Астрофизика Астрофизика — учение о строении небесных тел. Астрофизика является

Астрофизика
Астрофизика — учение о строении небесных тел. Астрофизика является
таким образом частью астрономии, занимающаяся изучением физических
свойств
и
(наряду
с космохимией)
химического
состава Солнца,
планет, комет или звёзд и туманностей. Главные экспериментальные методы
астрофизики:спектральный
анализ, фотография и фотометрия вместе
с
обыкновенными астрономическими наблюдениями. Спектроскопический
анализ
составляет
область,
астрохимией или химией небесных
которую
тел.
Главные
принято
называть
указания,
даваемые
спектроскопом, касаются химического состава изучаемых астрономических
объектов. Фотометрические и фотографические исследования выделяются
иногда в особые области астрофотографии и астрофотометрии. Астрофизику
не следует путать с физической астрономией, каковым именем принято
обозначать теорию движения небесных тел, то есть то, что также носит
название небесной механики. К Астрофизике относят также исследование
строения поверхности небесных тел, Солнца и планет, насколько это
возможно из телескопических наблюдений над этими телами. Как пример
можно привести открытие атмосферы Венеры М.В.Ломоносовым в 1761
году.
Само
название
астрофизики
существует
с 1865
года и
предложено Цёлльнером. Астрофизические обсерватории существуют ещё
только в очень немногих странах. Из них особенно знамениты Потсдамская
обсерватория под
управлением Фогеля и Медонская под
управлением
Жансена. В Пулковетакже устроено астрофизическое отделение, во главе
которого стоит Гассельберг.
Астроспектроскопия — раздел астрофизики, который состоит из
приложения спектрального анализа к изучению небесных тел.
Первые исследования спектра Солнца были предприняты одним из
изобретателей спектрального анализа, Кирхгофом, в 1859 г. Результатом этих
исследований был рисунок солнечного спектра, из которого можно было
определить уже с большой точностью химический состав солнечной
атмосферы. Раньше Кирхгофа высказывались только иногда отдельные
предположения
о
возможности
анализа
солнечной
атмосферы
посредством спектроскопа и в особенности о существовании на Солнце
натрия вследствие найденной в спектре его тёмной линии D натрия. Такие
предположения высказывались, напр.,Фуко в Париже, Стоксом в Кембридже.
Между тем ещё незадолго до этого Огюст Конт высказал в своей
«Положительной философии» убеждение в невозможности когда бы то ни
было
узнать
химический
состав
небесных
тел,
хотя
уже
в 1815 г.Фраунгофер знал о существовании тёмных линий в спектре Солнца и
о существовании характеристических спектров у некоторых отдельных
звёзд Сириуса, Капеллы, Бетельгейзе, Проциона, Поллукса.
После
первых
исследований Кирхгофа спектральным анализом небесных тел занялись с
большим усердием несколько астрофизиков, которые вскоре представили
чрезвычайно обстоятельные исследования спектров Солнца и неподвижных
звёзд. Ангстром изготовил
чрезвычайно
точный
атлас
солнечного
спектра, Секки произвёл обозрение большого числа звёзд посредством
спектроскопа и установил четыре типа звёздных спектров, Хаггинс начал ряд
исследований над спектрами отдельных ярких звёзд. Область применения
спектроскопа постепенно расширялась. Хаггинсу удалось наблюдать спектр
некоторых туманностей и подтвердить уже неопровержимым образом
предположение о существовании двух типов туманностей — звёздных,
состоящих из куч звёзд, которые при достаточной оптической силе
инструмента
могут
быть
разложены
на
звёзды,
и
газообразных,
действительных туманностей, относительно которых можно предполагать,
что они находятся в фазе образования отдельных звёзд путём постепенного
сгущения их вещества. С 1868 года по мысли Хаггинса спектроскоп был
применён и к исследованию собственных движений звёзд по направлению
луча зрения посредством измерения перемещений линий их спектров
измерения, которые в настоящее время также производятся систематически
в Гринвичской обсерватории. Принцип Доплера, лежащий в основании этих
измерений, был уже несколько раз проверен экспериментально измерениями
перемещений солнечного спектра и послужил Локьеру в его измерениях к
установлению его гипотезы о сложности химических элементов. Спектры
комет, падающих звёзд, метеоритов, исследованные разными астрономами, а
в последнее время в особенности Локьером, дали уже много весьма важных
фактов в руки астроному, и в значительной степени послужили уяснению
происхождения и развития звёзд и солнечной системы.
Основная часть данных в астрофизике получается по наблюдению
объектов в электромагнитных лучах. Исследуются как прямые изображения,
полученные на различных длинах волн, так и электромагнитные спектры
принимаемого излучения.

Радиоастрономия изучает излучения в диапазоне длин волн от
0.1 мм до 100 м. Радиоволны испускаются, например: такими холодными
объектами
как межзвёздный
излучением,
являющимся
впервые
обнаруженными
газ и пылевые
облака; Реликтовым
отголоскомБольшого
в
радиогалактиками иквазарами.
микроволновом
Для
Взрыва; Пульсарами,
диапазоне;
наблюдений
в
Далёкими
радиодиапазоне
требуются телескопы очень больших размеров. Зачастую наблюдения
проводятся с использованием интерферометров и сетей РСДБ.

Инфракрасная астрономия изучает излучение на волнах,
находящихся в промежутке между радиоизлучением и видимым светом.
Наблюдения в этой области спектра обычно производятся на телескопах,
подобных обычнымоптическим телескопам. Наблюдаемые объекты
обычно холоднее звёзд: планеты, межзвёздная пыль.

Оптическая
астрономия является
старейшей
областью
астрофизики. На сегодняшний день основными инструментами являются
телескопы с ПЗС-матрицами в качестве приёмников изображения. Так же
часто производятся наблюдения с помощью спектрографов. Ограничение
на наблюдения в оптическом диапазоне накладывает дрожание земной
атмосферы, мешающее наблюдениям на больших телескопах. Для
устранения этого эффекта и получения максимально чёткого изображения
используются различные методы, такие как адаптивная оптика, спеклинтерферометрия,
а
также
пространство за пределы
выведение
атмосферы.
телескопов
В
этом
в космическое
диапазоне
хорошо
видны звёзды ипланетарные туманности, что позволяет изучать в том
числе их расположение и химическое строение.

Ультрафиолетовая
астрономия, рентгеновская
астрономия
и гамма-астрономия-астрофизика изучают объекты, в которых происходят
процессы с образование высокоэнергетических частиц. К таким объектам
относятся двойные пульсары,чёрные
дыры, магнетары и
многие
другие
объекты. Для излучения в этой части спектра земная атмосфера является
непрозрачной. Поэтому существуют два метода наблюдения — наблюдения с
космических
телескопов
(обсерватории
RXTE, Chandra и CGRO)
и
наблюдения черенковского эффекта в земной атмосфере (H.E.S.S., телескоп
MAGIC).
Другие типы излучения также могут наблюдаться с Земли. Было создано
несколько обсерваторий в попытках наблюдения гравитационных волн.
Созданы нейтринные обсерватории, позволившие прямыми наблюдениями
доказать наличие термоядерных реакций в центре Солнца. С помощью этих
детекторов также изучались удалённые объекты, такие как сверхновая
SN1987a. Наблюдения высокоэнергетических частиц производится по
наблюдениям их столкновений с земной атмосферой, порождающих ливни
элементарных частиц.
Наблюдения
также
могут
различаться
по
продолжительности.
Большинство оптических наблюдений производятся с выдержками порядка
минут или часов. Однако, в некоторых проектах, таких как Tortora,
производится наблюдения с выдержкой менее секунды. Тогда как в других
общее время экспозиции может составлять недели (например, такая
выдержка использовалась при наблюдении глубоких хаббловских полей).
Более того, наблюдения пульсаров могут производиться с временем
экспозиции в миллисекунды, а наблюдения эволюции некоторых объектов
могут занимать сотни лет, включая изучение исторических материалов.
Изучению Солнца отводится
отдельное
место.
Из-за
огромных
расстояний до других звёзд, Солнце является единственной звездой, которая
может быть изучена в мельчайших деталях. Изучение Солнца даёт основу
для изучения других звёзд.
Теоретическая астрофизика использует как аналитические методы так
и численное моделирование для изучения различных астрофизических
явлений, построения ихмоделей и теорий. Подобные модели, построенные из
анализа наблюдательных данных, могут быть проверены с помощью
сравнения теоретических предсказаний и вновь полученных данных. Также
наблюдения могут помочь в выборе одной из нескольких альтернативных
теорий.
Объектом исследований теоретической астрофизики являются,
например:

Физика межзвёздной среды

Эволюция звёзд и их строение.

Физика чёрных дыр

Звёздная динамика

Эволюция галактик

Крупномасштабная структура Вселенной

Астрофизическая гидродинамика

Магнитогидродинамика

Космология