, Massachusets: Radkliff kolleji, Bibcode:1925PhDT ......... 1P
  26. ^ Haramundanis, Ketrin (2007), "Peyn-Gaposhkin [Peyn], Sesiliya Xelena", Xokkeyda, Tomas; Trimble, Virjiniya; Uilyams, Tomas R. (tahr.), Astronomlarning biografik entsiklopediyasi, Nyu-York: Springer, 876–878-betlar, ISBN  978-0-387-30400-7, olingan 19 iyul, 2015
  27. ^ Biermann, Piter L.; Falcke, Heino (1998), "Astrofizika chegaralari: seminarning qisqacha mazmuni", Panvini shahrida, Robert S.; Vayler, Tomas J. (tahr.), Asosiy zarralar va o'zaro ta'sirlar: zamonaviy fizikadagi chegaralar xalqaro ma'ruzalar va seminarlar seriyasi. AIP konferentsiyasi materiallari, 423, Amerika fizika instituti, 236–248 betlar, arXiv:astro-ph / 9711066, Bibcode:1998AIPC..423..236B, doi:10.1063/1.55085, ISBN  1-56396-725-1
  28. ^ Roth, H. (1932), "Suyuqlik sohasini asta-sekin qisqartirish yoki kengaytirish va uning barqarorligi", Jismoniy sharh, 39 (3): 525–529, Bibcode:1932PhRv ... 39..525R, doi:10.1103 / PhysRev.39.525
  29. ^ Eddington, A.S. (1988) [1926], Yulduzlarning ichki konstitutsiyasi, Nyu-York: Kembrij universiteti matbuoti, ISBN  978-0-521-33708-3, PMID  17747682
  30. ^ D. Mark Menli (2012). "Mashhur astronomlar va astrofiziklar". Kent davlat universiteti. Olingan 2015-07-17.
  31. ^ Science.ca jamoasi (2015). "Hubert Rivz - Astronomiya, astrofizika va kosmik fan". GCS tadqiqotlari jamiyati. Olingan 2015-07-17.
  32. ^ "Nil deGrasse Tayson". Hayden Planetarium. 2015. Olingan 2015-07-17.

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar