Astronomia

Historia astronomii

Starożytny

Wcześni astronomowie używali tylko swoich oczu do patrzenia na gwiazdy. Robili mapy konstelacji i gwiazd z powodów religijnych oraz kalendarze, aby ustalić porę roku. Wczesne cywilizacje takie jak Majowie i starożytni Egipcjanie budowali proste obserwatoria i rysowali mapy położenia gwiazd. Zaczęły też myśleć o miejscu Ziemi we wszechświecie. Przez długi czas ludzie myśleli, że Ziemia jest centrum wszechświata i że planety, gwiazdy i Słońce kręcą się wokół niej. Jest to znane jako geocentryzm.

Starożytni Grecy próbowali wyjaśnić ruchy słońca i gwiazd, dokonując pomiarów. Matematyk imieniem Eratostenes był pierwszym, który zmierzył wielkość Ziemi i udowodnił, że Ziemia jest kulą. Teoria innego matematyka o nazwisku Arystarchus była taka, że Słońce jest w centrum, a Ziemia porusza się wokół niego. Jest to znane jako heliocentryzm. Tylko kilka osób uważało, że to było słuszne. Reszta nadal wierzyła w model geocentryczny. Większość nazw konstelacji i gwiazd pochodzi od Greków z tamtych czasów.

Astronomowie arabscy dokonali w średniowieczu wielu postępów, w tym udoskonalili mapy gwiezdne i sposoby szacowania wielkości Ziemi. Nauczyli się oni również od starożytnych, tłumacząc greckie książki na język arabski.

Od renesansu do ery nowożytnej

W okresie renesansu kapłan imieniem Mikołaj Kopernik myślał, patrząc na sposób poruszania się planet, że Ziemia nie jest centrum wszystkiego. Na podstawie wcześniejszych prac powiedział, że Ziemia jest planetą i wszystkie planety poruszają się wokół Słońca. To przywiodło starą ideę heliocentryzmu. Fizyk o nazwisku Galileo Galilei zbudował własne teleskopy i po raz pierwszy wykorzystał je do bliższego przyjrzenia się gwiazdom i planetom. Zgodził się z Kopernikiem. Kościół katolicki uznał, że Galileusz nie miał racji. Musiał spędzić resztę swojego życia w areszcie domowym. Helocentryczne idee zostały wkrótce udoskonalone przez Johannesa Keplera i Isaaca Newtona, którzy wymyślili teorię grawitacji.

Po Galileuszu, ludzie stworzyli lepsze teleskopy i używali ich do oglądania dalszych obiektów, takich jak planety Uran i Neptun. Widzieli też, jak gwiazdy były podobne do naszego Słońca, ale w różnych kolorach i rozmiarach. Widzieli również tysiące innych odległych obiektów, takich jak galaktyki i mgławice.

Nowoczesność

W XX wieku po 1920 roku nastąpiły ważne zmiany w astronomii.

Na początku lat dwudziestych XX wieku zaczęto akceptować, że galaktyka, w której żyjemy, Droga Mleczna, nie jest jedyną galaktyką. Istnienie innych galaktyk zostało zasiedlone przez Edwina Hubble'a, który zidentyfikował mgławicę Andromeda jako inną galaktykę. To również Hubble udowodnił, że wszechświat się rozszerza. Wiele innych galaktyk znajdowało się na dużych odległościach i oddalają się one od naszej galaktyki. To bylo kompletnie nieoczekiwane.

W 1931 r. Karl Jansky odkrył emisję radiową spoza Ziemi, próbując wyizolować źródło hałasu w łączności radiowej, co oznaczało narodziny radioastronomii i pierwsze próby wykorzystania innej części widma elektromagnetycznego do obserwacji nieba. Te części widma elektromagnetycznego, których atmosfera nie blokowała, zostały teraz otwarte dla astronomii, co pozwoliło na dokonanie dalszych odkryć.

Otwarcie tego nowego okna na Wszechświecie spowodowało odkrycie zupełnie nowych rzeczy, np. pulsarów, które wysyłały regularne impulsy fal radiowych w przestrzeń. Fale te początkowo uważano za obce pochodzenia, ponieważ były one tak regularne, że implikowały sztuczne źródło.

W okresie po II wojnie światowej powstało więcej obserwatoriów, w których budowane i obsługiwane są duże i dokładne teleskopy w dobrych miejscach obserwacyjnych, zwykle przez rządy. Na przykład, Bernard Lovell rozpoczął radioastronomię w Jodrell Bank, używając resztek wojskowego sprzętu radarowego. Do 1957 r. miejsce to posiadało największy sterowany teleskop radiowy na świecie. Podobnie pod koniec lat 60-tych XX wieku rozpoczęto budowę dedykowanych obserwatoriów na Mauna Kea na Hawajach, które dzięki dużej wysokości i czystemu niebu są dobrym miejscem dla teleskopów widzialnych i na podczerwień.

Kolejna wielka rewolucja w astronomii nastąpiła dzięki narodzinom rakiety. Pozwoliło to na umieszczenie teleskopów w przestrzeni kosmicznej na satelitach.

Teleskopy kosmiczne po raz pierwszy w historii umożliwiły dostęp do całego spektrum elektromagnetycznego, w tym do promieni, które zostały zablokowane przez atmosferę. Promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma, światło ultrafioletowe i części widma podczerwieni zostały otwarte dla astronomii w momencie uruchomienia teleskopów obserwacyjnych. Podobnie jak w przypadku innych części widma, dokonano nowych odkryć.

Od lat siedemdziesiątych XX wieku satelity były wystrzeliwane w celu zastąpienia ich dokładniejszymi i lepszymi satelitami, dzięki czemu niebo zostało zmapowane w prawie wszystkich częściach widma elektromagnetycznego.

Rysunki Księżyca autorstwa Galileo. Jego rysunki były bardziej szczegółowe niż ktokolwiek przed nim, ponieważ używał teleskopu do oglądania Księżyca.

Odkrycia

Odkrycia szeroko pojęte występują w dwóch typach: ciała i zjawiska. Ciała są rzeczami we Wszechświecie, niezależnie od tego, czy jest to planeta taka jak nasza Ziemia, czy galaktyka taka jak nasza Droga Mleczna. Zjawiska są zdarzeniami i wydarzeniami we Wszechświecie.

Organy

Dla wygody, ta część została podzielona według miejsca, w którym można znaleźć te ciała astronomiczne: te, które znajdują się wokół gwiazd są ciałami słonecznymi, te wewnątrz galaktyk są ciałami galaktycznymi, a wszystko inne większe są ciałami kosmicznymi.

Solar

• Planety
• Asteroidy
• Komety

Galaktyczny

• Gwiazdy

Obiekty rozproszone:

• Nebulas
• Klastry

Compact Stars:

• Białe gwiazdy karłowate
• Gwiazdy neutronowe
• Czarne dziury

Kosmiczny

• Galaktyki
• Gromady galaktyk
• Superklastry

Fenomeny

Wybuchowe wydarzenia to te, w których następuje nagła zmiana w niebiosach, która szybko znika. Nazywa się je "wybuchami", ponieważ zazwyczaj są one związane z dużymi wybuchami wytwarzającymi "pęknięcie" energii. Należą do nich:

• Supernovas
• Novas

Wydarzenia okresowe to takie, które odbywają się regularnie w powtarzalny sposób. Nazwa okresowa pochodzi od okresu, który jest długością czasu potrzebnego fali do zakończenia jednego cyklu. Zjawiska okresowe obejmują:

• Pulsary
• Gwiazdy zmienne

Zjawiska związane z hałasem mają tendencję do odnoszenia się do rzeczy, które wydarzyły się dawno temu. Sygnał z tych zdarzeń odbija się od wszechświata, aż wydaje się pochodzić z każdego miejsca i niewiele się różni pod względem intensywności. W ten sposób przypomina on "szum", sygnał tła, który przenika każdy instrument używany w astronomii. Najczęstszym przykładem szumu jest szum statyczny obserwowany w telewizorach analogowych. Podstawowym przykładem astronomicznym jest: Kosmiczne promieniowanie tła.

Metody

Instrumenty

• Teleskopy są głównym narzędziem obserwacji. Zabierają one całe światło na dużej powierzchni i umieszczają na małej powierzchni. To tak, jakbyście mieli bardzo duże i potężne oczy. Astronomowie używają teleskopów, aby patrzeć na rzeczy, które są daleko i ciemne. Teleskopy sprawiają, że przedmioty wyglądają na większe, bliższe, jaśniejsze.
• Spektrometry badają różne długości fal światła. To pokazuje, z czego coś jest zrobione.
• Wiele teleskopów znajduje się w satelitach. Są to obserwatoria kosmiczne. Atmosfera ziemska blokuje niektóre części widma elektromagnetycznego, ale specjalne teleskopy nad atmosferą mogą wykryć to promieniowanie.

• Radioastronomia wykorzystuje radioteleskopy. Synteza aperturowa łączy mniejsze teleskopy, tworząc siatkę fazową, która działa jak teleskop tak duży, jak odległość między mniejszymi teleskopami.

Techniki

Są sposoby, by astronomowie mogli uzyskać lepsze zdjęcia niebios. Światło z odległego źródła dociera do czujnika i jest mierzone, zwykle przez ludzkie oko lub aparat fotograficzny. W przypadku bardzo przyciemnionych źródeł, może nie być wystarczająco dużo cząstek światła pochodzących ze źródła, aby je zobaczyć. Jedną z technik, jaką dysponują astronomowie, aby je uwidocznić, jest wykorzystanie całkowania (co jest jak dłuższe naświetlanie w fotografii).

Integracja

Źródła astronomiczne nie poruszają się zbytnio: tylko obrót i ruch Ziemi powoduje, że poruszają się one po niebiosach. Gdy cząsteczki światła docierają do kamery z czasem, uderzają w to samo miejsce, dzięki czemu jest ono jaśniejsze i bardziej widoczne niż tło, aż do momentu, gdy będzie widoczne.

Teleskopy w większości obserwatoriów (i instrumenty satelitarne) mogą normalnie śledzić źródło, gdy porusza się ono po niebie, sprawiając, że gwiazda pojawia się nieruchomo na teleskopie i pozwalając na dłuższą ekspozycję. Ponadto, zdjęcia mogą być wykonywane w różne noce, więc ekspozycje obejmują godziny, dni, a nawet miesiące. W erze cyfrowej zdigitalizowane obrazy nieba mogą być dodawane do siebie za pomocą komputera, który nakłada je po korekcie pod kątem ruchu.

Adaptacyjna optyka

Optykaadaptacyjna oznacza zmianę kształtu lustra lub soczewki podczas patrzenia na coś, aby zobaczyć to lepiej.

Analiza danych

Analiza danych jest procesem uzyskiwania większej ilości informacji z obserwacji astronomicznej, niż przez samo patrzenie na nią. Obserwacja jest najpierw przechowywana jako dane. Następnie dane te będą posiadały różne techniki wykorzystywane do ich analizy.

Analiza Fouriera

Analiza Fouriera w matematyce może wykazać, czy obserwacja (w dłuższym okresie czasu) zmienia się okresowo (zmienia się jak fala). Jeśli tak, to może wydobyć częstotliwości i rodzaj wzorca fali, i znaleźć wiele rzeczy, w tym nowe planety.

Pola

Dobry przykład pola pochodzi od pulsarów, które pulsują regularnie w falach radiowych. Okazały się one podobne do niektórych (ale nie wszystkich) rodzajów jasnego źródła promieniowania rentgenowskiego zwanego binarnym Low-mass X. Okazało się, że wszystkie pulsary i niektóre LMXBs są gwiazdami neutronowymi i że różnice te wynikają z otoczenia, w którym znaleziono gwiazdę neutronową. Te LMXBs, które nie były gwiazdami neutronowymi, okazały się być czarnymi dziurami.

W tej części podjęto próbę przedstawienia przeglądu ważnych dziedzin astronomii, okresu ich znaczenia oraz terminów, które zostały użyte do ich opisu. Należy zauważyć, że astronomia w epoce nowożytnej została podzielona głównie przez widmo elektromagnetyczne, choć istnieją pewne dowody, że to się zmienia.

Pola według ciała

Astronomia słoneczna

Astronomia słoneczna to nauka o Słońcu. Słońce jest gwiazdą znajdującą się najbliżej Ziemi, w odległości około 92 milionów (92 000 000) mil. Jest to najłatwiejsza do zaobserwowania w szczegółach. Obserwacja Słońca może pomóc nam zrozumieć, jak pracują i tworzą się inne gwiazdy. Zmiany w Słońcu mogą wpływać na pogodę i klimat na Ziemi. Strumień naładowanych cząstek, nazywany wiatrem słonecznym, jest stale odsyłany od Słońca. Wiatr Słoneczny, który uderza w pole magnetyczne Ziemi, powoduje powstawanie światła północnego. Badanie Słońca pomogło ludziom zrozumieć, jak działa fuzja jądrowa.

Astronomia planetarna

Astronomia planetarna jest badaniem planet, księżyców, planet karłowatych, komet i asteroid, a także innych małych obiektów, które orbitują wokół gwiazd. Planety naszego własnego Układu Słonecznego były badane wnikliwie przez wiele odwiedzających je statków kosmicznych, takich jak Cassini-Huygens (Saturn) i Voyager 1 i 2.

Astronomia galaktyczna

Astronomia galaktyczna jest badaniem odległych galaktyk. Studiowanie odległych galaktyk jest najlepszym sposobem poznania naszej własnej galaktyki, ponieważ gazy i gwiazdy w naszej własnej galaktyce sprawiają, że jest ona trudna do zaobserwowania. Astronomowie galaktyczni próbują zrozumieć strukturę galaktyk i sposób ich powstawania za pomocą różnych typów teleskopów i symulacji komputerowych.

Astronomia fal grawitacyjnych

Astronomia fal grawitacyjnych jest badaniem Wszechświata w spektrum fal grawitacyjnych. Do tej pory cała dotychczasowa astronomia wykorzystywała widmo elektromagnetyczne. Fale grawitacyjne są falami w czasoprzestrzeni emitowanymi przez bardzo gęste obiekty zmieniające kształt, do których należą białe karły, gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Ponieważ nikt nie był w stanie bezpośrednio wykryć fal grawitacyjnych, wpływ Astronomii Fali Grawitacyjnej był bardzo ograniczony.

Powiązane strony