Astronomie - Astronomy

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Die Astronomie (aus dem Griechischen : ἀστρονομία , wörtlich übersetzt die Wissenschaft, die die Gesetze der Sterne untersucht) ist eine Naturwissenschaft , die Himmelsobjekte und -phänomene untersucht . Es verwendet Mathematik , Physik und Chemie , um ihren Ursprung und ihre Entwicklung zu erklären . Zu den interessierenden Objekten gehören Planeten , Monde , Sterne , Nebel , Galaxien und Kometen . Relevante Phänomene sind Supernova- Explosionen, Gammastrahlenausbrüche , Quasare , Blazare , Pulsare und kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung . Im Allgemeinen untersucht die Astronomie alles, was außerhalb der Erdatmosphäre entsteht . Die Kosmologie ist ein Zweig der Astronomie, der das Universum als Ganzes untersucht.

Die Astronomie ist eine der ältesten Naturwissenschaften. Die frühen Zivilisationen in der aufgezeichneten Geschichte machten methodische Beobachtungen des Nachthimmels . Dazu gehören die Babylonier , Griechen , Inder , Ägypter , Chinesen , Maya und viele alte indigene Völker Amerikas . In der Vergangenheit umfasste die Astronomie so unterschiedliche Disziplinen wie Astrometrie , Himmelsnavigation , Beobachtungsastronomie und die Erstellung von Kalendern . Heutzutage wird professionelle Astronomie oft als die gleiche wie Astrophysik bezeichnet .

Die professionelle Astronomie ist in beobachtende und theoretische Bereiche unterteilt. Die Beobachtungsastronomie konzentriert sich auf die Erfassung von Daten aus Beobachtungen astronomischer Objekte. Diese Daten werden dann nach physikalischen Grundprinzipien analysiert. Die theoretische Astronomie ist auf die Entwicklung von Computer- oder Analysemodellen zur Beschreibung astronomischer Objekte und Phänomene ausgerichtet. Diese beiden Felder ergänzen sich. Die theoretische Astronomie versucht, Beobachtungsergebnisse zu erklären, und Beobachtungen werden verwendet, um theoretische Ergebnisse zu bestätigen.

Die Astronomie ist eine der wenigen Wissenschaften, in denen Amateure eine aktive Rolle spielen . Dies gilt insbesondere für die Entdeckung und Beobachtung vorübergehender Ereignisse . Amateurastronomen haben bei vielen wichtigen Entdeckungen geholfen, beispielsweise bei der Suche nach neuen Kometen.

Etymologie

19. Jahrhundert, Australien (1873)
Das Astronomische Observatorium Quito aus dem 19. Jahrhundert befindet sich 12 Minuten südlich des Äquators in Quito , Ecuador .

Astronomie (aus dem griechischen ἀστρονομία von ἄστρον Astron , „Sterne“ und -νομία -nomia von νόμος Nomos , „Gesetz“ oder „Kultur“) bedeutet „Gesetz des Sternes“ (oder „Kultur der Sterne“ , je nach Übersetzung) . Astronomie sollte nicht mit Astrologie verwechselt werden , dem Glaubenssystem, das behauptet, dass menschliche Angelegenheiten mit den Positionen von Himmelsobjekten korrelieren. Obwohl die beiden Felder einen gemeinsamen Ursprung haben, sind sie jetzt völlig verschieden.

Verwendung der Begriffe "Astronomie" und "Astrophysik"

"Astronomie" und "Astrophysik" sind Synonyme. Basierend auf strengen Wörterbuchdefinitionen bezieht sich "Astronomie" auf "das Studium von Objekten und Materie außerhalb der Erdatmosphäre und ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften", während sich "Astrophysik" auf den Zweig der Astronomie bezieht, der sich mit "Verhalten, physikalischen Eigenschaften, und dynamische Prozesse von Himmelsobjekten und Phänomenen ". In einigen Fällen, wie in der Einleitung des Einführungslehrbuchs The Physical Universe von Frank Shu , kann "Astronomie" verwendet werden, um das qualitative Studium des Fachs zu beschreiben, während "Astrophysik" verwendet wird, um die physikorientierte Version des Fachs zu beschreiben . Da sich die meisten modernen astronomischen Forschungen jedoch mit physikalisch verwandten Themen befassen, könnte die moderne Astronomie tatsächlich als Astrophysik bezeichnet werden. Einige Bereiche wie die Astrometrie sind eher reine Astronomie als auch Astrophysik. Verschiedene Abteilungen, in denen Wissenschaftler zu diesem Thema forschen, können "Astronomie" und "Astrophysik" verwenden, teilweise abhängig davon, ob die Abteilung historisch mit einer Physikabteilung verbunden ist, und viele professionelle Astronomen haben eher einen Abschluss in Physik als in Astronomie. Einige Titel der führenden wissenschaftlichen Zeitschriften auf diesem Gebiet umfassen The Astronomical Journal , The Astrophysical Journal und Astronomy & Astrophysics .

Geschichte

Eine Himmelskarte aus dem 17. Jahrhundert des niederländischen Kartographen Frederik de Wit

Antike

In der Frühgeschichte bestand die Astronomie nur aus der Beobachtung und Vorhersage der Bewegungen von Objekten, die mit bloßem Auge sichtbar waren. An einigen Orten versammelten frühe Kulturen massive Artefakte, die möglicherweise einen astronomischen Zweck hatten. Zusätzlich zu ihrer zeremoniellen Verwendung könnten diese Observatorien zur Bestimmung der Jahreszeiten eingesetzt werden. Dies ist ein wichtiger Faktor, um zu wissen, wann Pflanzen angebaut werden müssen, und um die Länge des Jahres zu verstehen.

Bevor Werkzeuge wie das Teleskop erfunden wurden, wurde die frühe Untersuchung der Sterne mit bloßem Auge durchgeführt. Mit der Entwicklung der Zivilisationen, insbesondere in Mesopotamien , Griechenland , Persien , Indien , China , Ägypten und Mittelamerika , wurden astronomische Observatorien zusammengestellt und Ideen zur Natur des Universums entwickelt. Die meiste frühe Astronomie bestand darin, die Positionen der Sterne und Planeten abzubilden, eine Wissenschaft, die heute als Astrometrie bezeichnet wird . Aus diesen Beobachtungen wurden frühe Vorstellungen über die Bewegungen der Planeten gebildet und die Natur von Sonne, Mond und Erde im Universum philosophisch untersucht. Es wurde angenommen, dass die Erde das Zentrum des Universums ist, in dem sich Sonne, Mond und Sterne drehen. Dies ist als das geozentrische Modell des Universums oder das nach Ptolemäus benannte ptolemäische System bekannt .

The Suryaprajnaptisūtra, ein Astronomietext von Jains aus dem 6. Jahrhundert v. Chr. In der Schoyen Collection, London. Oben: sein Manuskript aus c.  1500 n. Chr.

Eine besonders wichtige frühe Entwicklung war der Beginn der mathematischen und wissenschaftlichen Astronomie, die unter den Babyloniern begann, die den Grundstein für die späteren astronomischen Traditionen legten, die sich in vielen anderen Zivilisationen entwickelten. Die Babylonier entdeckten, dass Mondfinsternisse in einem sich wiederholenden Zyklus, der als Saros bekannt ist, wieder auftraten .

Griechische äquatoriale Sonnenuhr , Alexandria am Oxus , heutiges Afghanistan 3. - 2. Jahrhundert v

Nach den Babyloniern wurden im antiken Griechenland und in der hellenistischen Welt bedeutende Fortschritte in der Astronomie erzielt . Die griechische Astronomie zeichnet sich von Anfang an dadurch aus, dass sie nach einer rationalen, physikalischen Erklärung für himmlische Phänomene sucht. Im 3. Jahrhundert v. Chr. Schätzte Aristarchos von Samos die Größe und Entfernung von Mond und Sonne und schlug ein Modell des Sonnensystems vor, bei dem sich Erde und Planeten um die Sonne drehten, das jetzt als heliozentrisches Modell bezeichnet wird. Im 2. Jahrhundert v. Chr. Entdeckte Hipparchus die Präzession , berechnete die Größe und Entfernung des Mondes und erfand die frühesten bekannten astronomischen Geräte wie das Astrolabium . Hipparchus erstellte auch einen umfassenden Katalog von 1020 Sternen, und die meisten Sternbilder der nördlichen Hemisphäre stammen aus der griechischen Astronomie. Der Antikythera-Mechanismus (ca. 150–80 v. Chr.) War ein früher analoger Computer , mit dem der Standort von Sonne , Mond und Planeten für ein bestimmtes Datum berechnet werden konnte. Technologische Artefakte von ähnlicher Komplexität tauchten erst im 14. Jahrhundert wieder auf, als in Europa mechanische astronomische Uhren auftauchten.

Mittelalter

Das mittelalterliche Europa beherbergte eine Reihe wichtiger Astronomen. Richard von Wallingford (1292-1336) wichtige Beiträge zur Astronomie und horology, einschließlich der Erfindung des ersten astronomische Uhr, die aus rectangulus die zur Messung von Winkeln zwischen den Planeten und anderen Himmelskörper erlaubt, sowie ein Äquatorium genannt Albion die könnte für astronomische Berechnungen wie verwendet Mond , Solar- und Planeten Longituden und vorhersagen konnte Finsternisse . Nicole Oresme (1320–1382) und Jean Buridan (1300–1361) diskutierten zuerst Beweise für die Rotation der Erde, außerdem entwickelte Buridan auch die Impulstheorie (Vorgänger der modernen wissenschaftlichen Trägheitstheorie ), die Planeten zeigen konnte waren in der Lage, sich ohne das Eingreifen von Engeln zu bewegen. Georg von Peuerbach (1423–1461) und Regiomontanus (1436–1476) trugen dazu bei, dass der astronomische Fortschritt Jahrzehnte später zu Copernicus 'Entwicklung des heliozentrischen Modells beitrug.

Die Astronomie blühte in der islamischen Welt und anderen Teilen der Welt. Dies führte zur Entstehung der ersten astronomischen Observatorien in der muslimischen Welt im frühen 9. Jahrhundert. 964 wurde die Andromeda-Galaxie , die größte Galaxie der lokalen Gruppe , vom persischen muslimischen Astronomen Abd al-Rahman al-Sufi in seinem Buch der Fixsterne beschrieben . Die SN 1006- Supernova , das hellste Sternereignis scheinbarer Größe in der aufgezeichneten Geschichte, wurde 1006 vom ägyptisch-arabischen Astronomen Ali ibn Ridwan und chinesischen Astronomen beobachtet. Einige der prominenten islamischen (meist persischen und arabischen) Astronomen leisteten bedeutende Beiträge zur Wissenschaft Dazu gehören Al-Battani , Thebit , Abd al-Rahman al-Sufi , Biruni , Abū Ishāq Ibrāhīm al-Zarqālī , Al-Birjandi und die Astronomen der Observatorien Maragheh und Samarkand . Während dieser Zeit führten Astronomen viele arabische Namen ein, die jetzt für einzelne Sterne verwendet werden .

Es wird auch angenommen, dass in den Ruinen von Great Zimbabwe und Timbuktu astronomische Observatorien untergebracht waren. Im postklassischen Westafrika untersuchten Astronomen die Bewegung von Sternen und die Beziehung zu Jahreszeiten, erstellten Diagramme des Himmels sowie präzise Diagramme der Umlaufbahnen der anderen Planeten auf der Grundlage komplexer mathematischer Berechnungen. Songhai Historiker Mahmud Kati dokumentiert einen Meteorschauer im August 1583. Die Europäer hatten bisher angenommen , dass es in keine astronomischen Beobachtung gewesen war Afrika südlich der Sahara während der vorkolonialen Mittelalter, aber die moderne Entdeckungen zeigen etwas anderes.

Über sechs Jahrhunderte lang (von der Wiederherstellung des alten Lernens im Spätmittelalter bis zur Aufklärung) unterstützte die römisch-katholische Kirche das Studium der Astronomie mehr finanziell und sozial als wahrscheinlich alle anderen Institutionen. Zu den Motiven der Kirche gehörte es, das Datum für Ostern zu finden.

Wissenschaftliche Revolution

Galileos Skizzen und Beobachtungen des Mondes zeigten, dass die Oberfläche bergig war.
Eine astronomische Karte aus einem frühen wissenschaftlichen Manuskript, c. 1000

Während der Renaissance schlug Nicolaus Copernicus ein heliozentrisches Modell des Sonnensystems vor. Seine Arbeit wurde von Galileo Galilei verteidigt und von Johannes Kepler erweitert . Kepler war der erste, der ein System entwickelte, das die Details der Bewegung der Planeten um die Sonne korrekt beschrieb. Kepler gelang es jedoch nicht, eine Theorie hinter den von ihm niedergeschriebenen Gesetzen zu formulieren. Es war Isaac Newton mit seiner Erfindung der Himmelsdynamik und seinem Gravitationsgesetz , der schließlich die Bewegungen der Planeten erklärte. Newton entwickelte auch das Spiegelteleskop .

Verbesserungen in Größe und Qualität des Teleskops führten zu weiteren Entdeckungen. Der englische Astronom John Flamsteed katalogisierte über 3000 Sterne. Umfangreichere Sternenkataloge wurden von Nicolas Louis de Lacaille hergestellt . Der Astronom William Herschel erstellte einen detaillierten Katalog von Nebeln und Clustern und entdeckte 1781 den Planeten Uranus , den ersten neuen Planeten, der gefunden wurde.

Während des 18. bis 19. Jahrhunderts führte die Untersuchung des Drei-Körper-Problems durch Leonhard Euler , Alexis Claude Clairaut und Jean le Rond d'Alembert zu genaueren Vorhersagen über die Bewegungen des Mondes und der Planeten. Diese Arbeit wurde von Joseph-Louis Lagrange und Pierre Simon Laplace weiter verfeinert , so dass die Massen der Planeten und Monde anhand ihrer Störungen geschätzt werden konnten.

Mit der Einführung neuer Technologien, einschließlich Spektroskop und Fotografie, wurden bedeutende Fortschritte in der Astronomie erzielt . Joseph von Fraunhofer entdeckte zwischen 1814 und 1815 etwa 600 Banden im Spektrum der Sonne, die Gustav Kirchhoff 1859 auf das Vorhandensein verschiedener Elemente zurückführte. Es wurde nachgewiesen, dass Sterne der Sonne der Erde ähnlich sind, jedoch einen weiten Bereich von Temperaturen , Massen und Größen aufweisen.

Die Existenz der Erdgalaxie, der Milchstraße , als eigene Sterngruppe wurde erst im 20. Jahrhundert zusammen mit der Existenz "externer" Galaxien bewiesen. Die beobachtete Rezession dieser Galaxien führte zur Entdeckung der Expansion des Universums . Die theoretische Astronomie führte zu Spekulationen über die Existenz von Objekten wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen , mit denen beobachtete Phänomene wie Quasare , Pulsare , Blazare und Radiogalaxien erklärt wurden . Die physikalische Kosmologie machte im 20. Jahrhundert große Fortschritte. In den frühen 1900er Jahren wurde das Modell der Urknalltheorie formuliert, das stark durch kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung , das Hubble-Gesetz und die kosmologische Fülle von Elementen belegt ist . Weltraumteleskope haben Messungen in Teilen des elektromagnetischen Spektrums ermöglicht, die normalerweise von der Atmosphäre blockiert oder verwischt werden. Im Februar 2016 wurde bekannt, dass das LIGO- Projekt im vergangenen September Hinweise auf Gravitationswellen festgestellt hatte .

Beobachtungsastronomie

Die Hauptinformationsquelle über Himmelskörper und andere Objekte ist sichtbares Licht oder allgemeiner elektromagnetische Strahlung . Die Beobachtungsastronomie kann nach dem entsprechenden Bereich des elektromagnetischen Spektrums kategorisiert werden, auf dem die Beobachtungen gemacht werden. Einige Teile des Spektrums können von der Erdoberfläche aus beobachtet werden, während andere Teile nur aus großen Höhen oder außerhalb der Erdatmosphäre beobachtet werden können. Spezifische Informationen zu diesen Unterfeldern finden Sie unten.

Radioastronomie

Die Radioastronomie verwendet Strahlung mit Wellenlängen von mehr als ungefähr einem Millimeter außerhalb des sichtbaren Bereichs. Radioastronomie ist anders als die meisten anderen Formen der beobachtenden Astronomie, dass die beobachtete Radiowellen können so behandelt werden , Wellen und nicht als diskrete Photonen . Daher ist es relativ einfacher, sowohl die Amplitude als auch die Phase von Funkwellen zu messen , während dies bei kürzeren Wellenlängen nicht so einfach ist.

Obwohl einige Funkwellen direkt von astronomischen Objekten emittiert werden, die ein Produkt der thermischen Emission sind , ist der größte Teil der beobachteten Funkemission das Ergebnis von Synchrotronstrahlung , die erzeugt wird, wenn Elektronen Magnetfelder umkreisen . Zusätzlich ist eine Reihe von Spektrallinien, die durch interstellares Gas erzeugt werden , insbesondere die Wasserstoffspektrallinie bei 21 cm, bei Radiowellenlängen zu beobachten.

Bei Radiowellenlängen ist eine Vielzahl anderer Objekte zu beobachten, darunter Supernovae , interstellares Gas, Pulsare und aktive galaktische Kerne .

Infrarotastronomie

Das ALMA- Observatorium ist eine der höchsten Beobachtungsstellen der Erde. Atacama, Chile.

Die Infrarotastronomie basiert auf der Detektion und Analyse von Infrarotstrahlung , Wellenlängen, die länger als rotes Licht sind und außerhalb unseres Sichtbereichs liegen. Das Infrarotspektrum ist nützlich, um Objekte zu untersuchen, die zu kalt sind, um sichtbares Licht auszustrahlen, wie Planeten, zirkumstellare Scheiben oder Nebel, deren Licht durch Staub blockiert wird. Die längeren Wellenlängen des Infrarot können Staubwolken durchdringen, die sichtbares Licht blockieren, und so die Beobachtung junger Sterne ermöglichen, die in Molekülwolken und die Kerne von Galaxien eingebettet sind . Beobachtungen des WISE ( Wide Field Infrared Survey Explorer ) waren besonders effektiv bei der Enthüllung zahlreicher galaktischer Protosterne und ihrer Wirtssternhaufen . Mit Ausnahme der Infrarotwellenlängen der Nähe von sichtbarem Licht, wird diese Strahlung stark von der Atmosphäre absorbiert, oder maskiert, da die Atmosphäre selbst signifikante Infrarotemission produziert. Folglich müssen sich Infrarotobservatorien an hohen, trockenen Orten auf der Erde oder im Weltraum befinden. Einige Moleküle strahlen stark im Infrarot. Dies ermöglicht das Studium der Chemie des Weltraums; Insbesondere kann es Wasser in Kometen nachweisen.

Optische Astronomie

Das Subaru-Teleskop (links) und das Keck-Observatorium (Mitte) auf Mauna Kea , beide Beispiele für ein Observatorium, das bei Wellenlängen im nahen Infrarot und im sichtbaren Bereich arbeitet. Die NASA Infrared Telescope Facility (rechts) ist ein Beispiel für ein Teleskop, das nur bei Wellenlängen im nahen Infrarot arbeitet.

Historisch gesehen ist die optische Astronomie, auch Astronomie für sichtbares Licht genannt, die älteste Form der Astronomie. Bilder von Beobachtungen wurden ursprünglich von Hand gezeichnet. Im späten 19. Jahrhundert und im größten Teil des 20. Jahrhunderts wurden Bilder mit fotografischen Geräten aufgenommen. Moderne Bilder werden mit digitalen Detektoren, insbesondere mit ladungsgekoppelten Geräten (CCDs), aufgenommen und auf einem modernen Medium aufgezeichnet. Obwohl sich sichtbares Licht selbst von ungefähr 4000 Å bis 7000 Å (400 nm bis 700 nm) erstreckt, kann dieselbe Ausrüstung verwendet werden, um Strahlung im nahen Ultraviolett und nahen Infrarot zu beobachten .

Ultraviolette Astronomie

Die ultraviolette Astronomie verwendet ultraviolette Wellenlängen zwischen ungefähr 100 und 3200 Å (10 bis 320 nm). Licht bei diesen Wellenlängen wird von der Erdatmosphäre absorbiert, so dass Beobachtungen bei diesen Wellenlängen von der oberen Atmosphäre oder vom Weltraum aus durchgeführt werden müssen. Die ultraviolette Astronomie eignet sich am besten zur Untersuchung von Wärmestrahlung und spektralen Emissionslinien von heißen blauen Sternen ( OB-Sternen ), die in diesem Wellenband sehr hell sind. Dies schließt die blauen Sterne in anderen Galaxien ein, die Ziel mehrerer UV-Untersuchungen waren. Andere Objekte, die üblicherweise im ultravioletten Licht beobachtet werden, umfassen Planetennebel , Supernova-Überreste und aktive galaktische Kerne. Da ultraviolettes Licht jedoch leicht von interstellarem Staub absorbiert wird , ist eine Anpassung der Ultraviolettmessungen erforderlich.

Röntgenastronomie

Röntgenstrahl aus einem supermassiven Schwarzen Loch, das vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA gefunden wurde und durch Licht aus dem frühen Universum sichtbar gemacht wurde

Die Röntgenastronomie verwendet Röntgenwellenlängen . Typischerweise wird Röntgenstrahlung durch Synchrotronemission (das Ergebnis von Elektronen, die Magnetfeldlinien umkreisen), thermische Emission von dünnen Gasen über 10 7 (10 Millionen) Kelvin und thermische Emission von dicken Gasen über 10 7 Kelvin erzeugt. Da Röntgenstrahlen von der Erdatmosphäre absorbiert werden , müssen alle Röntgenbeobachtungen von hochgelegenen Ballons , Raketen oder Röntgenastronomiesatelliten durchgeführt werden . Bemerkenswerte Röntgenquellen umfassen Röntgenbinärdateien , Pulsare , Supernova-Überreste , elliptische Galaxien , Galaxienhaufen und aktive galaktische Kerne .

Gammastrahlenastronomie

Die Gammastrahlenastronomie beobachtet astronomische Objekte bei den kürzesten Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Gammastrahlen können direkt von Satelliten wie dem Compton Gamma Ray Observatory oder von speziellen Teleskopen, sogenannten atmosphärischen Cherenkov-Teleskopen, beobachtet werden . Die Cherenkov-Teleskope erfassen die Gammastrahlen nicht direkt, sondern die sichtbaren Lichtblitze, die entstehen, wenn Gammastrahlen von der Erdatmosphäre absorbiert werden.

Die meisten Gammastrahlen emittierenden Quellen sind tatsächlich Gammastrahlen-Bursts , Objekte, die nur einige Millisekunden bis Tausende von Sekunden lang Gammastrahlung erzeugen, bevor sie verblassen. Nur 10% der Gammastrahlenquellen sind nicht transiente Quellen. Diese stetigen Gammastrahlenemitter umfassen Pulsare, Neutronensterne und Kandidaten für Schwarze Löcher wie aktive galaktische Kerne.

Felder, die nicht auf dem elektromagnetischen Spektrum basieren

Zusätzlich zur elektromagnetischen Strahlung können einige andere Ereignisse aus großer Entfernung von der Erde beobachtet werden.

In der Neutrinoastronomie verwenden Astronomen stark abgeschirmte unterirdische Einrichtungen wie SAGE , GALLEX und Kamioka II / III zum Nachweis von Neutrinos . Die überwiegende Mehrheit der Neutrinos, die durch die Erde strömen, stammen von der Sonne , aber 24 Neutrinos wurden auch von Supernova 1987A nachgewiesen . Kosmische Strahlen , die aus sehr energiereichen Partikeln (Atomkernen) bestehen, die zerfallen oder absorbiert werden können, wenn sie in die Erdatmosphäre gelangen, führen zu einer Kaskade von Sekundärpartikeln, die von aktuellen Observatorien erfasst werden können. Einige zukünftige Neutrino-Detektoren reagieren möglicherweise auch empfindlich auf Partikel, die entstehen, wenn kosmische Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen.

Die Gravitationswellenastronomie ist ein aufstrebendes Gebiet der Astronomie, in dem Gravitationswellendetektoren eingesetzt werden , um Beobachtungsdaten über entfernte massive Objekte zu sammeln. Es wurden einige Observatorien gebaut, wie beispielsweise das Laserinterferometer-Gravitationsobservatorium LIGO . LIGO machte seine erste Entdeckung am 14. September 2015 und beobachtete Gravitationswellen von einem binären Schwarzen Loch . Eine zweite Gravitationswelle wurde am 26. Dezember 2015 entdeckt und zusätzliche Beobachtungen sollten fortgesetzt werden, aber Gravitationswellen erfordern äußerst empfindliche Instrumente.

Die Kombination von Beobachtungen mit elektromagnetischer Strahlung, Neutrinos oder Gravitationswellen und anderen ergänzenden Informationen wird als Multi-Messenger-Astronomie bezeichnet .

Astrometrie und Himmelsmechanik

Sternhaufen Pismis 24 mit einem Nebel

Eines der ältesten Gebiete in der Astronomie und in der gesamten Wissenschaft ist die Messung der Positionen von Himmelsobjekten. In der Vergangenheit war eine genaue Kenntnis der Positionen von Sonne, Mond, Planeten und Sternen für die Himmelsnavigation (Verwendung von Himmelsobjekten zur Steuerung der Navigation) und für die Erstellung von Kalendern von entscheidender Bedeutung .

Ein sorgfältige Messung der Positionen der Planeten hat zu einem soliden Verständnis der Gravitations führen Störungen , und die Fähigkeit , Vergangenheit und Zukunft Positionen der Planeten mit großer Genauigkeit zu bestimmen, ein Feld als bekannten Himmelsmechanik . In jüngerer Zeit wird die Verfolgung erdnaher Objekte Vorhersagen über nahe Begegnungen oder mögliche Kollisionen der Erde mit diesen Objekten ermöglichen.

Die Messung der Sternparallaxe nahegelegener Sterne liefert eine grundlegende Basislinie in der kosmischen Entfernungsleiter , die zur Messung der Skala des Universums verwendet wird. Parallaxenmessungen von nahegelegenen Sternen liefern eine absolute Basis für die Eigenschaften entfernterer Sterne, da ihre Eigenschaften verglichen werden können. Messungen der Radialgeschwindigkeit und der Eigenbewegung von Sternen ermöglichen es Astronomen, die Bewegung dieser Systeme durch die Milchstraße zu zeichnen. Astrometrische Ergebnisse sind die Grundlage für die Berechnung der Verteilung spekulierter dunkler Materie in der Galaxie.

In den neunziger Jahren wurde die Messung des Sternwackelns benachbarter Sterne verwendet, um große extrasolare Planeten zu erfassen , die diese Sterne umkreisen.

Theoretische Astronomie

Theoretische Astronomen verwenden verschiedene Werkzeuge, darunter analytische Modelle und numerische Computersimulationen . Jeder hat seine besonderen Vorteile. Analytische Modelle eines Prozesses sind besser geeignet, um einen breiteren Einblick in das Herz des Geschehens zu erhalten. Numerische Modelle zeigen die Existenz von Phänomenen und Effekten, die sonst nicht beobachtet werden.

Theoretiker der Astronomie bemühen sich, theoretische Modelle zu erstellen und aus den Ergebnissen Beobachtungsfolgen dieser Modelle vorherzusagen. Die Beobachtung eines von einem Modell vorhergesagten Phänomens ermöglicht es Astronomen, zwischen mehreren alternativen oder widersprüchlichen Modellen zu wählen, um die Phänomene am besten beschreiben zu können.

Theoretiker versuchen auch, Modelle zu generieren oder zu modifizieren, um neue Daten zu berücksichtigen. Im Falle einer Inkonsistenz zwischen den Daten und den Ergebnissen des Modells besteht die allgemeine Tendenz darin, minimale Änderungen am Modell vorzunehmen, damit Ergebnisse erzielt werden, die zu den Daten passen. In einigen Fällen kann eine große Menge inkonsistenter Daten im Laufe der Zeit dazu führen, dass ein Modell vollständig aufgegeben wird.

Von theoretischen Astronomen modellierte Phänomene umfassen: Sterndynamik und Evolution ; Galaxienbildung ; großflächige Verteilung der Materie im Universum ; Ursprung der kosmischen Strahlung ; Allgemeine Relativitätstheorie und physikalische Kosmologie , einschließlich String- Kosmologie und Astroteilchenphysik . Die astrophysikalische Relativitätstheorie dient als Instrument zur Messung der Eigenschaften großräumiger Strukturen, für die die Gravitation eine wichtige Rolle bei den untersuchten physikalischen Phänomenen spielt, sowie als Grundlage für die Physik des Schwarzen Lochs ( Astro ) und die Untersuchung von Gravitationswellen .

Einige weithin akzeptierte und untersuchte Theorien und Modelle in der Astronomie, die jetzt im Lambda-CDM-Modell enthalten sind, sind der Urknall , die Dunkle Materie und grundlegende Theorien der Physik .

Einige Beispiele für diesen Prozess:

Physikalischer Prozess Experimentelles Werkzeug Theoretisches Modell Erklärt / sagt voraus
Gravitation Radioteleskope Selbstgravitationssystem Entstehung eines Sternensystems
Kernfusion Spektroskopie Stellare Evolution Wie die Sterne leuchten und wie sich Metalle bildeten
Der Urknall Hubble-Weltraumteleskop , COBE Universum erweitern Zeitalter des Universums
Quantenfluktuationen Kosmische Inflation Ebenheitsproblem
Gravitationskollaps Röntgenastronomie Generelle Relativität Schwarze Löcher im Zentrum der Andromeda-Galaxie
CNO-Zyklus in Sternen Die dominierende Energiequelle für massive Sterne.

Neben der kosmischen Inflation sind dunkle Materie und dunkle Energie die aktuellen Hauptthemen der Astronomie, da ihre Entdeckung und Kontroverse während des Studiums der Galaxien entstanden sind.

Spezifische Unterfelder

Astrophysik

Die Astrophysik wendet Physik und Chemie an, um die Messungen der Astronomie zu verstehen. Darstellung des beobachtbaren Universums mit Bildern von Hubble und anderen Teleskopen .

Die Astrophysik ist der Zweig der Astronomie, der die Prinzipien der Physik und Chemie anwendet, "um die Natur der astronomischen Objekte und nicht ihre Positionen oder Bewegungen im Raum festzustellen ". Unter den untersuchten Objekten befinden sich die Sonne , andere Sterne , Galaxien , extrasolare Planeten , das interstellare Medium und der kosmische Mikrowellenhintergrund . Ihre Emissionen werden über alle Teile des elektromagnetischen Spektrums untersucht , und die untersuchten Eigenschaften umfassen Leuchtkraft , Dichte , Temperatur und chemische Zusammensetzung. Da Astrophysik ein sehr breites Fach ist, wenden Astrophysiker typischerweise viele Disziplinen der Physik an, darunter Mechanik , Elektromagnetismus , statistische Mechanik , Thermodynamik , Quantenmechanik , Relativitätstheorie , Kern- und Teilchenphysik sowie Atom- und Molekularphysik .

In der Praxis erfordert die moderne astronomische Forschung häufig einen erheblichen Arbeitsaufwand im Bereich der theoretischen und Beobachtungsphysik. Einige Studienbereiche für Astrophysiker umfassen ihre Versuche, die Eigenschaften von Dunkler Materie , Dunkler Energie und Schwarzen Löchern zu bestimmen . ob Zeitreisen möglich sind oder nicht , sich Wurmlöcher bilden können oder das Multiversum existiert; und der Ursprung und das endgültige Schicksal des Universums . Zu den Themen, die auch von theoretischen Astrophysikern untersucht wurden, gehören die Bildung und Evolution des Sonnensystems ; Sterndynamik und Evolution ; Galaxienbildung und -entwicklung ; Magnetohydrodynamik ; großräumige Struktur der Materie im Universum; Ursprung der kosmischen Strahlung ; Allgemeine Relativitätstheorie und physikalische Kosmologie , einschließlich String- Kosmologie und Astroteilchenphysik .

Astrochemie

Astrochemie ist die Untersuchung der Häufigkeit und Reaktionen von Molekülen im Universum und ihrer Wechselwirkung mit Strahlung . Die Disziplin ist eine Überschneidung von Astronomie und Chemie . Das Wort "Astrochemie" kann sowohl auf das Sonnensystem als auch auf das interstellare Medium angewendet werden . Die Untersuchung der Häufigkeit von Elementen und Isotopenverhältnissen in Objekten des Sonnensystems wie Meteoriten wird auch als Kosmochemie bezeichnet , während die Untersuchung interstellarer Atome und Moleküle und ihrer Wechselwirkung mit Strahlung manchmal als molekulare Astrophysik bezeichnet wird. Die Bildung, atomare und chemische Zusammensetzung, Entwicklung und das Schicksal molekularer Gaswolken sind von besonderem Interesse, da sich aus diesen Wolken Sonnensysteme bilden.

Studien auf diesem Gebiet tragen zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems , des Ursprungs und der Geologie der Erde, der Abiogenese sowie des Ursprungs von Klima und Ozeanen bei.

Astrobiologie

Die Astrobiologie ist ein interdisziplinäres wissenschaftliches Gebiet, das sich mit den Ursprüngen , der frühen Evolution , der Verbreitung und der Zukunft des Lebens im Universum befasst . Die Astrobiologie befasst sich mit der Frage, ob außerirdisches Leben existiert und wie Menschen es erkennen können, wenn dies der Fall ist. Der Begriff Exobiologie ist ähnlich.

Die Astrobiologie nutzt Molekularbiologie , Biophysik , Biochemie , Chemie , Astronomie, physikalische Kosmologie , Exoplanetologie und Geologie , um die Möglichkeit des Lebens auf anderen Welten zu untersuchen und Biosphären zu erkennen , die sich von denen auf der Erde unterscheiden könnten. Der Ursprung und die frühe Entwicklung des Lebens sind ein untrennbarer Bestandteil der Disziplin der Astrobiologie. Die Astrobiologie befasst sich mit der Interpretation vorhandener wissenschaftlicher Daten , und obwohl Spekulationen als Kontext dienen, befasst sich die Astrobiologie hauptsächlich mit Hypothesen , die fest in bestehende wissenschaftliche Theorien passen .

Dieses interdisziplinäre Feld umfasst Forschungen zum Ursprung von Planetensystemen , zum Ursprung organischer Verbindungen im Weltraum , zu Wechselwirkungen zwischen Gestein, Wasser und Kohlenstoff, zur Abiogenese auf der Erde, zur Bewohnbarkeit von Planeten , zur Erforschung von Biosignaturen zur Erkennung von Leben und Studien zum Anpassungspotential von Leben Herausforderungen auf der Erde und im Weltraum .

Physikalische Kosmologie

Die Kosmologie (aus dem Griechischen κόσμος ( Kosmos ) "Welt, Universum" und λόγος ( Logos ) "Wort, Studium" oder wörtlich "Logik") könnte als das Studium des Universums als Ganzes betrachtet werden.

Beobachtungen der großräumigen Struktur des Universums , eines als physikalische Kosmologie bekannten Zweigs , haben ein tiefes Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Kosmos geliefert. Grundlegend für die moderne Kosmologie ist die allgemein anerkannte Theorie des Urknalls , in der unser Universum zu einem einzigen Zeitpunkt begann und sich danach im Laufe von 13,8 Milliarden Jahren auf seinen gegenwärtigen Zustand ausdehnte . Das Konzept des Urknalls lässt sich auf die Entdeckung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Jahr 1965 zurückführen .

Im Verlauf dieser Expansion durchlief das Universum mehrere Evolutionsstufen. In den frühen Augenblicken wird angenommen, dass das Universum eine sehr schnelle kosmische Inflation erlebte , die die Startbedingungen homogenisierte. Danach erzeugte die Nukleosynthese die elementare Fülle des frühen Universums. (Siehe auch Nukleokosmochronologie .)

Als sich die ersten neutralen Atome aus einem Meer von Urionen bildeten, wurde der Raum für Strahlung transparent und setzte die Energie frei, die heute als Mikrowellen-Hintergrundstrahlung angesehen wird. Das expandierende Universum erlebte dann aufgrund des Mangels an stellaren Energiequellen ein dunkles Zeitalter.

Aus winzigen Variationen der Massendichte des Raumes begann sich eine hierarchische Struktur der Materie zu bilden. Materie sammelte sich in den dichtesten Regionen an und bildete Gaswolken und die frühesten Sterne, die Population III-Sterne . Diese massiven Sterne haben den Reionisierungsprozess ausgelöst und es wird angenommen, dass sie viele der schweren Elemente im frühen Universum erzeugt haben, die durch nuklearen Zerfall leichtere Elemente erzeugen, wodurch der Zyklus der Nukleosynthese länger andauern kann.

Gravitationsaggregationen gruppierten sich zu Filamenten und hinterließen Hohlräume in den Lücken. Allmählich verschmolzen Gas- und Stauborganisationen zu den ersten primitiven Galaxien. Im Laufe der Zeit zogen diese mehr Materie an und waren oft in Gruppen und Galaxienhaufen organisiert, dann in größere Superhaufen.

Verschiedene Bereiche der Physik sind entscheidend für das Studium des Universums. Interdisziplinäre Studien umfassen die Bereiche Quantenmechanik , Teilchenphysik , Plasmaphysik , Festkörperphysik , statistische Mechanik , Optik und Kernphysik .

Grundlegend für die Struktur des Universums ist die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie . Es wird angenommen, dass dies seine dominierenden Komponenten sind, die 96% der Masse des Universums ausmachen. Aus diesem Grund wird viel Aufwand betrieben, um die Physik dieser Komponenten zu verstehen.

Extragalaktische Astronomie

Dieses Bild zeigt mehrere blaue, schleifenförmige Objekte, bei denen es sich um mehrere Bilder derselben Galaxie handelt, die durch den Gravitationslinseneffekt des Clusters gelber Galaxien nahe der Mitte des Fotos dupliziert wurden . Die Linse wird durch das Gravitationsfeld des Clusters erzeugt, das das Licht biegt, um das Bild eines weiter entfernten Objekts zu vergrößern und zu verzerren.

Die Untersuchung von Objekten außerhalb unserer Galaxie ist ein Zweig der Astronomie, der sich mit der Bildung und Entwicklung von Galaxien , ihrer Morphologie (Beschreibung) und Klassifizierung , der Beobachtung aktiver Galaxien und in größerem Maßstab mit den Gruppen und Clustern von Galaxien befasst . Letzteres ist schließlich wichtig für das Verständnis der großräumigen Struktur des Kosmos .

Die meisten Galaxien sind in unterschiedlichen Formen organisiert, die Klassifizierungsschemata ermöglichen. Sie werden üblicherweise in spiralförmige , elliptische und unregelmäßige Galaxien unterteilt.

Wie der Name schon sagt, hat eine elliptische Galaxie die Querschnittsform einer Ellipse . Die Sterne bewegen sich entlang zufälliger Umlaufbahnen ohne Vorzugsrichtung. Diese Galaxien enthalten wenig oder keinen interstellaren Staub, wenige sternbildende Regionen und ältere Sterne. Elliptische Galaxien befinden sich häufiger im Kern von galaktischen Clustern und können durch Fusionen großer Galaxien entstanden sein.

Eine Spiralgalaxie ist in einer flachen, rotierenden Scheibe organisiert, normalerweise mit einer hervorstehenden Ausbuchtung oder Stange in der Mitte und nachlaufenden hellen Armen, die sich nach außen drehen. Die Arme sind staubige Regionen der Sternentstehung, in denen massive junge Sterne einen blauen Farbton erzeugen. Spiralgalaxien sind typischerweise von einem Heiligenschein älterer Sterne umgeben. Sowohl die Milchstraße als auch einer unserer nächsten Galaxiennachbarn, die Andromeda-Galaxie , sind Spiralgalaxien.

Unregelmäßige Galaxien sehen chaotisch aus und sind weder spiralförmig noch elliptisch. Ungefähr ein Viertel aller Galaxien ist unregelmäßig, und die besonderen Formen solcher Galaxien können das Ergebnis einer Gravitationswechselwirkung sein.

Eine aktive Galaxie ist eine Formation, die einen erheblichen Teil ihrer Energie von einer anderen Quelle als ihren Sternen, Staub und Gas abgibt. Es wird von einem kompakten Bereich im Kern angetrieben, von dem angenommen wird, dass er ein supermassereiches Schwarzes Loch ist, das Strahlung von einfallendem Material emittiert.

Eine Funkgalaxie ist eine aktive Galaxie, die im Funkbereich des Spektrums sehr leuchtend ist und immense Fahnen oder Gaskeulen emittiert. Aktive Galaxien, die energiereichere Strahlung mit kürzerer Frequenz emittieren, umfassen Seyfert-Galaxien , Quasare und Blazare . Es wird angenommen, dass Quasare die beständigsten leuchtenden Objekte im bekannten Universum sind.

Die großräumige Struktur des Kosmos wird durch Gruppen und Cluster von Galaxien dargestellt. Diese Struktur ist in einer Hierarchie von Gruppierungen organisiert, wobei die größten die Supercluster sind . Die kollektive Materie wird zu Filamenten und Wänden geformt , wobei große Hohlräume dazwischen verbleiben .

Galaktische Astronomie

Beobachtete Struktur der Spiralarme der Milchstraße

Das Sonnensystem umkreist die Milchstraße , eine Barred-Spiral-Galaxie , die ein prominentes Mitglied der lokalen Galaxiengruppe ist. Es ist eine rotierende Masse aus Gas, Staub, Sternen und anderen Objekten, die durch gegenseitige Anziehungskraft zusammengehalten wird. Da sich die Erde in den staubigen Außenarmen befindet, gibt es große Teile der Milchstraße, die nicht sichtbar sind.

In der Mitte der Milchstraße befindet sich der Kern, eine stabförmige Ausbuchtung mit einem vermutlich supermassiven Schwarzen Loch in der Mitte. Dies ist von vier Primärarmen umgeben, die sich vom Kern aus drehen. Dies ist eine Region mit aktiver Sternentstehung, die viele jüngere Sterne der Population I enthält . Die Scheibe ist von einem kugelförmigen Lichthof älterer Sterne der Population II sowie von relativ dichten Konzentrationen von Sternen umgeben, die als Kugelhaufen bekannt sind .

Zwischen den Sternen liegt das interstellare Medium , eine Region mit spärlicher Materie. In den dichtesten Regionen bilden Molekülwolken aus molekularem Wasserstoff und anderen Elementen sternbildende Regionen. Diese beginnen als kompakter vorstellarer Kern oder dunkler Nebel , der sich konzentriert und kollabiert (in Volumina, die durch die Jeanslänge bestimmt werden ), um kompakte Protosterne zu bilden.

Wenn die massereicheren Sterne erscheinen, wandeln sie die Wolke in eine H II -Region (ionisierter atomarer Wasserstoff) aus glühendem Gas und Plasma um. Die Sternwind- und Supernova-Explosionen dieser Sterne führen schließlich dazu, dass sich die Wolke zerstreut und häufig einen oder mehrere junge offene Sternhaufen zurücklässt. Diese Cluster zerstreuen sich allmählich und die Sterne schließen sich der Bevölkerung der Milchstraße an.

Kinematische Untersuchungen von Materie in der Milchstraße und anderen Galaxien haben gezeigt, dass es mehr Masse gibt, als durch sichtbare Materie erklärt werden kann. Ein Halo aus dunkler Materie scheint die Masse zu dominieren, obwohl die Natur dieser dunklen Materie unbestimmt bleibt.

Stellare Astronomie

Mz 3 , oft als Ant-Planetennebel bezeichnet. Das Ausstoßen von Gas aus dem sterbenden Zentralstern zeigt im Gegensatz zu den chaotischen Mustern gewöhnlicher Explosionen symmetrische Muster.

Das Studium der Sterne und der Sternentwicklung ist für unser Verständnis des Universums von grundlegender Bedeutung. Die Astrophysik von Sternen wurde durch Beobachtung und theoretisches Verständnis bestimmt; und aus Computersimulationen des Innenraums. Die Sternentstehung erfolgt in dichten Regionen von Staub und Gas, die als riesige Molekülwolken bekannt sind . Bei Destabilisierung können Wolkenfragmente unter dem Einfluss der Schwerkraft zusammenbrechen und einen Protostern bilden . Eine ausreichend dichte und heiße Kernregion löst eine Kernfusion aus und erzeugt so einen Hauptreihenstern .

Fast alle Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium wurden erstellt im Inneren der Kerne von Sternen.

Die Eigenschaften des resultierenden Sterns hängen hauptsächlich von seiner Ausgangsmasse ab. Je massereicher der Stern ist, desto größer ist seine Leuchtkraft und desto schneller schmilzt er seinen Wasserstoffbrennstoff in seinem Kern zu Helium. Mit der Zeit wird dieser Wasserstoffbrennstoff vollständig in Helium umgewandelt und der Stern beginnt sich zu entwickeln . Die Fusion von Helium erfordert eine höhere Kerntemperatur. Ein Stern mit einer ausreichend hohen Kerntemperatur drückt seine äußeren Schichten nach außen und erhöht gleichzeitig seine Kerndichte. Der resultierende rote Riese , der durch die expandierenden äußeren Schichten gebildet wird, hat eine kurze Lebensdauer, bevor der Heliumbrennstoff im Kern wiederum verbraucht wird. Sehr massive Sterne können auch eine Reihe von Evolutionsphasen durchlaufen, da sie immer schwerere Elemente miteinander verschmelzen.

Das endgültige Schicksal des Sterns hängt von seiner Masse ab, wobei Sterne mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonne zu Kernkollaps- Supernovae werden . während kleinere Sterne ihre äußeren Schichten abblasen und den inerten Kern in Form eines weißen Zwergs zurücklassen . Der Auswurf der äußeren Schichten bildet einen planetarischen Nebel . Der Rest einer Supernova ist ein dichter Neutronenstern oder, wenn die Sternmasse mindestens dreimal so groß war wie die der Sonne, ein Schwarzes Loch . Eng umlaufende Doppelsterne können komplexeren Entwicklungspfaden folgen, beispielsweise dem Stofftransfer auf einen Begleiter eines weißen Zwergs, der möglicherweise eine Supernova verursachen kann. Planetare Nebel und Supernovae verteilen die im Stern durch Fusion erzeugten " Metalle " auf das interstellare Medium; Ohne sie würden alle neuen Sterne (und ihre Planetensysteme) allein aus Wasserstoff und Helium gebildet.

Solarastronomie

Ein ultraviolettes Bild der aktiven Photosphäre der Sonne aus Sicht des TRACE- Weltraumteleskops. NASA- Foto
Solarobservatorium Lomnický štít ( Slowakei ) aus dem Jahr 1962

In einer Entfernung von ungefähr acht Lichtminuten ist der am häufigsten untersuchte Stern die Sonne , ein typischer Hauptsequenz- Zwergstern der Sternklasse G2 V, und ungefähr 4,6 Milliarden Jahre (Gyr) alt. Die Sonne wird nicht als variabler Stern betrachtet , sondern unterliegt periodischen Aktivitätsänderungen, die als Sonnenfleckenzyklus bekannt sind . Dies ist eine 11-jährige Schwankung der Sonnenfleckenzahl . Sonnenflecken sind Regionen mit unterdurchschnittlichen Temperaturen, die mit intensiver magnetischer Aktivität verbunden sind.

Die Sonne hat ihre Leuchtkraft stetig um 40% erhöht, seit sie zum ersten Mal ein Hauptreihenstern wurde. Die Sonne hat auch periodische Änderungen der Leuchtkraft erfahren, die einen erheblichen Einfluss auf die Erde haben können. Es wird beispielsweise angenommen, dass das Maunder-Minimum das Phänomen der kleinen Eiszeit im Mittelalter verursacht hat .

Die sichtbare äußere Oberfläche der Sonne wird als Photosphäre bezeichnet . Über dieser Schicht befindet sich eine dünne Region, die als Chromosphäre bekannt ist . Dies ist umgeben von einem Übergangsbereich mit schnell ansteigenden Temperaturen und schließlich von der überhitzten Korona .

Im Zentrum der Sonne befindet sich die Kernregion, ein Volumen mit ausreichender Temperatur und ausreichendem Druck, damit eine Kernfusion stattfinden kann. Über dem Kern befindet sich die Strahlungszone , in der das Plasma den Energiefluss mittels Strahlung überträgt. Darüber befindet sich die Konvektionszone, in der das Gasmaterial Energie hauptsächlich durch physikalische Verschiebung des als Konvektion bekannten Gases transportiert. Es wird angenommen, dass die Bewegung der Masse innerhalb der Konvektionszone die magnetische Aktivität erzeugt, die Sonnenflecken erzeugt.

Ein Sonnenwind aus Plasmapartikeln strömt ständig von der Sonne nach außen, bis er an der äußersten Grenze des Sonnensystems die Heliopause erreicht . Wenn der Sonnenwind die Erde passiert, interagiert er mit dem Erdmagnetfeld ( Magnetosphäre ) und lenkt den Sonnenwind ab, fängt jedoch einige ein und erzeugt die Van-Allen-Strahlungsgürtel, die die Erde umhüllen. Die Aurora entsteht, wenn Sonnenwindpartikel von den Magnetflusslinien in die Polarregionen der Erde geleitet werden, wo die Linien dann in die Atmosphäre abfallen .

Planetenforschung

Der schwarze Fleck oben ist ein Staubteufel , der eine Kraterwand auf dem Mars erklimmt . Diese sich bewegende, wirbelnde Säule der Marsatmosphäre (vergleichbar mit einem terrestrischen Tornado ) erzeugte den langen, dunklen Streifen.

Planetarische Wissenschaft ist das Studium der Ansammlung von Planeten , Monden , Zwergplaneten , Kometen , Asteroiden und anderen Körpern, die die Sonne umkreisen, sowie extrasolaren Planeten. Das Sonnensystem wurde relativ gut untersucht, zunächst durch Teleskope und später durch Raumfahrzeuge. Dies hat zu einem guten Gesamtverständnis der Entstehung und Entwicklung des Planetensystems der Sonne geführt, obwohl noch viele neue Entdeckungen gemacht werden.

Das Sonnensystem ist unterteilt in das innere Sonnensystem (unterteilt in die inneren Planeten und den Asteroidengürtel ), das äußere Sonnensystem (unterteilt in die äußeren Planeten und Zentauren ), Kometen, die transneptunische Region (unterteilt in den Kuipergürtel) . und die verstreute Scheibe ) und die am weitesten entfernten Regionen (z. B. Grenzen der Heliosphäre und die Oort-Wolke , die sich bis zu einem Lichtjahr erstrecken kann). Die inneren Erdplaneten bestehen aus Merkur , Venus , Erde und Mars . Die äußeren Riesenplaneten sind die Gasriesen ( Jupiter und Saturn ) und die Eisriesen ( Uranus und Neptun ).

Die Planeten wurden vor 4,6 Milliarden Jahren in der protoplanetaren Scheibe gebildet , die die frühe Sonne umgab. Durch einen Prozess, der Gravitationsanziehung, Kollision und Akkretion umfasste, bildete die Scheibe Materieklumpen, die mit der Zeit zu Protoplaneten wurden. Der Strahlungsdruck des Sonnenwinds stieß dann den größten Teil der nicht akkretierten Materie aus, und nur die Planeten mit ausreichender Masse behielten ihre gasförmige Atmosphäre bei. Die Planeten fegten die verbleibende Materie während einer Zeit intensiver Bombardierung weiter auf oder warfen sie aus, was durch die vielen Einschlagkrater auf dem Mond belegt wurde. Während dieser Zeit können einige der Protoplaneten kollidiert sein und eine solche Kollision kann den Mond gebildet haben .

Sobald ein Planet eine ausreichende Masse erreicht hat, trennen sich die Materialien unterschiedlicher Dichte während der Planetendifferenzierung innerhalb des Planeten . Dieser Prozess kann einen steinigen oder metallischen Kern bilden, der von einem Mantel und einer äußeren Kruste umgeben ist. Der Kern kann feste und flüssige Regionen enthalten, und einige Planetenkerne erzeugen ein eigenes Magnetfeld , das ihre Atmosphäre vor dem Abziehen des Sonnenwinds schützen kann.

Die innere Wärme eines Planeten oder Mondes entsteht durch die Kollisionen, die den Körper erzeugt haben, durch den Zerfall radioaktiver Materialien ( z. B. Uran , Thorium und 26 Al ) oder durch Gezeitenerwärmung, die durch Wechselwirkungen mit anderen Körpern verursacht wird. Einige Planeten und Monde sammeln genug Wärme, um geologische Prozesse wie Vulkanismus und Tektonik anzutreiben . Diejenigen, die sich ansammeln oder eine behalten Atmosphäre kann auch unterziehen Oberfläche Erosion durch Wind oder Wasser. Kleinere Körper ohne Gezeitenerwärmung kühlen schneller ab; und ihre geologische Aktivität hört mit Ausnahme der Einschlagkraterbildung auf.

Interdisziplinäre Forschung

Astronomie und Astrophysik haben bedeutende interdisziplinäre Verbindungen zu anderen wichtigen wissenschaftlichen Bereichen aufgebaut. Archäoastronomie ist das Studium der alten oder traditionellen Astronomie in ihrem kulturellen Kontext unter Verwendung archäologischer und anthropologischer Beweise. Die Astrobiologie ist die Untersuchung des Aufkommens und der Entwicklung biologischer Systeme im Universum, wobei der Schwerpunkt auf der Möglichkeit eines nicht-terrestrischen Lebens liegt. Astrostatistik ist die Anwendung von Statistiken auf die Astrophysik zur Analyse einer Vielzahl von astrophysikalischen Beobachtungsdaten.

Die Untersuchung von im Weltraum gefundenen Chemikalien , einschließlich ihrer Bildung, Wechselwirkung und Zerstörung, wird als Astrochemie bezeichnet . Diese Substanzen kommen normalerweise in Molekülwolken vor , können aber auch in Niedertemperatursternen, Braunen Zwergen und Planeten vorkommen. Kosmochemie ist die Untersuchung der im Sonnensystem gefundenen Chemikalien, einschließlich der Herkunft der Elemente und Variationen der Isotopenverhältnisse . Beide Bereiche stellen eine Überschneidung der Disziplinen Astronomie und Chemie dar. Als " forensische Astronomie " wurden schließlich Methoden der Astronomie verwendet, um Probleme des Rechts und der Geschichte zu lösen.

Amateurastronomie

Amateurastronomen können ihre eigene Ausrüstung bauen und Starpartys und Versammlungen wie
Stellafane abhalten .

Die Astronomie ist eine der Wissenschaften, zu denen Amateure am meisten beitragen können.

Gemeinsam beobachten Amateurastronomen eine Vielzahl von Himmelsobjekten und -phänomenen, manchmal mit Geräten, die sie selbst bauen . Häufige Ziele von Amateurastronomen sind Sonne, Mond, Planeten, Sterne, Kometen, Meteoritenschauer und eine Vielzahl von Deep-Sky-Objekten wie Sternhaufen, Galaxien und Nebel. Astronomie-Clubs befinden sich auf der ganzen Welt und viele haben Programme, die ihren Mitgliedern helfen, Beobachtungsprogramme einzurichten und abzuschließen, einschließlich solcher, um alle Objekte im Messier (110 Objekte) oder Herschel 400-Kataloge mit Sonderzielen am Nachthimmel zu beobachten. Ein Zweig der Amateurastronomie, Amateur - Astrofotografie , beinhaltet die Aufnahme von Fotos des Nachthimmels. Viele Amateure spezialisieren sich gerne auf die Beobachtung bestimmter Objekte, Objekttypen oder Ereignistypen, die sie interessieren.

Die meisten Amateure arbeiten bei sichtbaren Wellenlängen, aber eine kleine Minderheit experimentiert mit Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Spektrums. Dies umfasst die Verwendung von Infrarotfiltern bei herkömmlichen Teleskopen sowie die Verwendung von Radioteleskopen. Der Pionier der Amateurfunkastronomie war Karl Jansky , der in den 1930er Jahren begann, den Himmel bei Radiowellenlängen zu beobachten. Einige Amateurastronomen verwenden entweder selbstgemachte Teleskope oder Radioteleskope, die ursprünglich für die Astronomieforschung gebaut wurden, jetzt aber Amateuren zur Verfügung stehen ( z. B. das One-Mile-Teleskop ).

Amateurastronomen leisten weiterhin wissenschaftliche Beiträge auf dem Gebiet der Astronomie und es ist eine der wenigen wissenschaftlichen Disziplinen, in denen Amateure noch bedeutende Beiträge leisten können. Amateure können Okkultationsmessungen durchführen, mit denen die Umlaufbahnen kleinerer Planeten verfeinert werden. Sie können auch Kometen entdecken und regelmäßige Beobachtungen variabler Sterne durchführen. Verbesserungen in der digitalen Technologie haben es Amateuren ermöglicht, beeindruckende Fortschritte auf dem Gebiet der Astrofotografie zu erzielen.

Ungelöste Probleme in der Astronomie

Obwohl die wissenschaftliche Disziplin der Astronomie enorme Fortschritte beim Verständnis der Natur des Universums und seines Inhalts gemacht hat, bleiben einige wichtige Fragen offen. Antworten auf diese Fragen erfordern möglicherweise den Bau neuer boden- und weltraumgestützter Instrumente und möglicherweise neue Entwicklungen in der theoretischen und experimentellen Physik.

  • Was ist der Ursprung des Sternmassenspektrums? Das heißt, warum beobachten Astronomen die gleiche Verteilung der Sternmassen - die anfängliche Massenfunktion - scheinbar unabhängig von den Anfangsbedingungen? Ein tieferes Verständnis der Entstehung von Sternen und Planeten ist erforderlich.
  • Gibt es ein anderes Leben im Universum ? Gibt es vor allem ein anderes intelligentes Leben? Wenn ja, was ist die Erklärung für das Fermi-Paradoxon ? Die Existenz des Lebens anderswo hat wichtige wissenschaftliche und philosophische Implikationen. Ist das Sonnensystem normal oder untypisch?
  • Was ist die Natur von dunkler Materie und dunkler Energie ? Diese dominieren die Entwicklung und das Schicksal des Kosmos, doch ihre wahre Natur bleibt unbekannt.
  • Was wird das ultimative Schicksal des Universums sein ?
  • Wie sind die ersten Galaxien entstanden? Wie haben sich supermassereiche Schwarze Löcher gebildet?
  • Was erzeugt die kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie ?
  • Warum ist die Lithiumhäufigkeit im Kosmos viermal geringer als vom Standard- Urknallmodell vorhergesagt ?
  • Was passiert wirklich jenseits des Ereignishorizonts ?

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links