天文學

天文學(從古希臘ἀστρονομία(天文學)“研究星體法律的科學”)是自然科學研究天體對象現象。它用數學物理, 和化學為了解釋其起源和進化。感興趣的對象包括行星衛星星星星雲星系, 和彗星。相關現象包括超新星爆炸,伽瑪·雷(Gamma Ray)爆發類星體布拉扎爾脈衝星, 和宇宙微波背景輻射。更一般地,天文學研究了源地球的氣氛.宇宙學是研究天文學的一個分支宇宙整體。[1]

天文學是最古老的自然科學之一。早期文明記錄的歷史夜空。這些包括巴比倫人希臘人印第安人埃及人中國人瑪雅和許多古老的美洲土著人民。過去,天文學包括多樣化的學科天文學天體導航觀察天文學,以及日曆。如今,專業天文學通常被認為與天體物理學.[2]

專業天文學被分為觀察理論分支。觀察天文學的重點是從天文學對象的觀察中獲取數據。然後,使用物理基本原理對該數據進行分析。理論天文學是針對計算機或分析模型的開發,以描述天文對象和現象。這兩個字段相互補充。理論天文學旨在解釋觀察結果,並使用觀察來確認理論結果。

天文學是業餘愛好者扮演的為數不多的科學之一主動角色。發現和觀察尤其如此瞬態事件.業餘天文學家已經幫助了許多重要的發現,例如尋找新彗星。

詞源

天文天文台,新南威爾士州,澳大利亞1873年
19世紀Quito天文天文台位於以南12分鐘赤道Quito厄瓜多爾.[3]

天文學(來自希臘語ἀστρομία來自ἄστρον星座,“星”和-VShingα - 病態來自νόμοςNomos,“法律”或“文化”)的意思是“星星的法律”(或“星星的文化”,取決於翻譯)。天文學不應與占星術,聲稱人類事務與天體物體的位置相關的信念體系。[4]雖然兩個字段共享一個共同的起源,它們現在完全不同。[5]

使用術語“天文學”和“天體物理學”

“天文學”和“天體物理學”是同義詞。[6][7][8]基於嚴格的詞典定義,“天文學”是指“對物體和物質的研究以及其物理和化學特性之外的物體和物質”,”[9]而“天體物理學”是指涉及“天文學,物理特性以及天體對象和現象的動態過程”的天文學分支。[10]在某些情況下,就像在介紹性教科書的介紹中一樣物理宇宙經過弗蘭克·舒,“天文學”可用於描述該主題的定性研究,而“天體物理學”用於描述該主題的物理學版本。[11]但是,由於大多數現代天文學研究都涉及與物理學有關的受試者,因此現代天文學實際上稱為天體物理學。[6]一些田地,例如天文統計,純粹是天文學,而不是天體物理學。科學家對該主題進行研究的各個部門都可以使用“天文學”和“天體物理學”,部分取決於該部門是否與物理部門相關,[7]還有許多專業人士天文學家具有物理學而不是天文學學位。[8]該領域領先科學期刊的一些標題包括天文學雜誌天體物理雜誌, 和天文學和天體物理學.

歷史

荷蘭製圖師的17世紀的天體地圖弗雷德里克·德·威特

遠古時代

在歷史的早期,天文學僅包括對肉眼可見物體運動的觀察和預測。在某些地方,早期文化組裝了可能具有天文學目的的大規模文物。除了他們的禮儀用途,天文台可以用來確定季節,這是了解何時種植作物以及了解一年的長度的重要因素。[12]

在發明望遠鏡之類的工具之前,使用肉眼對星星進行了早期研究。隨著文明的發展,最著名的是美索不達米亞希臘波斯印度中國埃及, 和中美洲組裝了天文學觀測,對宇宙性質的想法開始發展。大多數早期天文學包括繪製恆星和行星的位置,現在被稱為一門科學天文學。從這些觀察結果中,對行星運動的早期觀念形成了,在哲學上探索了太陽,月亮和宇宙中的太陽,月亮和地球的本質。據信地球是陽光,月亮和星星旋轉的宇宙中心。這被稱為地中心模型宇宙或托勒密系統, 而得名托勒密.[13]

Suryaprajnaptisūtra,公元前6世紀的天文學文本Ja那教在倫敦的Schoyen Collection。上圖:它的手稿來自c.1500廣告。[14]

一個特別重要的早期發展是數學和科學天文學的開始,始於巴比倫人,他們為在許多其他文明中發展的後來的天文傳統奠定了基礎。[15]巴比倫人發現了月食在稱為一個的重複週期中重複出現薩羅斯.[16]

希臘赤道奧克斯的亞歷山大,當今的阿富汗公元前3世紀3世紀

在巴比倫人之後,天文學取得了重大進展古希臘希臘化世界。希臘天文學從一開始就通過尋求對天體現象的理性,物理解釋的特點。[17]在公元前3世紀,Samos的Aristarchus估計月球和陽光的大小和距離,他提出了一個模型太陽系地球和行星圍繞太陽旋轉的地方,現在稱為中心模型。[18]在公元前2世紀,Hipparchus發現進度,計算了月球的大小和距離,並發明了最早已知的天文設備,例如星棒.[19]Hipparchus還創建了1020顆恆星的全面目錄,大部分星座北半球源自希臘天文學。[20]抗胚胎機制(公元前150–80)是早期模擬計算機設計用於計算太陽月亮, 和行星給定日期。直到14世紀,機械性的技術文物都沒有重新出現天文鐘出現在歐洲。[21]

中世紀

中世紀歐洲擁有許多重要的天文學家。沃靈福德的理查德(1292–1336)為天文學和鐘錶,包括第一個天文鐘的發明,矩形可以測量行星與其他天文機構之間的角度,以及赤道叫做阿爾比恩可以用於天文計算,例如月球太陽的行星縱向並可以預測日食.妮可礦石(1320–1382)和讓·伯里丹(Jean Buridan)(1300–1361)首先討論了地球旋轉的證據,此外,Buridan還發展了動力理論(現代科學理論的前身慣性)能夠顯示行星能夠在沒有天使乾預的情況下進行運動。[22]Georg von Peuerbach(1423–1461)和Regiomontanus(1436–1476)幾十年後,使哥白尼發展中心模型的發展有助於天文學進步。

天文學在伊斯蘭世界中蓬勃發展和世界其他地區。這導致了第一個天文學的出現天文台在裡面穆斯林世界到9世紀初。[23][24][25]在964年,仙女座銀河系, 最大的星系在裡面本地團體波斯穆斯林天文學家描述了Abd al-Rahman al-Sufi在他的固定星星書.[26]SN 1006超新星,最亮明顯的大小埃及阿拉伯天文學家觀察到了記錄歷史上的恆星事件阿里·伊本·里德萬(Ali ibn Ridwan)中國天文學家在1006年。一些著名的伊斯蘭(主要是波斯語和阿拉伯)天文學家為科學做出了重大貢獻al-battanithebitAbd al-Rahman al-SufiBiruniAbūShāqIbrāhīmal-Zarqālīal-birjandi,以及天文學家馬拉格撒馬爾罕天文台。在那段時間的天文學家引入了許多阿拉伯語名稱現在用於單個星星.[27][28]

還認為廢墟在偉大的津巴布韋廷巴克圖[29]可能有天文觀測。[30]後古典西非(非洲西部,天文學家研究了恆星的運動和與季節的關係,天堂的製作圖表以及基於復雜的數學計算的其他行星的軌道的精確圖。Songhai歷史學家Mahmud Kati記錄了流星雨1583年8月。[31][32]歐洲人以前認為沒有天文學的觀察撒哈拉以南非洲在殖民前中世紀期間,但現代發現卻顯示出來。[33][34][35][36]

在六個世紀以來,羅馬天主教會在中世紀後期恢復古代學習到啟蒙運動),比所有其他機構都為天文學的研究提供了更多的經濟和社會支持。教會的動機中是找到復活節的日期。[37]

科學革命

伽利略的草圖和觀察月亮揭示了表面是山區的。
早期科學手稿的天文圖表,c。 1000

在此期間再生尼古拉斯·哥白尼提出了太陽系的地中心模型。他的工作得到了捍衛伽利略·伽利雷並擴展約翰內斯開普勒。開普勒是第一個設計一個系統的系統,該系統正確描述了圍繞太陽行星的運動的細節。但是,開普勒沒有成功地制定他寫下的法律背後的理論。[38]它是艾薩克·牛頓,他的發明天體動力學和他的引力法,他們終於解釋了行星的動作。牛頓也開發了反射望遠鏡.[39]

望遠鏡的大小和質量的改善導致進一步發現。英國天文學家約翰·弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed)分類超過3000星,[40]由更廣泛的明星目錄由尼古拉斯·路易斯·德·拉卡耶(Nicolas Louis de Lacaille)。天文學家威廉·赫歇爾(William Herschel)製作了詳細的霧化和簇目錄,並在1781年發現了地球天王星,第一個新星球。[41]

在18-19世紀,研究三體問題經過萊昂哈德·歐拉(Leonhard Euler)亞歷克西斯·克勞德·克萊拉特(Alexis Claude Clairaut), 和讓·勒·隆德·阿爾伯特導致對月球和行星運動的動作進行更準確的預測。這項工作進一步完善了約瑟夫·路易斯·拉格朗日皮埃爾·西蒙·拉普拉斯(Pierre Simon Laplace),可以從它們的擾動中估算行星和衛星的質量。[42]

隨著新技術的引入,包括光譜學攝影.約瑟夫·馮·弗勞恩霍夫(Joseph von Fraunhofer)1814 - 15年在太陽光譜中發現了大約600個樂隊古斯塔夫·基爾喬夫(Gustav Kirchhoff)歸因於不同元素的存在。事實證明,星星類似於地球自己的陽光,但范圍很廣溫度群眾和大小。[27]

地球星系的存在,銀河系,正如它自己的一組恆星僅在20世紀被證明,以及“外部”星系的存在。觀察到的那些星系的衰退導致發現了擴張宇宙.[43]理論天文學引起了人們對物體存在的猜測黑洞中子星,這些被用來解釋這種觀察到的現象類星體脈衝星布拉扎爾, 和射電星系.物理宇宙學在20世紀取得了巨大進步。在1900年代初期大爆炸理論是由理論提出的,由宇宙微波背景輻射哈勃定律,和宇宙學的元素.太空望遠鏡已經啟用了通常被大氣阻斷或模糊的電磁光譜部分的測量值。 2016年2月,據透露Ligo項目有檢測到的證據引力波在前9月。[44][45]

觀察天文學

有關的主要信息來源天體其他對像是可見光,或更普遍電磁輻射.[46]觀察天文學可以根據相應區域進行分類電磁頻譜進行觀察。可以從地球的表面觀察到頻譜的某些部分,而其他部分只能從高海拔地區或地球大氣中觀察到。這些子字段的具體信息如下。

射電天文學

射電天文學使用輻射與波長大約大約一毫米,超出可見範圍。[47]射電天文學與大多數其他形式的觀察天文學不同,因為觀察到無線電波可以被視為波浪而不是離散光子。因此,測量兩者相對容易振幅階段無線電波,而在較短的波長下,這並不容易完成。[47]

雖然有些無線電波由天文對象直接發射熱發射,觀察到的大多數無線電發射是同步輻射,它是在電子軌道磁場.[47]此外,許多光譜線由。。。生產星際氣體,特別是在21厘米處的光譜線在無線電波長下可觀察到。[11][47]

無線電波長可以觀察到許多其他物體,包括超新星,星際氣體,脈衝星, 和活性銀河核.[11][47]

紅外天文學

阿爾瑪天文台是地球上最高的觀測站。阿塔卡馬,智利。[48]

紅外天文學建立在對檢測和分析的基礎上紅外線的輻射,波長比紅光更長,在我們視覺範圍之外。紅外光譜對於研究太冷而無法輻射可見光的物體,例如行星,星際磁盤或星雲的光被灰塵阻塞。紅外線的較長波長可以穿透遮擋可見光的灰塵雲,從而觀察到嵌入的年輕星星分子云和星系岩心。從廣場紅外調查探險家(明智)特別有效地揭示了許多銀河系原恆星和他們的主人星團.[49][50]除紅外波長接近可見光的光線,由於大氣會產生明顯的紅外發射,因此這種輻射被大氣或掩蓋所吸收。因此,紅外天文台必須位於地球上或太空中的高乾燥位置。[51]一些分子在紅外線中強烈輻射。這允許研究空間的化學。更具體地說,它可以檢測到彗星中的水。[52]

光學天文學

斯巴魯望遠鏡(左)和凱克天文台(中心)Mauna Kea,兩個天文台的示例都在近紅外和可見的波長下運行。這NASA紅外望遠鏡設施(右)是僅在近紅外波長下運行的望遠鏡的示例。

從歷史上看,光學天文學,也稱為可見光天文學,是天文學最古老的形式。[53]觀察結果最初是手工繪製的。在19世紀後期和20世紀的大部分時間裡,使用攝影設備製作了圖像。現代圖像是使用數字探測器製作的,尤其是使用充電耦合設備(CCD)並記錄在現代媒介上。儘管可見光本身延伸到大約4000一個到7000Å(400nm到700 nm),[53]可以使用相同的設備觀察一些接近粉狀物近紅外輻射。

紫外線天文學

紫外天文學採用紫外線波長約為100至3200Å(10至320 nm)。[47]這些波長的光被地球大氣吸收,需要對這些波長進行觀察,以便從高層大氣或空間進行觀察。紫外線天文學最適合研究熱藍色的熱輻射和光譜發射線星星(OB星星)在這個波帶中非常明亮。這包括其他星系中的藍色恆星,這些星係是幾種紫外線調查的靶標。在紫外線中通常觀察到的其他物體包括行星星雲超新星殘留物和活性銀河核。[47]但是,由於紫外線很容易被星際灰塵,必須調整紫外線測量。[47]

X射線天文學

由NASA的Chandra X射線天文台發現的X射線噴氣式噴氣式飛機,由早期宇宙的光線可見

X射線天文學用途X射線波長。通常,X射線輻射是由同步加速器發射(電子軌道磁場線的結果),薄氣的熱發射高於107(千萬)開爾文, 和厚氣的熱發射高於107開爾文。[47]由於X射線被地球的氣氛,所有X射線觀察必須從高空氣球火箭, 或者X射線天文學衛星。值得注意的X射線源包括X射線二進制脈衝星超新星殘留物橢圓星系星系群, 和活性銀河核.[47]

伽馬射線天文學

伽瑪射線天文學觀察到電磁光譜最短波長的天文對象。可以直接觀察到伽瑪射線康普頓伽瑪射線天文台或通過專門的望遠鏡稱為大氣Cherenkov望遠鏡.[47]Cherenkov望遠鏡無法直接檢測到伽馬射線,而是檢測到伽瑪射線被地球大氣吸收時產生的可見光閃光。[54]

最多伽馬射線發射來源實際上是伽馬射線爆發,在消失之前,僅產生幾毫秒到數千秒的物體,以伽瑪輻射幾毫秒到數千秒。只有10%的伽馬射線來源是非傳輸來源。這些穩定的伽馬射線發射器包括脈衝星,中子星, 和黑洞諸如活性銀河核等候選者。[47]

不基於電磁頻譜的字段

除了電磁輻射外,還可以從地球觀察到其他一些源自距離的事件。

中微子天文學,天文學家使用嚴重的屏蔽地下設施智者gallex, 和Kamioka II/III為了檢測中微子。大多數中微子通過地球流過的太陽,但也從中發現了24個中微子Supernova 1987a.[47]宇宙射線,由非常高的能量顆粒(原子核)組成,當它們進入地球大氣中時可能會衰減或吸收,從而導致一系列二級顆粒可以通過當前的觀測值檢測到。[55]一些未來中微子探測器當宇宙射線撞擊地球大氣時,也可能對產生的顆粒敏感。[47]

引力波天文學是一個新興的天文學領域重力波探測器收集有關遠距離物體的觀察數據。已經構建了一些觀測值,例如激光干涉儀重力天文台Ligo。 Ligo做到了首次檢測2015年9月14日,觀察引力波二進制黑洞.[56]一秒引力波於2015年12月26日被檢測到,應繼續進行其他觀察,但引力波需要非常敏感的樂器。[57][58]

使用電磁輻射,中微子或重力波和其他互補信息進行觀察的組合被稱為多門徒天文學.[59][60]

天文學和天體力學

星團Pismis 24帶有星雲

天文學和所有科學中最古老的領域之一是測量天體的位置。從歷史上看,對太陽,月亮,行星和恆星的位置的準確了解至關重要天體導航(使用天體對象指導導航)和製作日曆.

仔細測量行星的位置已導致對重力的深刻理解擾動,以及能夠精確地確定行星的過去和未來位置的能力,該領域被稱為天體力學。最近跟踪接近地點的物體將允許預測地球與這些物體的緊密相遇或潛在碰撞。[61]

測量恆星視差附近的恆星提供了基線宇宙距離梯子用於測量宇宙的規模。附近恆星的視差測量為更遙遠的恆星的性質提供了絕對基線,因為可以比較它們的性質。測量徑向速度適當的運動恆星允許天文學家通過銀河系繪製這些系統的運動。星體結果是計算推測分佈的基礎暗物質在銀河系中。[62]

在1990年代,測量恆星搖擺附近的星星是用於檢測大的陽性行星繞那些星星繞。[63]

理論天文學

理論天文學家使用多種工具,包括分析模型計算數值模擬;每個都有其特殊的優勢。過程的分析模型可以更好地洞悉正在發生的事情的核心。數值模型揭示了現象的存在和其他未觀察到的影響。[64][65]

天文學的理論家努力創建理論模型,並從結果中預測這些模型的觀察結果。模型預測的現象的觀察使天文學家可以在幾個替代或衝突模型之間選擇一個最能描述現象的模型。

理論家還嘗試生成或修改模型以考慮新數據。在數據與模型結果之間存在不一致的情況下,一般的趨勢是嘗試對模型進行最小化的修改,以使其產生適合數據的結果。在某些情況下,隨著時間的推移,大量不一致的數據可能導致模型的總放棄。

理論天文學家建模的現象包括:恆星動力學進化星系形成大規模分佈事情在裡面宇宙;起源宇宙射線一般相對論物理宇宙學, 包含細繩宇宙學Astropicticle物理學。天體物理相對論是衡量重力在所研究的物理現像中起重要作用的大規模結構的特性的工具黑洞(太空人)物理和研究引力波.

一些廣泛接受並研究了天文學的理論和模型,現在包括Lambda-CDM模型大爆炸暗物質和基本理論物理.

此過程的一些示例:

物理過程實驗工具理論模型解釋/預測
引力射電望遠鏡自我磨削系統出現星系
核融合光譜法恆星進化星星如何發光以及如何形成金屬
大爆炸哈勃太空望遠鏡COBE擴展宇宙宇宙年齡
量子波動宇宙通貨膨脹平坦問題
引力崩潰X射線天文學一般相對論黑洞在中心仙女座銀河系
CNO循環在星星中大型恆星的主要能源。

隨著宇宙通貨膨脹暗物質暗能量是當前的天文學主題,[66]由於他們的發現和爭議起源於星系研究。

特定的子場

天體物理學

天體物理學適用物理化學了解天文學進行的測量。可觀察到的宇宙的表示,包括來自哈勃和別的望遠鏡.

天體物理學是採用物理原理的天文學分支化學“確定天文對象,而不是他們在太空中的位置或動作”。[67][68]研究的對像是太陽, 其他星星星系陽性行星, 這星際介質宇宙微波背景.[69][70]它們的排放均在各個部分進行檢查電磁頻譜,所檢查的屬性包括亮度密度溫度, 和化學作品。因為天體物理學是一個非常廣泛的主題,所以天體物理學家通常應用許多物理學科,包括力學電磁學統計力學熱力學量子力學相對論粒子物理, 和原子和分子物理學.

實際上,現代天文學研究通常涉及大量的工作理論和觀察物理學。一些天體物理學家的研究領域包括他們確定的特性的嘗試暗物質暗能量, 和黑洞;是否時間旅行可能,蟲洞可以形成,或多元宇宙存在;和起源宇宙的最終命運.[69]理論天體物理學家還研究了主題太陽系形成和演變恆星動力學進化星系形成和進化磁水動力學大規模結構事情在宇宙中;起源宇宙射線一般相對論物理宇宙學, 包含細繩宇宙學和Astropicticle物理學.

星體化學

星體化學是對豐度和反應的研究分子在裡面宇宙,以及他們與輻射.[71]該學科是天文學和化學。 “星體化學”一詞可以應用於太陽系星際介質。研究豐富的元素和同位素太陽係對象的比率,例如隕石,也稱為宇宙化學,而星際原子和分子的研究及其與輻射的相互作用有時稱為分子天體物理學。形成,原子和化學成分,進化和命運分子氣雲是特別感興趣的,因為正是來自這些雲層形成的雲。

該領域的研究有助於理解太陽系的形成,地球的起源和地質,生物發生,以及氣候和海洋的起源。

天體生物學

天體生物學是一個跨學科科學領域起源早期進化,分銷和未來生活在裡面宇宙。天體生物學考慮了一個問題外星人的生活存在,以及人類如何檢測到它。[72]期限外生物學很相似。[73]

天體生物學利用分子生物學生物物理學生物化學化學,天文學,物理宇宙學外部球門學地質學調查其他世界上生活的可能性,並幫助認識生物圈這可能與地球上的不同。[74]起源生命的早期演變是天文學學科的不可分割的一部分。[75]天文學與現有的解釋有關科學數據,儘管猜測是為了提供背景的娛樂,但天文學的主要關注假設牢固地適合現有科學理論.

這個跨學科現場包括有關起源的研究行星系統,起源太空中的有機化合物,岩石碳相互作用,生物發生在地球上,行星宜居性, 研究生物簽名為了生命檢測以及對潛在的研究適應挑戰的生活在地球和外太空.[76][77][78]

物理宇宙學

宇宙學(來自希臘κόσμος(科斯莫斯)“世界,宇宙”和λόγος(徽標)“詞語”或字面意思是“邏輯”)可以被視為整個宇宙的研究。

觀察宇宙的大規模結構,一個被稱為物理宇宙學,對宇宙的形成和演變提供了深刻的了解。現代宇宙學的基礎是公認的理論大爆炸,其中我們的宇宙從一個時間點開始,此後擴展在138億年的過程中[79]達到目前的狀況。[80]大爆炸的概念可以追溯到發現微波背景輻射1965年。[80]

在這一擴展過程中,宇宙經歷了幾個進化階段。在很早的時候,宇宙經歷了非常迅速的理論宇宙通貨膨脹,這使起始條件均勻。此後,核合成產生了早期宇宙的元素豐度。[80](也可以看看核糖突

當第一個中立原子空間由原始離子的海洋形成,對輻射變得透明,釋放了今天視為微波背景輻射的能量。由於缺乏恆星的能源,擴大的宇宙隨後經歷了黑暗時代。[81]

物質的層次結構從空間質量密度的微小變化開始形成。物質積累在最密集的地區,形成氣體雲和最早的恆星,人口III星。這些巨大的恆星觸發了電源過程並被認為創造了早期宇宙中的許多重元素,通過核衰減,產生了較輕的元素,從而使核合成的循環持續更長。[82]

重力聚集聚集在細絲中,在間隙中留下空隙。逐漸地,天然氣和灰塵組織合併形成第一個原始星系。隨著時間的流逝,這些涉及到更多的物質,經常被組織成小組和集群星系,然後進入大型超級分機。[83]

各種物理領域對於研究宇宙至關重要。跨學科研究涉及量子力學粒子物理血漿物理學凝聚態物理學統計力學光學, 和核物理學.

宇宙結構的基礎是存在暗物質暗能量。這些現在被認為是其主要成分,佔宇宙質量的96%。因此,在嘗試了解這些成分的物理學方面花費了很多努力。[84]

外層面的天文學

該圖像顯示了幾個藍色的,循環形的對象,它們是同一星系的多個圖像,由重力鏡頭照片中間附近的黃色星系簇的影響。鏡頭是由簇的重力場產生的,該電場彎曲了光,以放大和扭曲更遙遠的物體的圖像。

我們銀河係以外的物體的研究是與星系的形成和演變,它們的形態(描述)和分類,觀察活動星系,更大規模星系組和集群。最後,後者對於理解宇宙的大規模結構.

最多星系被組織成不同的形狀,可以進行分類方案。他們通常分為螺旋橢圓形不規律的星系。[85]

顧名思義,橢圓星系具有橫截面的形狀橢圓。星星繼續前進隨機的沒有首選方向的軌道。這些星係幾乎沒有星際灰塵,幾乎沒有星形的區域和較老的星星。橢圓星系更常見於銀河簇的核心,並且可能是通過大星系的合併形成的。

螺旋星係被組織成一個平坦的旋轉磁盤,通常在中心有突出的凸起或桿,並尾隨明亮的手臂,向外螺旋。手臂是塵土飛揚的恆星形成區域,其中巨大的年輕星星在其中產生藍色的色調。螺旋星系通常被老恆星的光環包圍。這倆銀河系還有我們最近的星系鄰居之一仙女座銀河系,是螺旋星系。

不規則的星系外觀混亂,既不是螺旋形的也不是橢圓形的。大約四分之一的星係是不規則的,此類星系的特殊形狀可能是重力相互作用的結果。

主動星係是一種從恆星,灰塵和氣體以外的來源發出大量能量的地層。它由核心的緊湊型區域提供動力,被認為是一個超級質量的黑洞,它從活動內材料發出輻射。

一個射電星系是一個活躍的星系,在頻譜的無線電部分非常發光,並且發出了巨大的氣體或裂片。發射較短頻率,高能輻射的活動星系包括Seyfert星系類星體, 和布拉扎爾。據信類星體是已知宇宙中最一致的發光物體。[86]

宇宙的大規模結構由星系組和簇表示。該結構被組織成一個分組的層次結構,其中最大的是超級集星。集體事項已成立細絲和牆壁,留出大的空隙之間。[87]

銀河天文學

觀察到的結構銀河系的螺旋臂

太陽系軌道內的軌道銀河系, 一個禁止螺​​旋星系那是本地團體星系。它是通過相互引力吸引在一起旋轉的氣體,灰塵,恆星和其他物體。由於地球位於塵土飛揚的外臂內,因此,銀河系中有很大一部分被視線遮蓋。

在銀河系的中心是核心,核心的凸起凸起,被認為是一個超大的黑洞在其中心。這被四個主臂包圍,螺旋從核心旋轉。這是一個活躍星形成的區域,其中包含許多年輕人,人口i星星。磁盤被一個包圍球體光環年齡較大人口II星星以及相對密集的恆星濃度球狀簇.[88]

星星之間星際介質,一個稀疏物質的區域。在最密集的地區,分子云分子氫和其他元素創造了星形區域。這些從緊湊開始遺前核心或者黑暗的星雲,濃縮和崩潰(以由牛仔褲長度)形成緊湊的質恆星。[89]

隨著較大的恆星出現,它們將雲轉變為H II地區發光氣體和血漿的(電離原子氫)。這恆星風這些星星的超新星爆炸最終導致雲散佈,經常留下一個或多個年輕人開放群集星星。這些簇逐漸散佈,星星加入了銀河系的人口。[90]

對銀河系和其他星系的物質的運動學研究表明,質量比可見的物質所能說明的要多。一個暗物質光環儘管這種暗物質的性質仍然不確定,但似乎占主導地位。[91]

恆星天文學

MZ 3,通常稱為螞蟻行星星雲。與普通爆炸的混亂模式不同,垂死中心恆星的射出氣體顯示出對稱模式。

恆星和恆星進化對於我們對宇宙的理解至關重要。恆星的天體物理學是通過觀察和理論理解來確定的。以及內部計算機模擬。[92]星形形成發生在密集的灰塵和氣體區域,稱為巨型分子云。當不穩定時,雲碎片可能在重力的影響下崩潰,形成一個原恆星。一個足夠密集且熱的核心區域將觸發核融合,從而創建一個主要序列明星.[89]

幾乎所有元素都比創建在星芯內。[92]

所得星的特性主要取決於其起始質量。恆星越大,其發光度越大,並且將其氫燃料融合到其核心中的速度越快。隨著時間的流逝,這種氫燃料完全轉化為氦氣,恆星開始發展。氦的融合需要更高的核心溫度。足夠高的核心溫度的星星將其外層向外推,同時增加其核心密度。所結果的紅色巨人在擴展的外層形成的情況下,在芯中的氦氣燃料又消耗掉之前,壽命短。非常龐大的恆星還可以融合越來越重的元素,也會發生一系列進化階段。[93]

恆星的最終命運取決於其質量,質量的恆星大於太陽倒塌的八倍超新星[94]較小的恆星從外層吹出,並以一種形式留下惰性核心白矮星。外層的射出形成行星星雲.[95]超新星的殘留物是密集的中子之星,或者,如果恆星質量至少是太陽的三倍黑洞.[96]緊密繞行的二進制恆星可以遵循更複雜的進化路徑,例如大傳遞到可能引起超新星的白色矮人伴侶中。[97]行星星雲和超新星分佈金屬“通過融合到星際介質中,在恆星中產生;沒有它們,所有新恆星(及其行星系統)將僅由氫和氦氣形成。[98]

太陽天文學

一個紫外線太陽活躍的圖像光球痕跡太空望遠鏡。NASA照片
太陽天文台lomnickýštít(斯洛伐克)建於1962年

在大約八分鐘的距離處,最常研究的恆星是太陽,典型的主要序列矮星恆星課G2 V,大約46億年(GYR)。太陽不被認為可變星,但它確實發生了周期性的活動,稱為黑子週期。這是11年的振盪黑子號。黑子是與強烈磁活動相關的低於平均溫度的區域。[99]

自從首次成為主序列以來,太陽的發光度穩步增加了40%。太陽還經歷了亮度的周期性變化,可能會對地球產生重大影響。[100]最低限度,例如,據信已導致小冰河時代現象中世紀.[101]

太陽的可見外表面稱為光球。在這一層上方是一個被稱為色球。這被迅速升高溫度的過渡區域所包圍,最後是超熱電暈.

在太陽的中心是核心區域,溫度和壓力足夠核融合發生。核心上方是輻射區,等離子體通過輻射傳達能量通量。上面是對流區氣體材料主要通過稱為對流的氣體的物理位移來運輸能量。據信,對流區內的質量運動會產生產生黑子的磁性活動。[99]

等離子體顆粒的太陽風不斷從太陽向外流,直到在太陽系的最外部極限,它到達Heliopause。當太陽風經過地球時,它與地球磁場(磁層)並偏轉太陽風,但會捕獲一些創造的範·艾倫輻射帶那包裹著地球。這極光當太陽風顆粒被磁通線引導到地球極區域時,會產生氣氛.[102]

行星科學

頂部的黑點是塵埃魔鬼攀登火山口牆火星。這個動人的,旋轉的柱火星氣氛(與陸地相提並論龍捲風)創造了長長的黑暗條紋。

行星科學是對組合的研究行星衛星矮星彗星小行星,以及其他旋轉太陽以及極性行星的身體。這太陽系最初是通過望遠鏡進行了相對良好的研究,然後是通過航天器。儘管仍在做出許多新發現,但這為太陽行星系統的形成和演變提供了很好的總體理解。[103]

太陽系分為內部太陽系(細分為內行星和小行星帶), 這外太陽系(細分為外行星和半人馬),彗星,跨北部地區(細分為Kuiper帶,和散落的盤)和最遠的地區(例如,氣球,和Oort雲,這可能會延伸到光年)。內在陸地行星包括金星,地球和火星。外部巨型行星汽油巨頭(木星土星)和冰巨人(天王星海王星)。[104]

行星在46億年前形成原月經磁盤圍繞著早期的陽光。通過包括重力吸引力,碰撞和積聚的過程,隨著時間的流逝,磁盤形成了物質的團塊。這輻射壓力太陽風然後驅逐了大多數未經調查的物質,只有那些具有足夠質量的行星保留了氣態的氣氛。在激烈轟炸期間,行星繼續掃蕩或驅逐剩下的事情,這是許多人證明的撞擊隕石坑在月球上。在此期間,某些原始星et可能發生了碰撞,其中一種碰撞可能有形成月亮.[105]

一旦行星達到足夠的質量,不同密度的材料在內部隔離行星區分。這個過程可以形成石質或金屬芯,周圍是地幔和外殼。核心可能包括固體和液體區域,某些行星岩心會產生自己的磁場,可以保護他們的氣氛免受太陽風剝離。[106]

行星或月亮的室內熱是由放射性材料的腐爛產生人體的碰撞產生的(例如, 和26al), 或者潮汐加熱由與其他身體的相互作用引起。一些行星和衛星會積聚足夠的熱量以驅動地質過程,例如火山主義和構造。那些積累或保留的人氣氛也可以表面侵蝕從風或水。較小的身體,沒有潮汐加熱,更快地冷卻;除了影響碎屑外,他們的地質活動停止了。[107]

跨學科研究

天文學和天體物理學與其他主要科學領域建立了巨大的跨學科聯繫。考古學是在文化背景下對古代或傳統天文學的研究考古學人類學證據。天體生物學是對宇宙生物系統的出現和演變的研究,尤其強調了非物體生命的可能性。星際術是將統計數據應用於天體物理學對大量觀察天體物理數據的分析。

研究化學物質在太空中發現,包括它們的形成,互動和破壞,稱為星體化學。這些物質通常在分子云,儘管它們也可能出現在低溫恆星,棕色矮人和行星中。宇宙化學是對太陽系中發現的化學物質的研究,包括元素的起源和變化同位素比率。這兩個領域都代表了天文學和化學學科的重疊。作為 ”法醫天文學“最後,天文學的方法已被用來解決法律和歷史問題。

業餘天文學

業餘天文學家可以建造自己的設備,並舉行明星派對和聚會,例如斯特拉法.

天文學是業餘愛好者可以貢獻最大的科學之一。[108]

總體而言,業餘天文學家有時會使用消費者級設備或他們自己建造的設備。業餘天文學家的共同目標包括太陽,月球,行星,星星,彗星,流星淋浴,以及各種各樣的深色的物體例如星形簇,星系和星雲。天文學俱樂部都位於世界各地,許多計劃可以幫助其成員建立和完成觀察計劃,包括觀察梅切爾(110個物體)或Herschel 400夜空中興趣點目錄的所有物體。業餘天文學的一個分支,天文學,涉及拍攝夜空的照片。許多業餘愛好者喜歡專注於觀察特定對象,對像類型或感興趣的事件類型。[109][110]

大多數業餘愛好者在可見的波長下工作,但是許多實驗可見頻譜以外的波長。這包括在常規望遠鏡上使用紅外過濾器,以及射電望遠鏡的使用。業餘射電天文學的先驅是卡爾·詹斯基(Karl Jansky),他們在1930年代開始在無線電波長上觀察天空。許多業餘天文學家使用自製望遠鏡或使用最初用於天文學研究的射電望遠鏡,但現在可以為業餘愛好者使用(例如一英里望遠鏡)。[111][112]

業餘天文學家繼續為天文學領域做出科學貢獻,這是業餘愛好者仍然可以做出重大貢獻的少數科學學科之一。業餘愛好者可以進行掩蓋測量,以改善次要行星的軌道。他們還可以發現彗星,並定期觀察可變星。數字技術的改進使業餘愛好者能夠在天體攝影領域取得令人印象深刻的進步。[113][114][115]

天文學的未解決問題

儘管天文學的科學紀律在理解宇宙及其內容方面取得了長足的進步,但仍然存在一些重要的未解決問題。這些答案可能需要建造新的地面和空間儀器,並可能在理論和實驗物理學領域進行新的發展。

也可以看看

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外部鏈接