Astrofizyka/O astrofizyce

O astrofizyce

Tematem badań astrofizyki są procesy fizyczne we Wszechświecie takich obiektów, jak gwiazdy, galaktyki, materia międzygwiezdna oraz ich wzajemne oddziaływanie. Badania dotyczą zarówno ewolucji Wszechświata w skali kosmologicznej (kosmologia), jak i ewolucji gwiazd (astrofizyka teoretyczna). Astrofizyka traktuje Wszechświat jako ogromne laboratorium fizyczne.

Faktycznie, współczesne obserwacje astronomiczne wymagają interpretacji fizycznej, włączając całą wiedzę fizyczną od mechaniki klasycznej, mechaniki kwantowej, fizyki fazy skondensowanej, fizyki jądrowej, fizyki cząstek elementarnych po ogólną teorię względności.

Historia astrofizyki

Astronomia jest tak stara jak nasza cywilizacja. Oddzieliła się dość dawno od fizyki. W światopoglądzie Arystotelesa świat niebieski zbudowany był z ciał doskonałych, składał się z doskonałych sfer poruszających się po doskonałych orbitach kołowych. Świat zjawisk ziemskich był niedoskonały. Te dwa światy nie były ze sobą związane.

Przez wieki zdroworozsądkowy pogląd, że Słońce i inne planety krążą wokół Ziemi, był niepodważalny, aż do XVI wieku, gdy Mikołaj Kopernik zasugerował, że Ziemia, jak i inne planety układu Słonecznego, krążą wokół Słońca. Galileo Galilei dokonał pierwszych obserwacji, ale nie miały one w astronomii znaczenia astrofizycznego.

Na początku XVII wieku Jan Kepler odkrył prawa ruchu planet (prawa Keplera). Pod koniec tego wieku Isaac Newton połączył prawa Keplera z dynamiką Galileusza. Pokazał, że to samo prawo ciążenia rządzi ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem Księżyca czy planet. Newton dokonał ujednolicenia fizyki ziemskiej z astronomią. Była to pierwsza unifikacja fizyki w historii. Od tego momentu stosujemy jednolity opis (matematyczny, mechaniki nieba) do opisu Wszechświata.

Opublikowanie przez Izaaka Newtona dzieła Principia zmieniło nawigację morską. Od 1670 roku zaczęto używać nowoczesnych przyrządów nawigacyjnych i precyzyjnych zegarów. Potrzeby nawigacji wymogły bardziej dokładne obserwacje astronomiczne i konstrukcję bardziej precyzyjnych instrumentów pomiarowych.

Pod koniec XIX wieku zaobserwowano linie widmowe w promieniowaniu Słońca. Eksperymenty z gorącymi gazami pokazały, że takie same linie można obserwować w też ich widmie. Linie te są charakterystyczne dla poszczególnych pierwiastków. W ten sposób udowodniono, że pierwiastki występujące w Słońcu występują również na Ziemi. Faktycznie, hel został najpierw odkryty w widmie światła słonecznego, a następnie w laboratorium ziemskim (stąd etymologia nazwy pierwiastka). W XX wieku badanie linii spektralnych silnie się rozwinęło, prowadząc do powstania mechaniki kwantowej koniecznej do zrozumienia eksperymentów i obserwacji astronomicznych.

Astrofizyka teoretyczna

Astrofizyka teoretyczna jest dyscypliną starającą się wyjaśnić zjawiska obserwowane przez astronomów w oparciu o teorie fizyczne. W tym celu astrofizyka teoretyczna buduje modele teoretyczne (abstrakcyjne i numeryczne), które starają się tłumaczyć obserwacje oraz przewidywać nowe zjawiska.