— раздел астрономии, изучающий физическое состояние и химический состав небесных тел и их систем, межзвездной и межгалактической сред, а также происходящие в них процессы. Основные разделы астрофизики: физика планет и их спутников, физика Солнца, физика звездных атмосфер, межзвездной среды, теория внутреннего строения звезд и их эволюции. Проблемы строения сверхплотных объектов и связанных с ними процессов (захват вещества из окружающей среды, аккреционные диски и др.) и задачи космологии рассматривает релятивистская астрофизика.

Некоторые сведения по фотометрии

Слово фотометрия означает «измерение света». С помощью фотометрического метода можно измерить интенсивность света, приходящего от любого источника лучистой энергии, в том числе и от небесных тел.
Фотометрия подразделяется на точечную и поверхностную . Точечная фотометрия занимается измерением блеска звезд и других точечных источников света. Поверхностная фотометрия изучает яркость светящихся или освещенных поверхностей (поверхности Солнца, Луны, планет, комет, туманностей).
Основной величиной в фотометрии является световой поток — количество световой энергии, протекающей через данную площадку в единицу времени. Понятие световой энергии в данном случае означает лучистую энергию, ощущаемую человеческим глазом или иным заменяющим его приемником радиации (фотопластинкой, фотоэлементом). Световой поток представляет собой часть общего лучистого потока, образованного радиацией всех длин волн, испускаемых данным источником. Поскольку глаз, фотопластинка и фотоэлемент воспринимают излучение разных длин волн в различной степени и в ограниченном диапазоне, они называются селективными приемниками радиации. Световой поток характеризует мощность лучистого потока, оцененную с помощью селективного приемника радиации.
Приемники излучения непосредственно регистрируют следующие фотометрические величины: глаз — яркость и блеск, фотопластинка — освещенность, фотоэлемент — световой поток. Соответственно применяемому приемнику излучения фотометрия разделяется на визуальную , фотографическую и фотоэлектрическую фотометрию .

Понятие о спектре

Спектр – результат разложения луча электромагнитного излучения, при котором компоненты с различными длинами волн разрешены в пространстве и расположены в порядке увеличения или уменьшения длины волны. Полный спектр электромагнитного излучения охватывает в порядке уменьшения длин волн радио-, микроволновое, инфракрасное, видимое световое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Существует три основных типа спектров: непрерывный, эмиссионный линейчатый и линейчатый спектр поглощения.
Высокая температура и давление в недрах звезд приводят к тому, что в них вырабатывается лучистая энергия. При формировании звезды разогрев вещества вызывается постепенным сжатием под действием гравитационных сил. На более поздних стадиях эволюции звезда поддерживает свое излучение за счет термоядерных реакций, проходящих в ее глубоких слоях. В недрах большинства звезд происходит реакция превращения водорода в гелий. Вещество звезды непрозрачно. Слои звезды, из которых излучение может уходить беспрепятственно, называются ее атмосферой.
Излучение испускается как из внешних, так и из более глубоких частей атмосферы (фотосферы). У звезд типа Солнца фотосфера не слишком протяженная, поэтому край солнечного диска виден резко очерченным. Однако существуют звезды, у которых толщина фотосферы составляет заметную долю радиуса звезды и до нас доходит излучение, идущее с разных глубин фотосферы.
Проходя через внешние слои звезды, излучение испытывает поглощение, характер которого зависит как от химического состава, так и от физических условий, господствующих в звездной оболочке. Для определения этих условий излучение, доходящее к нам от звезды, подвергается спектральному анализу .

Изобретение спектрального анализа. (Кирхгоф и Бунзен)

Создание метода спектрального анализа представляет собой пример открытия, явившегося результатом длительной подготовительной работы многих ученых. Действительно, еще в оптических экспериментальных установках Ньютона можно найти основные элементы спектроскопа. Многие ученые XIX в. наблюдали так называемые «фраунгоферовы» линии в спектре Солнца. Идея о качественном спектральном анализе высказывалась Дж. Гершелем и У.-Г. Ф. Тальботом. Однако заслуга приведения в систему выполненных ранее наблюдений и строгого обоснования нового метода анализа вещества принадлежит двум немецким ученым: физику Г. Кирхгофу и химику Р. Бунзену. Особое значение имело и то обстоятельство, что работа над теоретическим обоснованием спектрального анализа привела Кирхгофа к открытию важнейшего закона теплового излучения , связавшего два раздела физики: оптику и термодинамику.
Широкую известность Бунзен получил как изобретатель научных приборов. Он усовершенствовал ледяной и паровой калориметры, изобрел гальванический элемент нового типа, разработал специальную газовую горелку, дававшую высокотемпературное и практически не светящееся пламя, и другие приборы. В сотрудничестве с английским химиком Г. Роско Бунзен исследовал фотохимические процессы, принял участие в экспедиции в Исландию, где изучал продукты извержения вулкана Гексла и гейзеры, внес вклад в медицину, открыв противоядие при отравлении мышьяком. Особенно много Бунзен работал над совершенствованием методов анализа газов. Достижения Бунзена в этой области были обобщены в классической монографии «Методы газометрии» (1857 г.).
В 1856 г. Бунзен начал работать над методом анализа газов, основанным на наблюдении окраски пламени. Когда он рассказал о своих изысканиях Кирхгофу, то Кирхгоф заметил, что метод анализа можно сделать более информативным, если наблюдать не просто окраску пламени, а спектр его излучения. Совместная разработка этой идеи привела к созданию спектрального анализа . С помощью нового метода Бунзен и Кирхгоф открыли в 1860 г. цезий, а в 1861г. — рубидий. Вслед за ними спектральный анализ стали применять и другие ученые, вследствие чего на протяжении последующих тридцати лет были открыты еще пять новых элементов. Методом спектрального анализа был открыт и гелий. Что интересно, первоначально он был обнаружен при изучении спектра Солнца (о чем говорит и его название) и лишь значительно позже он был обнаружен на Земле.
Кирхгоф много занимался исследованиями в области электричества. Результаты его исследований явились предвосхищением следствий теории электромагнитного поля Максвелла. Значителен его вклад в обобщение теории дифракции Френеля. Много занимался ученый теорией деформаций и равновесия упругих тел. Ряд работ Кирхгофа посвящен термодинамике растворов. Исследования спектров послужили началом работ Кирхгофа по теории теплового излучения. Еще до начала совместной работы Бунзена и Кирхгофа несколько ученых (Д. Брюстер, Л. Фуко, Дж. Г. Стокс) обратили внимание на близость положения в спектре Солнца темных (фраунгоферовых) D-линий и линий испускания в спектре натрия. Однако достаточно глубоко связь между линиями поглощения и испускания до Кирхгофа никто не исследовал. Он же в 1859 г. обнаружил интересное явление — обращение линий испускания в спектре натрия при пропускании через пламя солнечного света различной интенсивности. При пропускании через пламя ослабленного солнечного света линии в спектре натрия становились ярче. Когда же через пламя с парами натрия пропускался неослабленный солнечный свет, то на месте светлых линий испускания возникали отчетливые темные линии. Это наблюдение побудило Кирхгофа заняться анализом связи между процессами поглощения и излучения, что привело к открытию закона теплового излучения .
В 1862 г. Кирхгоф ввел понятие «абсолютно черное тело» и предложил его модель (полость с небольшим отверстием). С этого времени до начала ХХ в. проблема изучения черного тела рассматривалась как одна из самых актуальных в физике. Ее разработка в конечном итоге привела к созданию квантовой теории излучения .



План:

    Введение
  • 1 Наблюдательная астрофизика
  • 2 Теоретическая астрофизика
    • Литература

Введение

Астрофи́зика (от греч. αστρον - «светило» и φύσις - «природа») - наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звёзды, галактики и т. д. Физические свойства материи на самых больших масштабах и возникновение Вселенной изучает космология.

Галактика Андромеды в ультрафиолетовых лучах.

Два представления оптического спектра: сверху «естественное» (видимое в спектроскопе), снизу - как зависимость интенсивности от длины волны. Показан комбинированный спектр излучения солнца. Отмечены линии поглощения бальмеровской серии водорода.

Астрофизика - учение о строении небесных тел. Астрофизика является таким образом частью астрономии, занимающаяся изучением физических свойств и 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, которую правильнее было бы назвать астрохимией, химией небесных тел, так как главные 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. 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 Пулкове также устроено астрофизическое отделение, во главе которого стоит Гассельберг. В настоящей статье мы изложим историю и главные результаты астроспектроскопии, или того отдела Астрофизики, который состоит из приложения спектрального анализа к изучению небесных тел.

Спиральная галактика M 81

Солнечная корона во время солнечного затмения 1999 года

Внегалактическая астрономия: гравитационное линзирование. Это изображение показывает несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются многократными изображениями одной галактики, размноженными из-за эффекта гравитационной линзы от скопления жёлтых галактик возле центра фотографии. Линза создана гравитационным полем скопления, которое искривляет световые лучи, что ведёт к увеличению и искажению изображения более далёкого объекта.

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 (вернее, Онгстром) изготовил чрезвычайно точный атлас солнечного спектра, Секки произвёл обозрение большого числа звёзд посредством спектроскопа и установил четыре типа звёздных спектров, Геггинс начал ряд исследований над спектрами отдельных ярких звёзд. Область применения спектроскопа постепенно расширялась. Геггинсу 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 предпологать, что они находятся в фазе образования отдельных звёзд путём постепенного сгущения их вещества. С середины 60-х годов изучение поверхности Солнца посредством спектроскопа во время затмений и вне их вошло в состав непрерывных наблюдений, производящихся в настоящее время во многих обсерваториях. Геггинс, Локьер в Англии, Жансен во Франции, Фогель в Германии, Таккини в Италии, Гассельберг в России и др. дали обширные исследования, уяснившие строение верхних слоёв солнечной атмосферы (см. Солнце). В то же время с 1868 года по мысли Геггинса 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 перемещений различных линий спектра Солнца 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. Астрофизика шагает в настоящее время большими шагами вперёд, и следует думать что в ближайшем будущем раскрытые ею факты послужат установлению более полной космогонической теории, чем та, которая передана нам предыдущими поколениями.


1. Наблюдательная астрофизика

Радиотелескоп РТФ-32 обсерватории «Зеленчукская», ИПА РАН. Расположен на Северном Кавказе.

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 на длинах волн в диапазоне от нескольких миллиметров до десятков метров и далее. Радиоволны обычно испускаются холодными объектами, такими как межзвёздный газ, пылевые облака, пульсары (впервые обнаруженные в микроволновом диапазоне), далёкие радиогалактики и квазары. Также объектом изучения радиоастрономии является реликтовое излучение. Для наблюдений в радиодиапазоне требуются телескопы очень больших размеров. Зачастую наблюдения производятся с использованием интерферометров.
  • Инфракрасная астрономия изучает излучение на волнах, находящихся в промежутке между радиоизлучением и видимым светом. Наблюдения в этой области спектра обычно производятся на телескопах, подобных обычным оптическим 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, спекл-интерферометрия, а также выведение телескопов в космическое пространство за пределы атмосферы. В этом диапазоне хорошо видны звёзды и планетарные 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 пр 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.


2. Теоретическая астрофизика

Теоретическая астрофизика использует как аналитические методы так и численное моделирование для изучения различных астрофизических явлений, построения их моделей 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
  • Магнитогидродинамика
  • Космология (Модель Λ CDM, тёмное вещество и тёмная энергия, инфляция)

Литература

  • В. В. Иванов, Астрофизика - статья, написанная в 2004 г. для Большой российской энциклопедии (где опубликована в несколько сокращенном виде).
  • М. Л. Фильченков, С. В. Копылов, В. С. Евдокимов Курс общей физики: дополнительные главы.
скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . Синхронизация выполнена 09.07.11 20:53:41
Похожие рефераты: Металл (астрофизика) .

В старину многие народы считали, что небо – это тысячеглазое всевидящее божество. Древние греки называли это божество Аргусом или Паноптесом. Звездочеты, таким образом, смело смотрели в глаза богам и даже, считалось, могли разглядеть в этих глазах судьбы людей, правителей и стран. Потому в древние времена звездочеты были в почете. Впрочем, кроме предсказаний судьбы работа древних наблюдателей небес приносила и несомненные земные результаты. Благодаря этим наблюдениям люди научились исчислять время и ориентироваться на земной поверхности и на глади вод.

И в Средние века, и в эпоху Возрождения астрономы присутствовали при дворах любых властителей Запада и Востока. Главной задачей их было составление астрологических прогнозов. В свободное от основных обязанностей время они могли смотреть на звезды, сколько душа пожелает. Датчанин Тихо Браге (1546 - 1601) для этого даже выстроил специальную обсерваторию на острове неподалеку от Копенгагена. Его астрономические наблюдения были настолько точны и многочисленны, что послужили основой для открытия законов движения планет, называемых законами Кеплера. Кстати, Иоганн Кеплер (1571 -1630) тоже зарабатывал на жизнь астрологией.

И вот в безбожном 18 веке астрономы дошли до предела безнравственности. Они заявили, что небесные тела – совсем не глаза Бога, а суть физические тела. Мертвые камни (если речь идет о планетах) или сгустки огня (если мы говорим о звездах). Собственно говоря, этим открытием астрономы подписали смертный приговор своему благополучию. Потому что одно дело – Божья воля, прочитанная на небесах, и совсем другое дело – какие-то летающие посреди холода и темноты каменные обломки.

С другой стороны, благодаря этому открытию появилась астрофизика. Астрофизика – это наука о строении и свойствах небесных тел. Она изучает химический состав планет, Солнца, других звезд, комет и галактик. Астрофизика базируется не только на наблюдениях небесных тел, но и с помощью экспериментальных методов изучает физические свойства этих отдаленных объектов. Экспериментальными методами астрофизики являются в первую очередь, фотография, фотометрия и спектральный анализ. За последние пятьдесят лет астрофизические приборы стали работать не только на поверхности Земли, не только в горных обсерваториях, но и на борту космических кораблей. Выход астрофизики в космос принес новые открытия и породил одну из интереснейших отраслей этой науки, экспериментальную астрономию. Потрогать Луну, просверлить скважину на Марсе – честное слово, это кайф!

Астрофизика – один из предметов, изучаемых на астрономических факультетах университетов. Астрофизики – это те, кто развивают эту науку. Надо сказать, что профессия эта – редкая. Ведь не так уж много астрофизиков требуется человечеству. Гораздо меньше, чем в Средние века государям требовалось астрологов.

Астрофизика, как и астрономия – наука романтическая. Красота звездного неба многих очаровывает с детства. До сих пор помню, как захватило у меня, десятилетнего, дыхание, когда я увидел Марс в объективе телескопа. А ведь стоял телескоп не где-нибудь на вершине Памира, а всего-навсего на крыше заурядного педагогического института в районном центре М.!

Так вот, красота сверкающего звездами неба многих не отпускает всю жизнь. И эти бедолаги идут на астрономические специальности в университетах, заранее зная, что ни больших денег, ни великой славы (которую тоже можно конвертировать в деньги) с этой специальностью не заработаешь. И жить, получив эту специальность, придется в какой-нибудь дыре, да на горе. В Пулковской обсерватории для всех места не хватит, да и выдающихся открытий там уже не сделать. Небо засвечивает находящийся рядом сияющий миллионом огней Санкт-Петербург.

Рабочий день астрофизика – тоже не сахар. Вернее, это рабочая ночь. Этакий ночной дозор. Астрофизик приходит в обсерваторию после заката, но еще при свете, в сумерках. Пока светло, быстро готовится аппаратура, расчехляется телескоп. Наблюдения начинаются в темноте и заканчиваются с рассветом. Романтика, однако, хотя, конечно, хочется спать.

Зимой же, когда ночи длинные, работа длится больше положенных по кодексу законов о труде восьми часов. Тогда очень радует рассвет и простывшая за ночь кровать.

Одна ночь наблюдения – это сотни фотографий, спектрограмм, записей и графиков. Наблюдения, сделанные за неделю, надо скрупулезно обрабатывать месяц. А результат – хуже, чем у поэта из стихотворения В.Маяковского: «В грамм добыча – в год труды» . Иногда (но не всегда) результатом является публикация, доклад на конференции.

Опять же, говоря словами В.Маяковского: «Если звезды зажигаются, значит это кому-нибудь нужно» . Теперь астрофизику приходится постоянно объяснять людям эту поэтическую максиму. Да, прошли благословенные времена Средневековья! Астрономия нынче финансируется плохо. Даже в школах астрономию, предмет для юных умов интереснейший, тоже не изучает. Все упирается в то же финансирование. Часов на астрономию не хватает!

Великие открытия? Они случаются. Но так же, как мест в Пулковской обсерватории, на всех астрофизиков их не хватает.

Например, 12 ноября 2014 года была произведена первая в истории посадка космического аппарата на поверхность кометы. Комета называлась кометой Чурюмова-Герасименко. Астрофизик Светлана Ивановна Герасименко, открывшая эту комету, вспоминает, что сделано это открытие было благодаря бракованной фотопластинке в далеком сентябре 1969 года. Но открытая в тот год комета получила всемирную известность только благодаря тому, что к ней был запущен космический робот.

И еще раз к вопросу о монетизации астрофизических открытий. За открытие новой кометы аспирантка Герасименко получила премию 30 рублей. Мелочь, а приятно. Опять же, если вдуматься, какая польза народному-то хозяйству от какой-то там небесной кометы? Ноль целых, шиш десятых. Так что еще много заплатили!

Нет, ребята, не стоит идти в астрофизики. Больших денег среди звезд не сыскать.

Но все-таки здорово, когда в окуляре телескопа смотришь на вспышку сверхновой звезды. Не в кино ее видишь, а в реальности. Так сказать, в режиме «он-лайн». И осознаешь, какой это страшный, всесметающий, был взрыв, и как давно это было, миллионы лет назад... И как далеко это было, если свет этой вспышки только сейчас вошел в твой глаз, преодолев непредставимое расстояние. И что никто, кроме тебя, сейчас этой вспышки не видит. Вот тут-то и представляешь себя Демиургом, творцом Вселенной. Потому что, кажется, потихоньку начинаешь догадываться, как эта Вселенная устроена и для чего построена.

И это дорогого стоит.

http://mir-prekrasen.net/uploads/posts/2011-02/1297875549_1%28NASA-med%29.jpeg NGC 4414, типичная спиральная галактика в созвездии Волосы Вероники, примерно 56 тыс. световых лет в диаметре, расположенная примерно 60 млн световых лет от Земли Астрофизика – раздел астрономии, изучающий все разнообразие физических явлений во Вселенной. По объектам исследования выделяют физику Солнца, планет, межзвездной среды и туманностей, звезд, космологию. Она начала свое развитие с открытия спектроскопии в 19 веке, что позволило астрономам анализировать структуру звезд по излучаемым ими светом. Астрофизики рассматривают Вселенную как огромную лабораторию, в которой они могут изучать материю при различных температурах, давления и плотности, которые недостижимы на Земле.
Астрофiзика занимается экспериментальным и теоретическим изучением строения звезд и вокруг звездных оболочек, межзвездной среды, корпускулярного и электромагнитного (радио-, теплового, оптического, рентгеновского и гамма-) излучения планет, Солнца, звезд и галактик, движения звездных систем, разработка космогонических моделей.
Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическое состояние и химический состав небесных тел и межзвездной среды, а также процессов, происходящих в них.
Как самостоятельная область науки астрофизика начала развиваться с середины 19 в. в связи с успехами физики, особенно с открытием спектрального анализа и применением фотографии. Нач. 20 века разработка теоретической физики, в частности теории излучения и атомной физики, а также быстрый рост техники наблюдений стали предпосылкой интенсивного развития астрофизики.
Основные разделы астрофизики: физика Солнца, физика звездных атмосфер, физика газовых туманностей, теория внутреннего строения звезд, физика планет и др. Практическая А. разрабатывал методы исследований небесных тел. Теоретическая А. использует результаты этих исследований для выяснения физ. природы небесных тел.
Области исследований:
Теоретические и экспериментальные исследования в следующих направлениях:
Среди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрии, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.
Одним из важнейших достижений астрофизики является вывод о единстве вещества во Вселенной. Химический состав различных небесных тел очень похож; их вещество состоит из тех же элементов, которые мы находим в телах земной природы. Открытый 1868 на Солнце газ гелий был найден 1895 и на Земле. Долгое время ученые считали, что в состав газовых туманностей Идет газ небыло – источник нескольких спектральных линий, которые не наблюдаются в земных условиях. Но 1927 был доказано, что эти, т.н. небулярного, линии возникают благодаря особому свечению хорошо известных на Земле химических элементов – кислорода, азота и др. В спектре солнечной короны наблюдаются яркие корональные линии, которые очень долго не удавалось отождествить с линиями известных химических элементов. Как оказалось, они принадлежат не гипотетическом газа «Корония», а железу, никеля и кальция в высоких стадиях ионизации.
Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимостями (т.е. мощностями излучения), размерами и другими характеристиками. Классификация зрение основывается на сравнительном изучении их спектров (см. Спектральные классы звезд). Между спектрами звезд и их светимостями установлена определенная связь, выражаемый диаграммой спектр – светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя так называемую главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов т.д. Очень интересным является класс белых карликов – горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 10 5 – 10 6 г / см 3). Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучение в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы – фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующей слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения – фраунгоферовы линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы – солнечная корона – очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца очень влияют на геофизические явления.
Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности является, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.
Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих звезд является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.
Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволило приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.
В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольский, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих др. связанные с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других отраслях астрофизики. Большие успехи достигнуты в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустела, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, М.П. Барабашов и другие), межпланетного среды (В. Г. Фесенков и др.).
Ведущими научно-исследовательскими учреждениями СССР в области астрофизики были Крымская астрофизическая обсерватория АН СССР и Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория АН СССР, Астрономический институт им. Штернберга МГУ, крупные республиканские обсерватории: Абастуманской (Грузия), Бюраканская (Армения), Главная астрономическая обсерватория АН УССР и др., а также астрономические обсерватории Ленинградского, Киевского, Казанского, Харьковского и Одесского университетов.

Единственный способ изучения удаленных объектов — это наблюдение излучения, которое они производят. Поэтому большая часть астрофизики связана с построением теорий, объясняющих механизмы, производящие это излучение.

Астрофизика дает ученым идеи о том, как извлечь из этого максимально полезную информацию. Первые гипотезы о природе звезд возникли в середине XIX века. Это произошло в ходе развития появившейся тогда науки о спектральном анализе. Она производит наблюдение определенных частот света, которые отдельные вещества поглощают и выделяют при нагревании. Спектральный анализ остается и сейчас весьма существенным для триумвирата космических наук. Он используется как для исследований, так и для тестирования новых теорий.

Ранняя спектроскопия представила первые доказательства того, что звезды содержат вещества, также присутствующие и на Земле. Спектроскопия показала, что некоторые туманности являются полностью газообразными, а некоторые из них содержат звезды. Это позже помогло укрепить идею о том, что некоторые туманности вообще не были туманностями. Это были другие галактики!

Теория большого взрыва

В начале 1920-х годов Сесилия Пейн, используя спектроскопию, обнаружила, что звезды состоят преимущественно из водорода (по крайней мере, до своей старости). Спектры звезд также позволили астрофизикам определить скорость, с которой они двигаются в сторону Земли. Подобно тому, как звук, который излучает автомобиль, отличается по частоте в зависимости от того, двигается ли он к нам или от нас, из-за допплеровского сдвига частоты спектры звезд будут меняться соответственно

В 1930-х годах, объединив допплеровский сдвиг и теорию общей теории относительности Эйнштейна, получил убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется. Это также было предсказано теорией Эйнштейна и вместе составляет основу теории Большого Взрыва.

Также в середине 19-го века физики лорд Кельвин (Уильям Томсон) и Густав фон Гельмгольц предположили, что гравитационное сжатие может привести к усилению энергетики Солнца. Но в конце концов они поняли, что энергии, произведенной таким образом, хватит только на 100 000 лет. Пятьдесят лет спустя знаменитая формула Энштейна E = mc 2 дала астрофизикам ключ к тому, каков истинный источник энергии звезд. Хотя, как оказалось, гравитационное сжатие также играет в этом процессе важную роль.

Когда ядерная физика, квантовая механика и физика частиц возникли в первой половине 20-го века, стало возможным сформулировать теории о том, как ядерный синтез может влиять на жизнь звезды. Эти теории описывают, как звезды формируются, живут и умирают. И успешно объясняют наблюдаемое распределение типов звезд, их спектров, светимостей, возрастов и других особенностей.

Физика звезд

Астрофизика — это физика звезд и других отдаленных тел во Вселенной. Но она также может работать и «близко к дому». Согласно теории Большого Взрыва, первые звезды почти полностью состояли из водорода. Процесс ядерного синтеза, который активировал их, заставил атомы водорода создать более тяжелый элемент — гелий. В 1957 году астрономическая группа Джеффри и Маргарет Бербидж вместе с физиками Уильямом Альфредом Фаулером и Фредом Хойлом показала, как по мере старения звезд они производят все более тяжелые и тяжелые элементы. Эти элементы передаются более поздним поколениям звезд во все большем количестве.

На заключительных этапах жизни старых звезд образуются элементы, обнаруженные на Земле. Такие как железо (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%). Одним из этих элементов является углерод. Он вместе с кислородом составляет массу всей живой материи, включая нас.

Таким образом, говорит, что хотя мы не все являемся звездами, все мы — звездная пыль.