Астрономия: Ғарыштық объектілерді зерттеу ғылымы

Астрономия – ғарыш объектілерін зерттейтін ғылым. Жұлдыздар, планеталар, галактикалар, ғарыш құбылыстарын математика, физика арқылы түсіндіреді.

21 мин оқу

100%

Дереккөз: Astronomy — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Аспан денелерін ғылыми зерттеу

Астрономия – аспан денелері мен ғаламда болатын құбылыстарды зерттейтін табиғи ғылым. Ол математика, физика және химияны олардың пайда болуын және жалпы эволюциясын түсіндіру үшін пайдаланады. Зерттелетін нысандарға планеталар, спутниктер, жұлдыздар, тұмандықтар, галактикалар, метеороидтар, астероидтар және кометалар жатады. Тиісті құбылыстарға – супернова жарылыстары, гамма-сәулелердің шарықуы, квазарлар, блазарлар, пульсарлар және ғарыштық микротолқынды фондық сәулелену жатады. Жалпы алғанда, астрономия Жер атмосферасының сыртында пайда болатын барлық нәрсені зерттейді. Космология – ғаламды тұтастай зерттейтін астрономияның бір саласы. Астрономия – ең ежелгі табиғаттану ғылымдарының бірі. Тарихқа жазылған алғашқы өркениеттер түнгі аспанды жүйелі түрде бақылаған. Олардың ішінде египеттіктер, вавилондықтар, гректер, үндістер, қытайлықтар, майялар және Американың көптеген ежелгі халықтары бар. Бұрын астрономияға астрометрия, аспандық навигация, байқау астрономиясы және күнтізбе жасау сияқты түрлі салалар кіретін. Кәсіби астрономия байқау және теориялық екі бағытқа бөлінеді. Байқау астрономиясы аспан денелерін бақылаудан алынған деректерді жинақтауға бағытталған. Бұл деректер физиканың негізгі принциптерін қолдану арқылы талданады. Теориялық астрономия аспан денелері мен құбылыстарды сипаттау үшін компьютерлік немесе аналитикалық модельдерді жасауға бағытталған. Бұл екі сала бір-бірін толықтырады. Теориялық астрономия байқау нәтижелерін түсіндіруге тырысады, ал байқаулар теориялық нәтижелерді растау үшін қолданылады. Астрономия – әуесқойлардың белсенді қатысатын сирек ғылымдардың бірі. Бұл әсіресе уақытша құбылыстарды ашу және бақылау үшін дұрыс. Әуесқой астрономдар көптеген маңызды жаңалықтарға, мысалы, жаңа кометаларды табуға көмектескен.

Этимология

Астрономия (грекше ἀστρονομία – ἄστρον astron, "жұлдыз" және νομία nomia – νόμος nomos, "заң" немесе "мәдениет") "жұлдыздар заңы" (немесе аудармасына қарай "жұлдыздар мәдениеті") деген мағынаны білдіреді. Астрономияны астрологиямен шатастырмау керек, астрология – адамның істерінің аспан денелерінің орналасуымен байланысты деген сенім. Екі саланың түбі бір болғанымен, қазіргі таңда олар толыққанды ерекшеленеді.

"Астрономия" және "астрофизика" терминдерін қолдану

"Астрономия" және "астрофизика" синонимдер. Қатаң сөздік анықтамаларына сүйенсек, "астрономия" – "Жер атмосферасының сыртындағы объектілер мен материяны және олардың физикалық және химиялық қасиеттерін зерттеу", ал "астрофизика" – "аспан денелері мен құбылыстарының мінез-құлқы, физикалық қасиеттері және динамикалық процестерімен" айналысатын астрономия саласы. Кейбір жағдайларда, мысалы, Франк Шудың "Физикалық Ғалам" кітабының кіріспесінде "астрономия" пәннің сапалық зерттеуін сипаттау үшін қолданылуы мүмкін, ал "астрофизика" пәннің физикаға бағытталған түрін сипаттау үшін қолданылады. Дегенмен, қазіргі заманғы астрономиялық зерттеулердің көп бөлігі физикамен байланысты тақырыптарды қамтығандықтан, қазіргі астрономияны астрофизика деп атауға болады. Телескоп сияқты құралдар ойлап табылғанға дейін жұлдыздарды зерттеу көзбен қарау арқылы жүргізілді. Өркениеттер дамыған сайын, әсіресе Мысырда, Месопотамияда, Грецияда, Парсыда, Үндістанда, Қытайда және Орталық Америкада астрономиялық обсерваториялар құрылып, Ғаламның табиғаты туралы түсініктер қалыптаса бастады. Алғашқы астрономияның көп бөлігі жұлдыздар мен планеталардың орналасуын картаға түсіруден тұрады, бұл ғылым қазір астрометрия деп аталады. Осы байқаулардың нәтижесінде планеталардың қозғалысы туралы алғашқы идеялар пайда болды және Күннің, Айдың және Жердің Ғаламдағы табиғаты философиялық тұрғыдан зерттелді. Жер Ғаламның орталығы деп есептелді, ал Күн, Ай және жұлдыздар оның айналасында айналады. Бұл Ғаламның геоцентрлік моделі немесе Птолемей жүйесі деп аталады, ол Птолемейдің есімімен аталған. Математикалық және ғылыми астрономияның бастауы өте маңызды даму болды, ол вавилондықтар арасында басталды және олар көптеген басқа өркениеттерде дамыған кейінгі астрономиялық дәстүрлердің негізін қалады. Вавилондықтар ай тұтылуының қайталануын, оны сарос деп аталатын циклмен қайталайтынын анықтады. Вавилондықтардан кейін ежекі Греция мен эллинистік әлемде астрономияда маңызды жетістіктерге қол жеткізілді. Грек астрономиясының ерекшелігі – аспан құбылыстарына рационалды, физикалық түсіндіру іздеу. Б.з.д. 3 ғасырда Самостық Аристарх Ай мен Күннің мөлшері мен қашықтығын бағалап, Жер мен планеталар Күнді айналатын Күн жүйесінің моделін ұсынды, бұл қазір гелиоцентрлік модель деп аталады. Б.з.д. 2 ғасырда Гиппарх прецессияны ашты, Айдың мөлшері мен қашықтығын есептеп, астролябия сияқты ең алғашқы астрономиялық құралдарды ойлап тапты. Гиппарх 1020 жұлдыздың толық каталогын жасады, ал солтүстік жарты шардағы шоқжұлдыздардың көпшілігі грек астрономиясынан шыққан. Антикитера механизмі (б.з.д. 150–80 ж.) – Күннің, Айдың және планеталардың белгілі бір күніндегі орнын есептеуге арналған алғашқы аналогты компьютер. Осыған ұқсас күрделіліктегі технологиялық артефакттар 14 ғасырға дейін, яғни Еуропада механикалық астрономиялық сағаттар пайда болғанға дейін қайта пайда болған жоқ.

"Astronomy" and "astrophysics" are synonyms. Based on strict dictionary definitions, "astronomy" refers to "the study of objects and matter outside the Earth's atmosphere and of their physical and chemical properties", while "astrophysics" refers to the branch of astronomy dealing with "the behavior, physical properties, and dynamic processes of celestial objects and phenomena". In some cases, as in the introduction of the introductory textbook The Physical Universe by Frank Shu, "astronomy" may be used to describe the qualitative study of the subject, whereas "astrophysics" is used to describe the physics oriented version of the subject. However, since most modern astronomical research deals with subjects related to physics, modern astronomy could actually be called astrophysics. Before tools such as the telescope were invented, early study of the stars was conducted using the naked eye. As civilizations developed, most notably in Egypt, Mesopotamia, Greece, Persia, India, China, and Central America, astronomical observatories were assembled and ideas on the nature of the Universe began to develop. Most early astronomy consisted of mapping the positions of the stars and planets, a science now referred to as astrometry. From these observations, early ideas about the motions of the planets were formed, and the nature of the Sun, Moon and the Earth in the Universe were explored philosophically. The Earth was believed to be the center of the Universe with the Sun, the Moon and the stars rotating around it. This is known as the geocentric model of the Universe, or the Ptolemaic system, named after Ptolemy. A particularly important early development was the beginning of mathematical and scientific astronomy, which began among the Babylonians, who laid the foundations for the later astronomical traditions that developed in many other civilizations. The Babylonians discovered that lunar eclipses recurred in a repeating cycle known as a saros. Following the Babylonians, significant advances in astronomy were made in ancient Greece and the Hellenistic world. Greek astronomy is characterized from the start by seeking a rational, physical explanation for celestial phenomena. In the 3rd century BC, Aristarchus of Samos estimated the size and distance of the Moon and Sun, and he proposed a model of the Solar System where the Earth and planets rotated around the Sun, now called the heliocentric model. In the 2nd century BC, Hipparchus discovered precession, calculated the size and distance of the Moon and invented the earliest known astronomical devices such as the astrolabe. Hipparchus also created a comprehensive catalog of 1020 stars, and most of the constellations of the northern hemisphere derive from Greek astronomy. The Antikythera mechanism (c. 150–80 BC) was an early analog computer designed to calculate the location of the Sun, Moon, and planets for a given date. Technological artifacts of similar complexity did not reappear until the 14th century, when mechanical astronomical clocks appeared in Europe.

Орта ғасырлар

Орта ғасырлардағы Еуропада көптеген маңызды астрономдар болды. Ричард Уоллингфорд (1292–1336) астрономия және сағат жасау саласына зор үлес қосты, оның ішінде алғашқы астрономиялық сағатты – Rectangulus-ты жасады. Бұл сағат планеталар мен басқа астрономиялық денелер арасындағы бұрыштарды өлшеуге мүмкіндік берді, сондай-ақ Albion деп аталатын экваториумды ойлап тапты. Ол Ай, Күн және планеталардың бойлықтары сияқты астрономиялық есептеулер үшін қолданылуы мүмкін және күнді және айды жабуды болжауға болатын құрал еді. Николь Оресме (1320–1382) және Жан Бурдан (1300–1361) алғаш рет Жердің айналуына қатысты дәлелдерді талқылады, сонымен қатар Бурдан импульс теориясын (қазіргі кездегі инерция ғылымының алдағысы) жасады, бұл планеталардың періштелердің араласуынсыз қозғалуға қабілетті екенін көрсетті. Георг фон Пейербах (1423–1461) және Региомонтан (1436–1476) астрономиялық прогреске көмектесіп, Коперник гелиоцентрлік модельді ондаған жылдардан кейін жасауына себепкер болды. Астрономия ислам әлемінде және әлемнің басқа бөліктерінде гүлденді. Бұл мұсылман әлемінде алғашқы астрономиялық обсерваториялардың пайда болуына әкелді. 964 жылы Жергілікті топтағы ең үлкен галактика – Андромеда галактикасын парсы мұсылман астрономы Абд әл-Рахман әл-Суфи өзінің «Тұрақты жұлдыздар кітабында» сипаттады. 1006 жылы Египеттік араб астрономы Али ибн Ридван және қытай астрономдары тарихтағы ең жарқын жұлдыздық құбылыс – SN 1006 суперновасын байқады. Ирандық ғалым Әл-Бируни Птолемейден өзгеше, Күннің апогейі (аспандағы ең жоғары нүкте) жылмалы екенін, тұрақты емес екенін атап өтті. Ғылымға үлкен үлес қосқан белгілі ислам (көбінесе парсы және араб) астрономдарына Аль-Баттани, Тебит, Абд әл-Рахман әл-Суфи, Бируни, Абу Исақ Ибраһим әл-Заркали, Аль Биржанди және Мараге және Самарқан обсерваторияларының астрономдары жатады. Сол кездегі астрономдар қазіргі жұлдыздардың аттарын беретін көптеген арабша сөздерді енгізді. Сондай-ақ, Ұлы Зимбабве және Тимбуктудағы қираған орындарда астрономиялық обсерваториялар болған болуы мүмкін деп саналады. Классикалық Батыс Африкада астрономдар жұлдыздардың қозғалысын және олардың маусымдармен байланысын зерттеді, күрделі математикалық есептеулерге негізделген аспан карталарын және басқа планеталардың орбиталарының дәл схемаларын жасады. Соңхай тарихшысы Махмуд Кати 1583 жылдың тамызындағы метеор жауынды тіркеген. Еуропалықтар бұрын Сахарадан оңтүстік Африкада орта ғасырларда астрономиялық байқаулар болмағанын сенген, бірақ қазіргі жаңалықтар оны жоққа шығарады. Алты ғасырдан астам уақыт бойы (орта ғасырдың соңында ежелгі білімді қалпына келтіруден бастап, ағарту дәуіріне дейін) Рим-католик шіркеуі астрономияны зерттеуге басқа мекемелерге қарағанда көбірек қаржылық және әлеуметтік қолдау көрсетті. Шіркеудің мақсатының бірі – Пасха мерекесінің күнін анықтау еді.

Medieval Europe housed a number of important astronomers. Richard of Wallingford (1292–1336) made major contributions to astronomy and horology, including the invention of the first astronomical clock, the Rectangulus which allowed for the measurement of angles between planets and other astronomical bodies, as well as an equatorium called the Albion which could be used for astronomical calculations such as lunar, solar and planetary longitudes and could predict eclipses. Nicole Oresme (1320–1382) and Jean Buridan (1300–1361) first discussed evidence for the rotation of the Earth, furthermore, Buridan also developed the theory of impetus (predecessor of the modern scientific theory of inertia) which was able to show planets were capable of motion without the intervention of angels. Georg von Peuerbach (1423–1461) and Regiomontanus (1436–1476) helped make astronomical progress instrumental to Copernicus's development of the heliocentric model decades later. Astronomy flourished in the Islamic world and other parts of the world. This led to the emergence of the first astronomical observatories in the Muslim world by the early 9th century. In 964, the Andromeda Galaxy, the largest galaxy in the Local Group, was described by the Persian Muslim astronomer Abd al Rahman al Sufi in his Book of Fixed Stars. The SN 1006 supernova, the brightest apparent magnitude stellar event in recorded history, was observed by the Egyptian Arabic astronomer Ali ibn Ridwan and Chinese astronomers in 1006. Iranian scholar Al Biruni observed that, contrary to Ptolemy, the Sun's apogee (highest point in the heavens) was mobile, not fixed. Some of the prominent Islamic (mostly Persian and Arab) astronomers who made significant contributions to the science include Al Battani, Thebit, Abd al Rahman al Sufi, Biruni, Abū Ishāq Ibrāhīm al Zarqālī, Al Birjandi, and the astronomers of the Maragheh and Samarkand observatories. Astronomers during that time introduced many Arabic names now used for individual stars. It is also believed that the ruins at Great Zimbabwe and Timbuktu may have housed astronomical observatories. In Post classical West Africa, Astronomers studied the movement of stars and relation to seasons, crafting charts of the heavens as well as precise diagrams of orbits of the other planets based on complex mathematical calculations. Songhai historian Mahmud Kati documented a meteor shower in August 1583. Europeans had previously believed that there had been no astronomical observation in sub Saharan Africa during the pre colonial Middle Ages, but modern discoveries show otherwise. For over six centuries (from the recovery of ancient learning during the late Middle Ages into the Enlightenment), the Roman Catholic Church gave more financial and social support to the study of astronomy than probably all other institutions. Among the Church's motives was finding the date for Easter.

Ғылыми революция

Қайта өрлеу дәуірінде Николай Коперник Күн жүйесінің гелиоцентрлік моделін ұсынды. Оның еңбегін Галилео Галилей қорғады, ал Иоганн Кеплер оны кеңейтті. Кеплер планеталардың Күнді айналып жүруін дұрыс сипаттаған жүйені алғаш рет жасады. Дегенмен, Кеплер өзі жазған заңдардың негізін құрайтын теорияны жасауға қол жеткізе алмады. Ақырында, Исаак Ньютон аспан динамикасын және гравитация заңын ойлап тауып, планеталардың қозғалысын түсіндірді. Ньютон сонымен қатар, көлденең телескопты да жасады. Телескоптың мөлшері мен сапасының жақсаруы жаңа жаңалықтарға әкелді. Ағылшын астрономы Джон Флэмстид 3000-нан астам жұлдызды каталогқа енгізді, ал Николя Луи де Лакайль одан да кең жұлдыз каталогтарын жасады. Астроном Уильям Гершель тұмандықтар мен шоғырлардың егжей-тегжейлі каталогын жасады және 1781 жылы Уран планетасын – алғашқы жаңа планетаны ашты. 18-19 ғасырларда Леонард Эйлер, Алексис Клод Клер және Жан Ле Ронд д’Алембердің үш дене проблемасын зерттеуі Ай мен планеталардың қозғалысын болжаудың дәлдігін арттырды. Бұл жұмысты Жозеф Луи Лагранж және Пьер Симон Лаплас одан әрі жетілдіріп, планеталар мен айлардың массаларын олардың бұзылыстары арқылы бағалауға мүмкіндік берді. Астрономиядағы маңызды жетістіктер спектроскоп және фотография сияқты жаңа технологиялардың енгізілуімен байланысты. 1814-15 жылдары Жозеф фон Фраунгофер Күн спектрінде 600-ге жуық сызықты ашты, ал 1859 жылы Густав Кирхгофф оларды әртүрлі элементтердің болуымен байланыстырды. Жұлдыздардың Жердің Күніне ұқсас екені, бірақ температурасы, массасы және мөлшері әртүрлі екені дәлелденді. Теориялық астрономия қара тесіктер және нейтронды жұлдыздар сияқты нысандардың болуы туралы болжамдарға әкелді, олар квазарлар, пульсарлар, блазарлар және радиогалактикалар сияқты байқалатын құбылыстарды түсіндіру үшін қолданылды. Физикалық космология 20 ғасырда үлкен жетістіктерге жетті. 1900 жылдардың басында Ұлы жарылыс теориясының моделі жасалды, оны ғарыштық микротолқындық фондық сәулелену, Хаббл заңы және элементтердің космологиялық мөлшері нақты растады. Ғарыш телескоптары электромагниттік спектрдің атмосферамен бұғатталған немесе бұрмаланған бөліктерін өлшеуге мүмкіндік берді. 2016 жылдың ақпан айында LIGO жобасы өткен қыркүйекте гравитациялық толқындардың бар екенін анықтағаны хабарланды.

During the Renaissance, Nicolaus Copernicus proposed a heliocentric model of the solar system. His work was defended by Galileo Galilei and expanded upon by Johannes Kepler. Kepler was the first to devise a system that correctly described the details of the motion of the planets around the Sun. However, Kepler did not succeed in formulating a theory behind the laws he wrote down. It was Isaac Newton, with his invention of celestial dynamics and his law of gravitation, who finally explained the motions of the planets. Newton also developed the reflecting telescope. Improvements in the size and quality of the telescope led to further discoveries. The English astronomer John Flamsteed catalogued over 3000 stars, More extensive star catalogues were produced by Nicolas Louis de Lacaille. The astronomer William Herschel made a detailed catalog of nebulosity and clusters, and in 1781 discovered the planet Uranus, the first new planet found. During the 18–19th centuries, the study of the three body problem by Leonhard Euler, Alexis Claude Clairaut, and Jean le Rond d'Alembert led to more accurate predictions about the motions of the Moon and planets. This work was further refined by Joseph Louis Lagrange and Pierre Simon Laplace, allowing the masses of the planets and moons to be estimated from their perturbations. Significant advances in astronomy came about with the introduction of new technology, including the spectroscope and photography. Joseph von Fraunhofer discovered about 600 bands in the spectrum of the Sun in 1814–15, which, in 1859, Gustav Kirchhoff ascribed to the presence of different elements. Stars were proven to be similar to the Earth's own Sun, but with a wide range of temperatures, masses, and sizes. Theoretical astronomy led to speculations on the existence of objects such as black holes and neutron stars, which have been used to explain such observed phenomena as quasars, pulsars, blazars, and radio galaxies. Physical cosmology made huge advances during the 20th century. In the early 1900s the model of the Big Bang theory was formulated, heavily evidenced by cosmic microwave background radiation, Hubble's law, and the cosmological abundances of elements. Space telescopes have enabled measurements in parts of the electromagnetic spectrum normally blocked or blurred by the atmosphere. In February 2016, it was revealed that the LIGO project had detected evidence of gravitational waves in the previous September.

Бақылау астрономиясы

Аспан денелері және басқа да объектілер туралы ақпараттың басты көзі – көзге көрінетін жарық, немесе жалпы алғанда электромагниттік сәулелену. Байқау астрономиясы, бақылаулар жасалатын электромагниттік спектрдің сәйкес бөлігіне қарай жіктелуі мүмкін. Спектрдің кейбір бөліктерін Жер бетінен байқауға болады, ал қалған бөліктерін тек жоғары биіктіктен немесе Жер атмосферасының сыртынан ғана көруге болады. Осы тармақтар туралы толық мәліметтер төменде келтірілген.

Радиоастрономия

Радиоастрономия бір миллиметрден асатын толқын ұзындығы бар, көзге көрінетін спектрден тыс сәулеленуді пайдаланады. Радиоастрономияның көптеген басқа бақылау астрономиясы түрлерінен айырмашылығы, байқалатын радио толқындарын дискретті фотондар емес, толқындар ретінде қарастыруға болады. Осылайша, радио толқындарының амплитудасы мен фазасын өлшеу салыстырмалы түрде оңай, ал мұндай нәрсені қысқа толқын ұзындығында жасау қиын. Инфрақызыл астрономия инфрақызыл сәулеленуді – қызыл жарықтан ұзын толқын ұзындығын және көзбен көрілмейтін сәулеленуді анықтау мен талдауға негізделген. Инфрақызыл спектр планеталар, жұлдыздардың айналасындағы дисктер немесе шаң жарықты бөгеген тұмандықтар сияқты көзге көрінетін жарық шығармайтын объектілерді зерттеу үшін пайдалы. Инфрақызыл сәулелердің ұзын толқын ұзындығы көрінетін жарықты бөгеп тұрған шаң бұлттарынан өтіп, молекулалық бұлттардың ішіндегі және галактикалардың ядросындағы жас жұлдыздарды байқауға мүмкіндік береді. Кең өрісті инфрақызыл зерттеуші (WISE) жүргізген бақылаулар көптеген галактикалық протожұлдыздар мен олардың жұлдыздық шоқтарын ашуда өте тиімді болды. Көрінетін жарыққа жақын инфрақызыл толқын ұзындығынан басқа, мұндай сәулелену атмосфераға күшті сіңіріледі немесе атмосфераның өзі инфрақызыл сәулеленуді шығаруға себеп болатындықтан жасырылады. Сондықтан инфрақызыл обсерваториялар Жердегі биік және құрғақ жерлерде немесе ғарышта орналасуы керек. Кейбір молекулалар инфрақызыл сәулеленуде күшті сәулеленеді. Бұл ғарыш химиясын зерттеуге мүмкіндік береді; атап айтқанда, ол кометалардағы суды анықтауға мүмкіндік береді.

Оптикалық астрономия

Тарихи тұрғыдан алғанда, оптикалық астрономия, сондай-ақ көрінетін жарық астрономиясы деп аталады, астрономияның ең көне түрі болып табылады. Байқаулардың суреттері бастапқыда қолмен салынған. XIX ғасырдың соңында және XX ғасырдың көп бөлігінде суреттер фотосуреттік жабдықтарды пайдалана отырып жасалды. Қазіргі заманғы суреттер цифрлық детекторларды, әсіресе зарядталған құрылғыларды (CCD) пайдалана отырып жасалады және заманауи ортада сақталады. Көрінетін жарықтың өзі шамамен 4000 Å-ден 7000 Å-ге дейін (400 нм-ден 700 нм-ге дейін) созылады, бірақ гамма сәулелерін шығаратын көптеген көздерінің ішінде гамма сәулелерінің шағылысуы (bursts) болып табылады, олар жоғалып кеткенше бірнеше миллисекундтан мыңдаған секундқа дейін гамма сәулелерін шығарады. Гамма сәулелерінің көздерінің тек 10% ғана тұрақты емес. Бұл тұрақты гамма сәулелерін шығаратын заттарға пульсарлар, нейтронды жұлдыздар және белсенді галактикалық ядролар сияқты қара тесіктердің үміткерлері жатады. Болашақтағы кейбір нейтрино детекторлары ғарыш сәулелері Жер атмосферасына тиген кезде пайда болатын бөлшектерге де сезімтал болуы мүмкін. 2015 жылдың 26 желтоқсанында екінші гравитациялық толқын анықталды және қосымша бақылаулар жалғастырылуы керек, бірақ гравитациялық толқындарды анықтау үшін өте сезімтал құралдар қажет. Электромагниттік сәулелену, нейтринолар немесе гравитациялық толқындар және басқа да толықтыратын ақпараттарды пайдалана отырып жасалған бақылаулардың жиынтығы көп хабаршы астрономия деп аталады.

Астрометрия және аспан механикасы

Астрономияның ең көне салаларының бірі – аспан денелерінің орналасуын өлшеу. Тарихи тұрғыдан алғанда, Күннің, Айдың, планеталар мен жұлдыздардың орналасуы туралы нақты білім аспандық навигацияда (навигацияны басшылық ету үшін аспан денелерін пайдалану) және күнтізбелер жасауда маңызды болды. Планеталардың орналасуын мұқият өлшеу гравитациялық бұзылыстарды жақсы түсінуге және планеталардың өткен және болашақ орналасуын жоғары дәлдікпен анықтау мүмкіндігіне әкелді, бұл сала ғарыштық механика деп аталады. Соңғы кезде Жерге жақын объектілерді қадағалау Жердің осы объектілермен жақын арада кездесуін немесе болуы мүмкін соқтығысуын болжауға мүмкіндік береді. Жақын жұлдыздардың жұлдыздық параллаксын өлшеу ғаламның масштабын өлшеу үшін қолданылатын ғарыштық қашықтықтар сатысындағы негізгі өлшемді қамтамасыз етеді. Жақын жұлдыздардың параллакс өлшеулері алыстағы жұлдыздардың қасиеттерін салыстыруға мүмкіндік беретіндіктен, олардың қасиеттеріне абсолюттік негіз болады. Жұлдыздардың радиалды жылдамдығы мен өздік қозғалысын өлшеу астрономдарға бұл жүйелердің Көмекей галактикасы арқылы қозғалысын анықтауға мүмкіндік береді. Астрометриялық нәтижелер галактикадағы қара материяның таралуын есептеу үшін қолданылады. 1990 жылдары жақын жұлдыздардың тербелісін өлшеу осы жұлдыздардың айналасында айналатын ірі экзопланеталарды анықтау үшін пайдаланылды.

Астрофизика

Астрофизика – физика және химия принциптерін пайдалана отырып, "астрономиялық объектілердің ғарыштағы орны мен қозғалысын емес, олардың табиғатын анықтауға" арналған астрономия саласы. Зерттелетін объектілердің қатарында Күн, басқа жұлдыздар, галактикалар, күн жүйесінен тыс планеталар, жұлдызаралық орта және ғарыштық микротолқынды фон бар. Олардың шығарылымдары электромагниттік спектрдің барлық бөліктерінде зерттеледі, ал зерттелетін қасиеттеріне жарқырау, тығыздық, температура және химиялық құрамы кіреді. Астрофизика өте кең тақырып болғандықтан, астрофизиктер көбінесе физиканың көптеген салаларын қолданады, оның ішінде механика, электромагнетизм, статистикалық механика, термодинамика, кванттық механика, салыстырмалылық теориясы, ядролық және бөлшектік физика, атомдық және молекулалық физика. Іс жүзінде, қазіргі заманғы астрономиялық зерттеулер көбінесе теориялық және байқау физикасы саласында көп жұмыс істеуді талап етеді. Астрофизиктердің зерттеу салаларының кейбіреулеріне қара материяның, қара энергияның және қара саңылаулардың қасиеттерін анықтауға жасалған тыңғырықтар, уақыт саяхаты мүмкін бе, құрт тесіктері пайда бола ма, немесе көп қанатты әлем бар ма, сондай-ақ ғаламның пайда болуы мен соңғы тағдыры жатады.

Астробиология

Астробиология – ғаламдағы тіршіліктің пайда болуы, ерте эволюциясы, таралуы және болашағымен айналысатын салааралық ғылыми сала. Астробиология ғарышта өмірдің болу мүмкіндігі және егер ол болса, адамдар оны қалай анықтай алатыны туралы мәселені қарастырады. Экзобиология термині де осыған ұқсас. Астробиология молекулалық биология, биофизика, биохимия, химия, астрономия, физикалық космология, экзопланетология және геологияны басқа планеталардағы өмірдің болу мүмкіндігін зерттеу және Жердегіден өзгеше биосфераларды тану үшін пайдаланады. Тіршіліктің пайда болуы мен ерте эволюциясы астробиологияның ажырамас бөлігі болып табылады. Астробиология қолданыстағы ғылыми деректерді түсіндірумен шұғылданады, ал болжамдарға контекст беру үшін орын берілсе де, астробиология негізінен қазіргі ғылыми теорияларға сәйкес келетін гипотезалармен айналысады. Бұл салааралық салаға планеталық жүйелердің пайда болуы, ғарыштағы органикалық қосылыстардың пайда болуы, тау жыныстары, су және көміртегі арасындағы өзара әрекеттесу, Жерде абиогенез, планеталық тіршілікке жарамдылық, тіршілікті анықтауға арналған биосигнатуралар туралы зерттеулер, сондай-ақ тіршіліктің Жерде және ғарыш кеңістігіндегі қиындықтарға бейімделу мүмкіндігі туралы зерттеулер кіреді.

Физикалық космология

Космология (грекше κόσμος (космос) "дүние, ғалам" және λόγος (логос) "сөз, зерттеу" немесе сөзбе-сөз "логика") – ғаламды тұтастай зерттеу саласы болып саналады. Ғаламның ірі масштабты құрылымын бақылау, физикалық космология деп аталатын сала, ғаламның қалыптасуы мен эволюциясын терең түсінуге мүмкіндік берді. Қазіргі заманғы космологияның негізі – ғаламның бір нүктеде пайда болып, содан кейін 13,8 миллиард жыл бойы кеңейіп, қазіргі күйіне жеткен Үлкен жарылыс теориясы. Бұл кеңею барысында ғалам бірнеше эволюциялық кезеңдерден өтті. Өте ерте кездерде ғаламның өте жылдам ғарыштық инфляцияны бастан өткергендігі, бастапқы жағдайларды біркелкілендіргендігі туралы теория бар. Содан кейін ядролық синтез ерте ғаламның элементтік құрамын қалыптастырды. Материяның иерархиялық құрылымы кеңістіктің масса тығыздығындағы ең кішкентай өзгерістерден бастау алды. Материя ең тығыз аймақтарда жиналып, газ бұлттары мен ең алғашқы жұлдыздар – ІІІ популяция жұлдыздарын құрады. Бұл массивті жұлдыздар реионизация процесін іске қосты және ерте ғаламдағы көптеген ауыр элементтерді жасады деп есептеледі. Бұл элементтер ядролық ыдырау арқылы жеңіл элементтерге айналып, нуклеосинтез циклінің ұзаққа созылуына жағдай жасады. Гравитациялық шоғырланулар жіпшелерге бірігіп, аралықтарда бос кеңістіктер қалдырды. Бірте-бірте газ бен шаңнан тұратын құрылымдар бірігіп, алғашқы галактикалар пайда болды. Уақыт өте келе, олар көбірек материяны тартып алып, галактикалар тобы мен шоғырларына, содан кейін одан да ірі супершоғырларға ұйымдастырылды. Ғаламның құрылымы үшін қара материя мен қара энергияның болуы маңызды. Қазір бұл оның басым бөлігін құрайды, ғалам массасының 96% -ын құрайды. Сондықтан, осы компоненттердің физикасын түсінуге көп күш жұмсалып жатыр.

Галактикадан тыс астрономия

Біздің галактикадан тыс объектілерді зерттеу – галактикалардың қалыптасуы мен эволюциясы, олардың морфологиясы (сипаттамасы) және жіктелуі, белсенді галактикаларды байқау, ал ірі масштабта галактикалар топтары мен шоғырларымен айналысатын астрономияның бір саласы. Соңғысы ғаламның кең ауқымды құрылымын түсіну үшін маңызды. Аты айтқандай, эллипстік галактиканың қимасы эллипс пішіндес. Жұлдыздар кездейсоқ орбиталармен, ешқандай бағыттылықсыз қозғалады. Бұл галактикаларда жұлдызаралық шаң аз немесе мүлдем жоқ, жұлдыз туу өңірлері сирек, және көне жұлдыздар көп. Белсенді галактика – жұлдыздардан, шаң мен газдан өзге көзден энергиясының көп бөлігін шығаратын құрылым. Оның қуат көзі – ядродағы ықшам аймақ, құлап жатқан материядан сәуле шығаратын аса зор қара тесік деп саналады. Ғарыштың ірі масштабтағы құрылымы галактикалар топтары мен шоғырларымен көрсетіледі. Бұл құрылым топтамалардың иерархиялық жүйесіне ұйымдастырылған, ең ірісі – супершоғырлар. Жинақталған материя жіптер мен қабырғалар түрінде қалыптасады, араларында үлкен бос кеңістіктер қалады.

Галактикалық астрономия

Күн жүйесі галактикалардың Жергілікті тобының көрнекті мүшесі болып табылатын, жолақты спиральді галактика – Сүт Жолының орбитасында айналады. Бұл газ, шаң, жұлдыздар және басқа да нысандардың өзара гравитациялық тартылыс күшімен біріктірілген айналмалы массасы. Жер Сүт Жолының шаңды сыртқы спиральдарында орналасқандықтан, галактиканың үлкен бөліктері көзден жасырылады. Жұлдыздар арасында сиреп кеткен материядан тұратын жұлдызаралық орта жатыр. Ең тығыз аймақтарда молекулалық сутегі мен басқа элементтердің молекулалық бұлттары жұлдыздардың пайда болуына жағдай жасайды. Бұл, Жинс ұзындығымен анықталатын көлемде шоғырланып, ыдырайтын, компактты жұлдыздық ядро немесе қараңғы тұмандықтар ретінде басталады, соның нәтижесінде компактты протожұлдыздар қалыптасады. Көлемді жұлдыздар пайда болғанда, олар бұлтты H II аймағына (иондалған атомдық сутегі) – жарқыраған газ бен плазмаға айналдырады. Осы жұлдыздардың жұлдыздық желдері мен суперновалық жарылыстары бұлттың таралуына себеп болады, көбінесе бір немесе бірнеше жас, ашық жұлдыздар шоғырын қалдырады. Бұл шоғырлар бірте-бірте таралып, жұлдыздар Сүт Жолының құрамына қосылады. Сүт Жолы және басқа галактикалардағы материяның кинематикалық зерттеулері, көзбен көрінетін материямен түсіндірілетіннен әлдеқайда көп масса бар екенін көрсетті. Қара материяның галосы массаға басымдық етеді, бірақ осы қара материяның табиғаты әлі де анықталған жоқ.

Жұлдыздар астрономиясы

Жұлдыздар мен олардың эволюциясын зерттеу ғаламды түсінуіміздің негізі болып табылады. Жұлдыздардың астрофизикасы бақылаулар, теориялық түсініктер және ішкі құрылымын компьютерлік модельдеу арқылы анықталды. Жұлдыздардың пайда болуы шаң мен газдың тығыз аймақтарында, гигант молекулалық бұлттарда жүреді. Бұлттар тұрақсыздыққа ұшырағанда, гравитацияның әсерімен бөлшектері құлайды және протожұлдызға айналады. Жеткілікті тығыз және ыстық ядролық аймақ ядролық синтезді іске қосып, негізгі тізбек жұлдызын құрайды. Жұлдыздың соңғы тағдыры оның массасына байланысты: массасы Күннен сегіз есе көп жұлдыздар ядроның күйреуінен туындаған суперноваға айналады, ал кіші жұлдыздар сыртқы қабаттарын шашып, ақ жұлдыз түрінде инертті ядроны қалдырады. Сыртқы қабаттардың шығарылуы планеталық тұмандықтарды құрайды. Супернованың қалдығы тығыз нейтрон жұлдызы болады, немесе егер жұлдыздың массасы Күннен кем дегенде үш есе көп болса, қара тесікке айналады. Бір-бірінің шамалы орбитасында айналатын екі жұлдыз күрделі эволюциялық жолдарды өтуі мүмкін, мысалы, ақ жұлдыз серігіне масса беру арқылы супернова тудыру. Планеталық тұмандықтар мен суперновалар жұлдыздың ішінде синтез арқылы пайда болған "металдарды" жұлдызаралық кеңістікке таратып, жаңа жұлдыздардың (және олардың планеталық жүйелерінің) тек сутек пен гелийден ғана пайда болуына жол бермейді.

Күн астрономиясы

Шамамен сегіз жарық минуты қашықтықта орналасқан, ең көп зерттелген жұлдыз – Күн, G2 V жұлдыздар класының типік негізгі тізбек карлик жұлдызы, оның жасы шамамен 4,6 миллиард жыл (Gyr). Күн өзгермелі жұлдыз деп есептелмейді, бірақ ол күн дақтары циклы деп аталатын кезеңдік белсенділік өзгерістеріне ұшырайды. Бұл – күн дақтары санының 11 жылдық осцилляциясы. Күн дақтары – магниттік белсенділікпен байланысты орташа температурадан төмен аймақтар. Күн негізгі тізбек жұлдызына айналғаннан бері жарқырауы 40%-ға дейін артқан. Күннің жарқырауы да мезгіл-мезгіл өзгереді, бұл Жерге маңызды әсер етуі мүмкін. Мысалы, Маундер минимумы орта ғасырлардағы Кішкентай мұз дәуірі құбылысына себеп болды деп саналады. Күннің ортасында ядролық аймақ орналасқан, онда ядролық синтез жүзеге асуы үшін жеткілікті температура мен қысым бар. Ядроның үстінде сәулелену аймағы орналасқан, онда плазма энергия ағынын сәулелену арқылы жеткізеді. Одан жоғары конвекциялық аймақ орналасқан, онда газ тәрізді материал энергияны негізінен конвекция деп аталатын газдың физикалық орын ауыстыруы арқылы тасымалдайды. Конвекциялық аймақтағы массаның қозғалысы күн дақтарын тудыратын магниттік белсенділікті жасайды деп есептеледі.

Планеталық ғылым

Планеталық ғылым – Күнді айналып жүрген планеталар, олардың серіктері, кәріз планеталар, кометалар, астероидтар және басқа да денелердің, сондай-ақ Күн жүйесінен тыс планеталардың жиынтығын зерттейтін ғылым. Күн жүйесі салыстырмалы түрде жақсы зерттелген, бастапқыда телескоптар арқылы, ал кейін ғарыш кемелерінің көмегімен. Бұл Күннің планеталық жүйесінің қалыптасуы мен эволюциясын түсінуге мүмкіндік берді, бірақ жаңа жаңалықтар ашыла беруде. Күн жүйесі ішкі Күн жүйесіне (ішкі планеталар мен астероидтар белдеуіне бөлінеді), сыртқы Күн жүйесіне (сыртқы планеталар мен кентаврларға бөлінеді), кометаларға, транснептун аймағына (Қойпер белдеуі мен шашыраңқы дискке бөлінеді) және ең шеткі аймақтарға (мысалы, гелиосфера шекаралары мен Оорт бұлты, ол бір жарық жылына дейін созылуы мүмкін) бөлінеді. Ішкі, тасты планеталар – Меркурий, Венера, Жер және Марс. Сыртқы алып планеталар – газ алыптары (Юпитер мен Сатурн) және мұз алыптары (Уран мен Нептун). Планеталар 4,6 миллиард жыл бұрын Күнді қоршаған протопланеталық дискте пайда болды. Гравитациялық тартым, соқтығысу және аккреция процестері арқылы диск материяның жиынтығын қалыптастырды, ол уақыт өте келе протопланеталарға айналды. Күннің радиациялық қысымы жинақталмаған материяның көп бөлігін сыртқа шығарды, ал жеткілікті массасы бар планеталар ғана газды атмосферасын сақтап қалды. Айдағы көптеген соққы кратерлерінің болуы, планеталар қарқынды бомбалау кезеңінде қалған материяны жоюға ұшырағанын көрсетеді. Осы кезеңде кейбір протопланеталар соқтығысып, соның нәтижесінде Ай қалыптасқан болуы мүмкін. Планета жеткілікті массаға жеткеннен кейін, планеталық дифференциация кезінде әртүрлі тығыздыққа ие материалдар бөлінеді. Бұл процесс тас немесе металлдан тұратын ядроны, мантияны және сыртқы қабықты қалыптастырады. Ядрода қатты және сұйық аймақтар болуы мүмкін, ал кейбір планеталардың ядролары өздерінің магниттік өрісін жасайды, ол олардың атмосферасын Күннің желдерінен қорғайды. Планетаның немесе айдың ішкі жылуы денелердің соқтығысуынан, радиоактивті материалдардың ыдырауынан (мысалы, уран, торий және 26Al) немесе басқа денелермен өзара әрекеттесуден туындаған толықсымалық қызудан пайда болады. Кейбір планеталар мен айлар вулканизм және тектоника сияқты геологиялық процестерді қозғау үшін жеткілікті жылу жинақтайды. Атмосферасы бар планеталардың беті жел мен судың әсерінен эрозияға ұшырауы мүмкін. Кіші денелер, толықсымалық қызудың болмауынан, тез суынады және геологиялық белсенділігі тоқтатылады, соққыдан пайда болған кратерлерді есептемегенде.

Planetary science is the study of the assemblage of planets, moons, dwarf planets, comets, asteroids, and other bodies orbiting the Sun, as well as extrasolar planets. The Solar System has been relatively well studied, initially through telescopes and then later by spacecraft. This has provided a good overall understanding of the formation and evolution of the Sun's planetary system, although many new discoveries are still being made. The Solar System is divided into the inner Solar System (subdivided into the inner planets and the asteroid belt), the outer Solar System (subdivided into the outer planets and centaurs), comets, the trans Neptunian region (subdivided into the Kuiper belt, and the scattered disc) and the farthest regions (e. g., boundaries of the heliosphere, and the Oort Cloud, which may extend as far as a light year). The inner terrestrial planets consist of Mercury, Venus, Earth, and Mars. The outer giant planets are the gas giants (Jupiter and Saturn) and the ice giants (Uranus and Neptune). The planets were formed 4.6 billion years ago in the protoplanetary disk that surrounded the early Sun. Through a process that included gravitational attraction, collision, and accretion, the disk formed clumps of matter that, with time, became protoplanets. The radiation pressure of the solar wind then expelled most of the unaccreted matter, and only those planets with sufficient mass retained their gaseous atmosphere. The planets continued to sweep up, or eject, the remaining matter during a period of intense bombardment, evidenced by the many impact craters on the Moon. During this period, some of the protoplanets may have collided and one such collision may have formed the Moon. Once a planet reaches sufficient mass, the materials of different densities segregate within, during planetary differentiation. This process can form a stony or metallic core, surrounded by a mantle and an outer crust. The core may include solid and liquid regions, and some planetary cores generate their own magnetic field, which can protect their atmospheres from solar wind stripping. A planet or moon's interior heat is produced from the collisions that created the body, by the decay of radioactive materials (e. g. uranium, thorium, and 26Al), or tidal heating caused by interactions with other bodies. Some planets and moons accumulate enough heat to drive geologic processes such as volcanism and tectonics. Those that accumulate or retain an atmosphere can also undergo surface erosion from wind or water. Smaller bodies, without tidal heating, cool more quickly; and their geological activity ceases with the exception of impact cratering.

Пәндер аралық зерттеулер

Астрономия мен астрофизика басқа да ірі ғылыми салалармен маңызды салааралық байланыстарды дамытты. Археоастрономия – археологиялық және антропологиялық деректерді пайдалана отырып, ежелгі немесе дәстүрлі астрономияны олардың мәдени контекстінде зерттеу. Астробиология – ғаламдағы биологиялық жүйелердің пайда болуы мен эволюциясын зерттейтін ғылым, әсіресе Жерден тыс тіршілік мүмкіндігіне баса назар аударады. Астростатистика – астрофизикалық байқау деректерінің мол көлемін талдау үшін статистиканы астрофизикаға қолдану. Ғарышта табылған химиялық заттардың – олардың пайда болуы, өзара әрекеттесуі және жойылуын зерттеу астрохимия деп аталады. Бұл заттар көбінесе молекулалық бұлттарда кездеседі, бірақ төмен температуралы жұлдыздарда, қоңыр ергежейлі жұлдыздарда және планеталарда да болуы мүмкін. Космохимия – Күн жүйесіндегі химиялық заттарды, соның ішінде элементтердің пайда болуын және изотоптар арақатынасының өзгеруін зерттейтін ғылым. Бұл екі сала астрономия мен химия ғылымдарының тоғысқан жерін білдіреді. Соңғысы, «сот астрономиясы» ретінде, астрономиядан алынған әдістер өнер тарихы және кейде заң салаларындағы мәселелерді шешуге қолданылған.

Әуесқой астрономия

Астрономия – әуесқойлар ең көп үлес қоса алатын ғылымдардың бірі. Әуесқой астрономдар әртүрлі аспан денелері мен құбылыстарын, кейде тұтынушы деңгейіндегі жабдықтармен немесе өздері құрастырған жабдықтармен бақылайды. Әуесқой астрономдардың жиі бақылайтын нысандарына Күн, Ай, планеталар, жұлдыздар, кометалар, метеорлық жауын-шашын, сондай-ақ жұлдыз шоғырлары, галактикалар және тұмандықтар сияқты терең аспан денелері жатады. Астрономия клубтары бүкіл әлемде орналасқан, және көптеген клубтар мүшелеріне бақылау бағдарламаларын жоспарлауға және орындауға көмектесетін бағдарламаларды ұсынады, мысалы, Мессье каталогындағы (110 нысан) немесе Гершель 400 каталогындағы түнгі аспандағы қызығушылық тудыратын нысандарды бақылау. Астрофотография – астрономияның әуесқойлық салаларының бірі, ол түнгі аспаптың суреттерін түсіруді қамтиды. Көптеген әуесқойлар нақты бір нысандарды, нысандардың түрлерін немесе оларды қызықтыратын оқиғаларды бақылауға маманданғанды жақсы көреді. Көпшілік әуесқойлар көрінетін толқын ұзындығында жұмыс істейді, бірақ көптеген адамдар көрінетін спектрден тыс толқын ұзындығымен тәжірибе жасап көреді. Бұған дәстүрлі телескоптарда инфрақызыл сүзгілерді қолдану, сондай-ақ радиотелескоптарды пайдалану жатады. Әуесқой радиоастрономияның негізін қалаушы Карл Янский болды, ол 1930 жылдары аспанды радио толқындары арқылы бақылай бастады. Көптеген әуесқой астрономдар өз қолдарымен жасаған телескоптарды немесе бастапқыда астрономиялық зерттеулер үшін салынған, бірақ қазір әуесқойларға қолжетімді радиотелескоптарды (мысалы, One Mile Telescope) пайдаланады. Әуесқой астрономдар астрономия саласына ғылыми үлес қосуын жалғастыруда, және бұл – әуесқойлар әлі де маңызды үлес қоса алатын сирек ғылыми салалардың бірі. Әуесқойлар кішкентай планеталардың орбиталарын анықтау үшін қолданылатын заттық жасыруды өлшеулерді жүргізе алады. Олар кометаларды жаңғыртуға және өзгермелі жұлдыздарды үнемі бақылауға қатыса алады. Цифрлық технологияның жетістіктері әуесқойларға астрофотография саласында үлкен жетістіктерге жете алуға мүмкіндік берді.

Астрономиядағы шешілмеген мәселелер

ХХІ ғасырда астрономияда әлі де маңызды жауапсыз сұрақтар бар. Олардың кейбіреуі ғарыш көлемінде: мысалы, қара материя мен қара энергия деген не? Олар ғаламның эволюциясы мен болашағына басымдық етеді, бірақ олардың нағыз мәні әлі де белгісіз. Әлемнің соңғы тағдыры қандай болады? Неге литийдің ғарыштағы мөлшері стандартты Ұлы жарылыс моделі болжағаннан төрт есе кем? Тағы басқалары нақты құбылыстар кластарына қатысты. Мысалы, Күн жүйесі қалыпты ма, әлде ерекшелеу ме? Жұлдыздық масса спектрінің пайда болуы қандай? Яғни, неге астрономдар жұлдыздық массалардың бірдей үлестірілімін – бастапқы масса функциясын – бастапқы шарттарға қарамастан байқайды? Сондай-ақ, алғашқы галактикалардың қалыптасуы, аса зор қара тесіктердің пайда болуы, жоғары энергиялы ғарыш сәулелерінің көзі және тағы да басқа сұрақтар да бар. Әлемде басқа тіршілік бар ма? Әсіресе, басқа да зиялы тіршілік бар ма? Егер бар болса, Ферми парадоксын қалай түсіндіруге болады? Тіршіліктің басқа жерде болуы маңызды ғылыми және философиялық салдарға ие.