يتم إجراء البحوث الفلكية في المعاهد العلمية والجامعات والمراصد. يوجد مرصد بولكوفو بالقرب من لينينغراد (الشكل 36) منذ عام 1839 ويشتهر بتجميع كتالوجات النجوم الأكثر دقة. في القرن الماضي كانت تسمى العاصمة الفلكية للعالم. تشمل أكبر المراصد في الفضاء ما بعد الاتحاد السوفيتي المرصد الفيزيائي الفلكي الخاص في شمال القوقاز ، ومرصد القرم (بالقرب من سيمفيروبول) ، وبيوراكان (بالقرب من يريفان) ، وأباستومانسكايا (بالقرب من بورجومي) ، وجولوسيفسكايا (في كييف) ، وشيماخينسكايا (بالقرب من باكو) . أكبر المعاهد الفلكية في روسيا هي معهد P.K.Sternberg الفلكي بجامعة موسكو الحكومية ومعهد علم الفلك النظري التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في لينينغراد.
1. علم الفلك البصري.
الأداة الفلكية الرئيسية هي تلسكوب.
الغرض من التلسكوب هو جمع أكبر قدر ممكن من الضوء من الكائن قيد الدراسة و (للملاحظات المرئية) لزيادة أبعاده الزاويّة الظاهرة.
الجزء البصري الرئيسي من التلسكوب هو عدسة،الذي يجمع الضوء ويخلق صورة للمصدر.
إذا كانت عدسة التلسكوب عبارة عن عدسة أو نظام عدسة ، فسيتم استدعاء التلسكوب المنكسر، وإذا مرآة مقعرة ، إذن العاكس.
كان الاختراق الكبير في تصميم التلسكوبات هو اختراع تلسكوب الغضروف المفصلي من قبل أخصائي البصريات السوفيتي د. د. ماكسوتوف. الغضروف المفصلي عبارة عن عدسة رقيقة محدبة مقعرة ذات انحناء صغير ، يتم تثبيتها في الجزء العلوي من الأنبوب لتصحيح أوجه القصور في المرآة الرئيسية. يتم استخدام بقعة مستديرة من الألومنيوم يتم رشها على سطح الغضروف المفصلي كمرآة إضافية.
تعتمد الطاقة الضوئية التي يجمعها التلسكوب على حجم العدسة. كلما كانت مساحة سطحه أكبر ، يمكن ملاحظة الأجسام المضيئة الخافتة من خلال التلسكوب.
في المنكسر ، تنكسر الأشعة التي تمر عبر العدسة وتشكل صورة للجسم طائرة الوصل... في العاكس ، تنعكس الأشعة من المرآة المقعرة ثم يتم جمعها أيضًا في المستوى البؤري.
الشكل 54. رسم تخطيطي للتلسكوبات:
أ) المنكسر ب) عاكس. ج) تلسكوب الغضروف المفصلي.
يمكن عرض صورة جسم سماوي تم إنشاؤه بواسطة عدسة إما من خلال عدسة تسمى العدسة ، أو تصويرها.
للقياسات عالية الدقة لطاقة تدفق الضوء ، يتم استخدام أجهزة قياس الضوء الكهروضوئية. في داخلها ، يتم توجيه الضوء من النجم ، الذي تم جمعه بواسطة عدسة التلسكوب ، إلى الطبقة الحساسة للضوء لجهاز التفريغ الإلكتروني - أنبوب مضاعف ضوئي ، حيث يتم توليد تيار ضعيف وتضخيمه وتسجيله بواسطة أجهزة إلكترونية خاصة. من خلال إرسال الضوء من خلال مرشحات ضوئية مختلفة مختارة خصيصًا ، يقوم علماء الفلك بتقييم لون الجسم بشكل كمي ودقيق.
الشكل 55. صورة تلسكوب بصري للمجرة.
2- علم الفلك الإشعاعي.
بعد اكتشاف الفضاء انبعاث الراديو، لاستقباله تم إنشاؤه التلسكوبات الراديويةأنظمة مختلفة. تبدو هوائيات بعض التلسكوبات الراديوية وكأنها عاكسات عادية. يجمعون موجات الراديو في بؤرة مرآة معدنية مقعرة. يمكن صنع هذه المرآة شبكية وذات أبعاد ضخمة - قطرها عشرات الأمتار.
الشكل 56. تلسكوب راديو مرصد أريسيبو (بورتوريكو)
هناك تلسكوبات راديوية تتكون من نظام من الهوائيات المنفصلة متباعدة (أحيانًا بمئات الكيلومترات) ، والتي تساعد في إجراء عمليات الرصد المتزامنة لمصدر راديوي فضائي. تتيح هذه الطريقة معرفة بنية المصدر الراديوي قيد الدراسة وقياس حجمه الزاوي ، حتى لو كان أقل من ثانية قوسية عدة مرات.
الشكل 57. تلسكوب لاسلكي في صحراء أتاكاما (تشيلي).
يعد RATAN-600 أحد أكبر التلسكوبات الراديوية في العالم. تم بناء هذا التلسكوب اللاسلكي في عام 1974 بالقرب من قرية Zelenchukskaya في Karachay-Cherkessia ، على ارتفاع 970 مترًا فوق مستوى سطح البحر.
الشكل 58. راتان -600.
3. التحليل الطيفي.
إن أهم مصدر للمعلومات عن معظم الأجرام السماوية هو إشعاعها. يمكن الحصول على المعلومات الأكثر قيمة وتنوعًا عن الأجسام من خلال التحليل الطيفي لإشعاعاتها. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد التركيب الكيميائي النوعي والكمي للنجم ودرجة حرارته ووجود مجال مغناطيسي وسرعة الحركة على طول خط البصر وغير ذلك الكثير.
التحليل الطيفي ، كما تعلم ، يقوم على ظاهرة تشتت الضوء. إذا تم إرسال شعاع ضيق من الضوء الأبيض إلى الوجه الجانبي لمنشور ثلاثي السطوح ، فعند الانكسار في الزجاج بطرق مختلفة ، ستعطي الأشعة المكونة له شريط قوس قزح على الشاشة ، يسمى الطيف. في الطيف ، يتم ترتيب جميع الألوان دائمًا بترتيب معين.
الشكل 59. تشكيل الطيف.
كما تعلم ، ينتشر الضوء على شكل موجات كهرومغناطيسية. كل لون له طول موجي كهرومغناطيسي محدد. يتناقص الطول الموجي للضوء من الأحمر إلى البنفسجي من حوالي 0.7 إلى 0.4 ميكرون. خلف الأشعة البنفسجية في الطيف تكمن الأشعة فوق البنفسجية غير المرئية للعين ، ولكنها تعمل على لوحة التصوير. الأشعة السينية لها طول موجي أقصر. خلف الأشعة الحمراء توجد منطقة الأشعة تحت الحمراء. إنها غير مرئية ، ولكن يتم إدراكها بواسطة مستقبلات الأشعة تحت الحمراء ، على سبيل المثال ، لوحات التصوير الخاصة.
الشكل 60. مقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي.
للحصول على الأطياف ، يتم استخدام الأجهزة ، ودعا مطيافو مطياف... يتم فحص الطيف في منظار الطيف ، ويتم تصويره باستخدام جهاز قياس الطيف. تسمى صورة الطيف مخطط الطيف.
هناك الأنواع التالية من أطياف المصادر الأرضية والأجرام السماوية.
أ) يتم إعطاء طيف مستمر أو مستمر على شكل شريط قوس قزح بواسطة أجسام متوهجة غير شفافة (الفحم ، خيط من مصباح كهربائي) وكتل كثيفة ممتدة نوعًا ما من الغاز.
ب) يتم إنتاج طيف إشعاع خطي بواسطة غازات وأبخرة مخلخلة عند تسخين قوي. يصدر كل غاز ضوءًا بأطوال موجية محددة بدقة ويعطي طيفًا خطيًا مميزًا لعنصر كيميائي معين. التغييرات القوية في حالة الغاز أو ظروف التألق ، على سبيل المثال ، التسخين أو التأين ، تسبب تغيرات معينة في طيف غاز معين. تم تجميع جداول تسرد خطوط كل غاز وتشير إلى سطوع كل سطر. على سبيل المثال ، في طيف بخار الصوديوم ، يوجد خطان أصفر ساطعان بشكل خاص.
ج) تعطي الغازات والأبخرة طيف امتصاص خطي عندما يوجد خلفها مصدر ساطع يعطي طيفًا مستمرًا. طيف الامتصاص عبارة عن طيف مستمر ، مقطوع بخطوط مظلمة ، تقع في نفس الأماكن التي يجب أن توجد فيها الخطوط الساطعة الكامنة في هذا الغاز. على سبيل المثال ، يوجد خطان للامتصاص المظلمان لبخار الصوديوم في الجزء الأصفر من الطيف.
الشكل 61. أنواع الأطياف.
تسمح لك دراسة الأطياف بتحليل التركيب الكيميائي للغازات التي تنبعث منها أو تمتص الضوء. يتم تحديد عدد الذرات أو الجزيئات التي تنبعث أو تمتص الطاقة من خلال شدة الخطوط. كلما كان خط عنصر معين ملحوظًا في طيف الانبعاث أو الامتصاص ، زاد عدد هذه الذرات (الجزيئات) في مسار شعاع الضوء.
الشمس والنجوم محاطة بأجواء غازية. يتم قطع الطيف المستمر لسطحها المرئي بواسطة خطوط امتصاص مظلمة ناتجة عن مرور الإشعاع عبر الغلاف الجوي للنجوم. لذلك ، فإن أطياف الشمس والنجوم هي أطياف امتصاص.
الشكل 62. الأطياف: 1) الشمس. 2) الهيدروجين 3) الهيليوم 4) سيريوس (نجمة بيضاء) ؛
5) منكب الجوزاء ، أو أوريون (نجمة حمراء)
4. علم الفلك خارج كوكب الأرض
يحتل البحث باستخدام تكنولوجيا الفضاء مكانة خاصة في طرق دراسة الأجرام السماوية والبيئة الفضائية. بدأ ذلك بإطلاق أول قمر صناعي أرضي في العالم في الاتحاد السوفياتي عام 1957. من خلال التطور السريع ، جعلت الملاحة الفضائية من الممكن:
1) إنشاء أقمار صناعية للأرض الاصطناعية خارج الغلاف الجوي ؛
2) إنشاء أقمار صناعية للقمر والكواكب ؛
3) طيران وهبوط الأجهزة التي يتم التحكم فيها من الأرض إلى القمر والكواكب ؛
4) إنشاء آلات أوتوماتيكية يتم التحكم فيها من الأرض ، وتسليم عينات التربة وتسجيلات القياسات المختلفة من الكواكب ؛
5) الرحلات الفضائية للمعامل مع الأشخاص وهبوطهم على سطح القمر.
جعلت المركبات الفضائية من الممكن إجراء البحوث في جميع نطاقات الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي. لذلك ، يُطلق على علم الفلك الحديث غالبًا اسم الموجة الكاملة. تتيح الملاحظات خارج الغلاف الجوي تلقي الإشعاع في الفضاء الذي يمتصه الغلاف الجوي للأرض أو يتغير بشدة: الأشعة فوق البنفسجية البعيدة والأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء ، والانبعاثات الراديوية لأطوال موجية معينة لا تصل إلى الأرض ، وكذلك الإشعاع الجسيمي من الشمس والأجساد الأخرى.
أشعة غاماتنبعث من المستعرات الأعظمية والنجوم النيوترونية والنجوم النابضة والثقوب السوداء.
الأشعة السينيةتنبعث منها مجموعات من المجرات ، والثقوب السوداء ، ونواة المجرة النشطة ، وبقايا المستعر الأعظم ، والنجوم ، والنجوم المقترنة بقزم أبيض (نجوم متغيرة كارثية) ، ونجوم نيوترونية أو ثقوب سوداء (ثنائيات الأشعة السينية).
انبعاث الأجسام الأشعة فوق البنفسجية ،تشمل الشمس والنجوم والمجرات الأخرى.
بصريتستخدم التلسكوبات لمراقبة النجوم والمجرات والسدم الكوكبية وأقراص الكواكب الأولية.
الخامس الأشعة تحت الحمراءيمكن رؤية الضوء نجومًا باردة (بما في ذلك الأقزام البنية) والسدم والمجرات البعيدة جدًا.
في قلب .. أو في الوسط نيوترينويكمن التلسكوب في فكرة مفاهيمية عبر عنها الأكاديمي ماركوف في عام 1960. وهو يتألف من تسجيل الجسيمات المشحونة في أعماق المياه ، في البحيرات أو المحيطات ، عن طريق تسجيل وهج ناشئ من نوع خاص (تأثير فافيلوف-شيرينكوف). هذا مصدر قوي إلى حد ما للتسجيل.
في عام 1993 ، بدأ بناء تلسكوب NT-200 Baikal للنيوترينو. احتوت على 196 وحدة بصرية ، وبالتالي كان الرقم 200. وفي هذا التركيب ، بالفعل في عام 1994 ، تم الحصول على النتائج الأولى. من عام 1995 إلى عام 2000 ، تم إنشاء تثبيت AMANDA في القطب الجنوبي - وهذا هو كاشف من الجيل الأول ، مثل بايكال. واتُخذت الخطوة التالية في عام 2008 ، عندما تم تسليم منشأة تحت الماء ، ANTARES ، إلى البحر الأبيض المتوسط ، ولا تزال تعمل في خليج طولون بالقرب من فرنسا. في عام 2011 ، تم إطلاق منشأة في القطب الجنوبي ، تسمى IceCube ، وتحتوي على حوالي 5 آلاف جهاز كشف ضوئي موزعة على كيلومتر مكعب من الجليد على عمق 1500 إلى 2500 متر.
أرز. 63. مقاريب خارج الأرض. من اليسار الى اليمين:
1) تلسكوب الأشعة السينية "أينشتاين"
2) التلسكوب البصري "هابل"
3) تلسكوب جاما "كومبتون"
تم أيضًا الحصول على الكثير من المعلومات حول طبيعة الأجسام الأبعد عنا وأنظمتها بفضل البحث الذي تم إجراؤه باستخدام أدوات مثبتة على مركبات فضائية مختلفة.
تظهر نتائج الدراسات الفيزيائية الفلكية على مدى العقود الماضية أن هناك تغييرات مهمة تحدث في العالم من حولنا ، والتي لا تؤثر فقط على الأشياء الفردية ، بل على الكون بأكمله.
الشكل 64. صورة في الفضاء السحيق تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل.
الفصل 16. الشمس.
الشمس هي الجسم المركزي والأكثر كتلة في النظام الشمسي. تبلغ كتلته 333000 ضعف كتلة الأرض و 750 ضعف كتلة جميع الكواكب الأخرى مجتمعة. تعد الشمس مصدرًا قويًا للطاقة التي تنبعث منها باستمرار في جميع أجزاء طيف الموجات الكهرومغناطيسية - من الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية إلى موجات الراديو. هذا الإشعاع له تأثير قوي على جميع أجسام النظام الشمسي: فهو يسخنهم ، ويؤثر على الأغلفة الجوية للكواكب ، ويوفر الضوء والحرارة اللازمتين للحياة على الأرض.
في الوقت نفسه ، فإن الشمس هي أقرب نجم لنا ، حيث يمكننا ، على عكس جميع النجوم الأخرى ، مراقبة القرص واستخدام التلسكوب لدراسة التفاصيل الصغيرة عليه ، حتى يصل حجمها إلى مئات الكيلومترات. تعتبر الشمس نجمًا نموذجيًا ، وبالتالي تساعد دراستها على فهم طبيعة النجوم بشكل عام.
يتغير القطر الزاوي الظاهر للشمس بشكل طفيف بسبب إهليلج مدار الأرض. في المتوسط ، يبلغ حوالي 32 بوصة ، أو 1/107 راديان ، أي أن قطر الشمس يساوي 1/107 AU ، أو حوالي 1400000 كم ، أي 109 أضعاف قطر الأرض. قوة الإشعاع الكلي من الشمس (لمعانها) حوالي 4 10 كيلو واط ، لذلك فإن جسمًا بأبعاد شمسية ، يتم تسخينه إلى درجة حرارة حوالي 6000 كلفن (درجة حرارة الشمس الفعالة) ، تستقبل الأرض من الشمس حوالي 1/2 مليون. من الطاقة التي تشعها.
الشمس عبارة عن كرة غاز ملتهبة. يتكون أساسًا من الهيدروجين بمزيج 10٪ (حسب عدد الذرات) الهيليوم. عدد ذرات جميع العناصر الأخرى مجتمعة يقل بنحو 1000 مرة. ومع ذلك ، فإن كتلة هذه العناصر الثقيلة هي 1-2٪ من كتلة الشمس. على الشمس ، تكون المادة شديدة التأين ، أي أن الذرات فقدت إلكتروناتها الخارجية ، وأصبحت معها جزيئات حرة من بلازما الغاز المتأينة.
متوسط كثافة المادة الشمسية ρ = 1400 كجم / م 3. هذه القيمة قابلة للمقارنة مع كثافة الماء وهي أكبر ألف مرة من كثافة الهواء على سطح الأرض. ومع ذلك ، في الطبقات الخارجية للشمس ، تكون الكثافة أقل بملايين المرات ، وفي المركز - 100 مرة أكثر من متوسط الكثافة.
تحت تأثير قوى الجاذبية الموجهة نحو مركز الشمس ، يتم إنشاء ضغط هائل في أعماقها.
وفقًا للتصنيف الطيفي ، تنتمي الشمس إلى النوع G2V (القزم الأصفر). يحتوي الطيف الشمسي على خطوط من المعادن المتأينة والمحايدة ، وكذلك الهيدروجين والهيليوم. تبعد الشمس حوالي 26000 سنة ضوئية عن مركز مجرة درب التبانة وتدور حولها ، مما يجعل ثورة واحدة كل 225-250 مليون سنة. تبلغ السرعة المدارية للشمس 217 كم / ث - وبالتالي ، فإنها تمر بسنة ضوئية واحدة في 1400 سنة أرضية ، ووحدة فلكية واحدة - في 8 أيام أرضية. في الوقت الحاضر ، تقع الشمس في الحافة الداخلية لذراع Orion لمجرتنا ، بين ذراع Perseus وذراع القوس ، في ما يسمى بـ "السحابة بين النجوم المحلية" - وهي منطقة ذات كثافة متزايدة ، تقع بدورها ، في "فقاعة محلية" أقل كثافة - منطقة من الغازات النجمية المتناثرة ذات درجة الحرارة العالية. من بين النجوم في أقرب 50 نظامًا نجميًا والمعروفة حاليًا في غضون 17 سنة ضوئية ، تعد الشمس رابع ألمع نجم (الحجم المطلق + 4.83 م).
الشكل 65. موقع الشمس في الفقاعة المحلية.
الفيزياء الفلكية هي فرع من فروع علم الفلك يدرس الطبيعة الفيزيائية للأجرام السماوية وأنظمتها وأصلها وتطورها.
الفيزياء الفلكية هي فيزياء الأجرام السماوية ، كما يوحي الاسم. الفضاء هو في الأساس "مختبر" فيزيائي كبير حيث تنشأ ظروف لا يمكن الوصول إليها في كثير من الأحيان في مختبرات الفيزياء الأرضية ، وبالتالي فهي ذات أهمية استثنائية للعلم. تتميز طرق البحث في الفيزياء الفلكية بميزتين أساسيتين تميزهما عن طرق الفيزياء المختبرية. أولاً ، في المختبر ، يقوم الفيزيائي بنفسه بإجراء تجارب ، ويخضع الجثث التي تم فحصها لتأثيرات مختلفة. في الفيزياء الفلكية ، لا يُتاح سوى الملاحظات السلبية ، حيث لا يمكن بعد إجراء تجارب ، على سبيل المثال ، على النجوم. ثانيًا ، إذا كان من الممكن في المختبر قياس درجة الحرارة والكثافة والتركيب الكيميائي للأجسام بشكل مباشر ، وما إلى ذلك ، ففي الفيزياء الفلكية يتم الحصول على جميع البيانات تقريبًا عن الأجرام السماوية البعيدة عن طريق تحليل الموجات الكهرومغناطيسية القادمة منها - الضوء المرئي وغيرها غير المرئية أشعة العين.
الفيزياء الفلكية مبنية على ملاحظات الفيزياء الفلكية. في هذه الحالة ، فإن الطريقة الأكثر أهمية هي التحليل الطيفي ، أي دراسة تدفق الطاقة للإشعاع القادم إلى الأرض ، اعتمادًا على طول الموجات الكهرومغناطيسية. تحمل الموجات الكهرومغناطيسية معلومات حول الظروف في المادة التي تتولد فيها أو حيث يتم امتصاصها وتناثرها. مهمة التحليل الطيفي هي فك هذه المعلومات.
ظهور التحليل الطيفي في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. سمح على الفور باستخلاص استنتاجات حول التركيب الكيميائي للأجرام السماوية. كان من أوائل الإنجازات الرائعة للفيزياء الفلكية ، التي تم الحصول عليها باستخدام هذه التقنية التجريبية ، اكتشاف عنصر غير معروف سابقًا - الهليوم - عند دراسة طيف الكروموسفير الشمسي أثناء الكسوف الكلي في عام 1868. لاحقًا ، كنتيجة لتطور الفيزياء التجريبية والنظرية ، أصبح من الممكن بمساعدة التحليل الطيفي تحديد جميع الخصائص الفيزيائية للأجرام السماوية والوسط النجمي. تتيح لك الأطياف معرفة درجة حرارة الغاز ، وكثافته ، والمحتوى النسبي للعناصر الكيميائية المختلفة ، وحالة ذرات هذه العناصر ، وسرعة حركة الغاز ، وقوة المجالات المغناطيسية. من أطياف النجوم ، يمكنك أيضًا حساب المسافة إليها ، ومعرفة سرعتها على طول خط الرؤية ، وقياس الدوران ، ومعرفة المزيد.
تستخدم الأدوات الطيفية الحديثة المستخدمة في التلسكوبات أحدث أجهزة الكشف عن الإشعاع الكهروضوئي (انظر التأثير الكهروضوئي) ، وهي أكثر دقة وحساسية من لوحة التصوير أو العين البشرية.
أدى التطور السريع للتكنولوجيا والفيزياء التجريبية في العقود الأخيرة إلى إنشاء أدوات فيزيائية فلكية مصممة لدراسة الموجات الكهرومغناطيسية غير المرئية للعين. أصبحت الفيزياء الفلكية "متعددة الموجات". هذا ، بالطبع ، زاد بشكل لا يقاس من قدرتها على الحصول على معلومات حول الأجرام السماوية. مرة أخرى في الثلاثينيات. تم اكتشاف انبعاث الراديو من مجرتنا هذا القرن. في السنوات اللاحقة ، تم بناء تلسكوبات راديوية عملاقة وأنظمة معقدة من هذه التلسكوبات الراديوية. التلسكوبات الراديوية ، على سبيل المثال ، ترصد الغاز البينجمي البارد الذي لا ينبعث منه ضوء مرئي ، وتدرس حركة الإلكترونات في المجالات المغناطيسية بين النجوم. يأتي البث الراديوي إلى الأرض من المجرات البعيدة ، وغالبًا ما يحمل معلومات حول العمليات التفجيرية العنيفة التي تحدث هناك. أصبح علم الفلك الراديوي أحد الطرق الرئيسية لدراسة النجوم النيوترونية - النجوم النابضة. تحمل موجات الراديو معلومات حول بقايا المستعرات الأعظمية وحول الظروف المذهلة تمامًا في السحب الغازية الكثيفة. أخيرًا ، أتاح علم الفلك الراديوي اكتشاف إشعاع الكون - الإشعاع الكهرومغناطيسي الضعيف الذي يملأ الكون بأكمله وتبلغ درجة حرارته حوالي 3 ك. توسع الكون ، عندما كان كثيفًا وساخنًا منذ حوالي 15 مليار سنة (انظر علم الكونيات ، المادة ، الفضاء).
لقد تعلم علماء الفيزياء الفلكية الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام بمساعدة الأشعة تحت الحمراء ، التي تمر بحرية عبر سحب من الغبار تمتص الضوء المرئي (انظر الأشعة تحت الحمراء). لذلك ، في الأشعة تحت الحمراء ، تُلاحظ العمليات في قلب مجرتنا ، وكذلك النجوم "الفتية" التي ولدت في مجمعات كثيفة من الغاز والغبار.
تحظى الفيزياء الفلكية عالية الطاقة بأهمية خاصة لعلم الفلك ، والتي تدرس عمليات إطلاق الطاقة العنيفة ، والتي غالبًا ما ترتبط بظواهر كارثية في الأجرام السماوية. الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج له تردد عالٍ ، وطول موجي قصير في المقابل ، وينتمي إلى الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما غير المرئية (انظر الأشعة السينية ، إشعاع جاما). يمتص الغلاف الجوي للأرض هذه الأنواع من الإشعاع. لذلك ، لم يكن تطوير هذه الفروع من الفيزياء الفلكية للرصد ممكنًا إلا مع بداية عصر الفضاء ، بعد إنشاء محطات علمية صالحة للسكن وتلقائية خارج الغلاف الجوي للأرض.
أدت الفيزياء الفلكية عالية الطاقة إلى العديد من الاكتشافات المذهلة. اكتشفت تلسكوبات الأشعة السينية غازًا ساخنًا في مجموعات المجرات ، وأشعة سينية نابضة من النجوم النيوترونية في الأنظمة النجمية الثنائية. أخيرًا ، تم اكتشاف إشعاع غاز كثيف شديد الحرارة ، على ما يبدو يدور على شكل دوامة عند سقوطه في ثقب أسود. جعلت تلسكوبات جاما من الممكن الكشف في مركز مجرتنا عن عمليات إبادة الإلكترونات والبوزيترونات - تحولها إلى إشعاع غاما عند الاصطدام.
في السنوات الأخيرة ، بدأ فرع جديد من الفيزياء الفلكية في التطور - علم فلك النيوترينو. نظرًا لقدرتها الهائلة على الاختراق ، فإن النيوترينوات هي النوع الوحيد من الإشعاع الذي يمكن أن يصل إلى الأرض من أعماق الشمس والنجوم ويقدم معلومات حول العمليات التي تحدث هناك. جعلت البيانات الأولى بالفعل عن تدفقات النيوترينو الشمسية من الممكن وضع فرضيات مثيرة للاهتمام حول عمليات الاندماج الحراري النووي في باطن الشمس. سيتم التحقق منها في التجارب المستقبلية.
حاليًا ، يجري البحث عن انفجارات النيوترينو من المستعرات الأعظمية في وقت انهيارها الجاذبي (أي الضغط تحت تأثير الجاذبية) ، ونتيجة لذلك يجب نقل كميات هائلة من الطاقة بعيدًا في شكل إشعاع نيوترينو. تُظهر الحسابات أنه يمكن تسجيل انفجارات النيوترينو هذه في المختبرات الموجودة تحت الأرض (مثل ، على سبيل المثال ، مرصد باكسان للنيوترينو التابع لمعهد الأبحاث النووية ، الأكاديمية الروسية للعلوم) ، حتى لو كان المستعر الأعظم المتفجر غير قابل للرصد بصريًا بسبب المسافات الكبيرة جدًا.
استنادًا إلى بيانات الفيزياء الفلكية للرصد ، بناءً على قوانين الفيزياء ، يستخلص علماء الفلك استنتاجات حول الظروف في الأجرام السماوية التي لا يتم رصدها بشكل مباشر. على سبيل المثال ، يتم حساب البنية الداخلية للنجوم والشمس باستخدام بيانات الرصد الخاصة بالظروف على سطحها. تسمح لك الفيزياء الفلكية النظرية أيضًا بوصف تطور الشمس والنجوم والأجرام السماوية الأخرى.
كما ذكرنا سابقًا ، عند دراسة الظواهر الفيزيائية الفلكية ، غالبًا ما يواجه علماء الفلك ظروفًا فيزيائية لا يمكن الوصول إليها تمامًا في المختبرات الأرضية. وهكذا ، فإن كثافة الغاز بين النجمي أقل بمليارات المرات من كثافة الماء ، وكثافة النجوم النيوترونية هي نفسها كثافة النوى الذرية ؛ قوة المجال المغناطيسي للنجوم النيوترونية أكبر بآلاف المليارات من قوة المجال المغناطيسي للأرض.
ليس من المستغرب أنه في ظل هذه الظروف غير المعتادة يكون حدوث عمليات جديدة غير معروفة أمرًا ممكنًا ، ومن ثم اكتشاف قوانين فيزيائية جديدة. هذه هي أهمية الفيزياء الفلكية للفيزياء ، لجميع العلوم الأساسية التي تدرك العالم من حولنا.
) التركيب الكيميائي للشمس أو الكواكب أو المذنبات أو النجوم والسدم. الطرق التجريبية الرئيسية للفيزياء الفلكية هي التحليل الطيفي والتصوير والقياس الضوئي جنبًا إلى جنب مع الملاحظات الفلكية العادية. يشكل التحليل الطيفي حقلاً يسمى عادةً الكيمياء الفلكية أو كيمياء الأجرام السماوية ، نظرًا لأن التعليمات الرئيسية التي يقدمها المطياف تتعلق بالتركيب الكيميائي للأجسام الفلكية قيد الدراسة. يتم تمييز البحث الضوئي والتصوير الفوتوغرافي أحيانًا في مجالات خاصة للتصوير الفلكي والقياس الضوئي الفلكي. لا ينبغي الخلط بين الفيزياء الفلكية وعلم الفلك الفيزيائي ، حيث من المعتاد الإشارة إلى نظرية حركة الأجرام السماوية ، أي ما يسمى أيضًا بالميكانيكا السماوية. تشمل الفيزياء الفلكية أيضًا دراسة بنية سطح الأجرام السماوية والشمس والكواكب ، قدر الإمكان عن الملاحظات التلسكوبية لهذه الأجسام. مثال على ذلك هو اكتشاف الغلاف الجوي لكوكب الزهرة بواسطة إم في لومونوسوف في عام 1761. إن اسم الفيزياء الفلكية موجود منذ عام 1865 وقد اقترحه زولنر. لا تزال مراصد الفيزياء الفلكية موجودة في عدد قليل جدًا من البلدان. من بين هؤلاء ، الأكثر شهرة تحت قيادة Vogel و Medonsky تحت إشراف Jansen. كما تم إنشاء قسم الفيزياء الفلكية في بولكوفو ، برئاسة هاسيلبيرج.
1 / 5
علم الفلك هو فرع من فروع الفيزياء الفلكية ، والذي يتكون من تطبيق التحليل الطيفي لدراسة الأجرام السماوية.
تم إجراء الدراسات الأولى للطيف الشمسي من قبل أحد مخترعي التحليل الطيفي ، كيرشوف ، في المدينة ، وكانت نتيجة هذه الدراسات رسم الطيف الشمسي ، والذي أمكن من خلاله تحديد التركيب الكيميائي بدقة كبيرة من الغلاف الجوي الشمسي. في وقت سابق فقط ، قدم كيرشوف افتراضات منفصلة من حين لآخر حول إمكانية تحليل الغلاف الجوي الشمسي عن طريق مطياف ، وعلى وجه الخصوص ، حول وجود الصوديوم على الشمس بسبب خط الصوديوم D الداكن الموجود في طيفه. تم التعبير عن مثل هذه الافتراضات ، على سبيل المثال ، من قبل فوكو في باريس وستوكس في كامبريدج. في هذه الأثناء ، قبل ذلك بوقت قصير ، أعرب أوغست كونت في "فلسفته الإيجابية" عن اقتناعه بأنه من المستحيل على الإطلاق معرفة التركيب الكيميائي للأجرام السماوية ، على الرغم من أنه كان يعرف بالفعل في فراونهوفر بوجود خطوط مظلمة في طيف الشمس. وحول وجود أطياف مميزة في بعض النجوم الفردية لسيريوس وكابيلا ومنكب الجوزاء وبروسيون وبولوكس. بعد الدراسات الأولى لكيرشوف ، تولى العديد من علماء الفيزياء الفلكية التحليل الطيفي للأجرام السماوية بحماس كبير ، وسرعان ما قدموا دراسات مفصلة للغاية عن أطياف الشمس والنجوم الثابتة. أنتج أنجستروم أطلسًا دقيقًا للغاية للطيف الشمسي ، وقام Secchi بمسح عدد كبير من النجوم باستخدام مطياف وإنشاء أربعة أنواع من الأطياف النجمية ، وبدأ Huggins سلسلة من الدراسات حول أطياف النجوم الساطعة الفردية. لقد توسع نطاق المطياف تدريجياً. كان هوجينز قادرًا على مراقبة طيف بعض السدم وأكد بطريقة لا تقبل الجدل افتراض وجود نوعين من السدم - النجوم ، التي تتكون من أكوام من النجوم ، والتي ، مع القوة الضوئية الكافية للأداة ، يمكن أن تتحلل إلى نجوم ، والسدم الحقيقية الغازية ، والتي يمكن للمرء أن يفترض أنها في مرحلة تكوين النجوم الفردية من خلال زيادة سماكة مادتها تدريجياً. منذ منتصف الستينيات من القرن التاسع عشر ، أصبحت دراسة سطح الشمس بواسطة مطياف أثناء الكسوف وخارجه جزءًا من الملاحظات المستمرة التي يتم إجراؤها حاليًا في العديد من المراصد. قام Huggins و Lockyer في إنجلترا و Jansen في فرنسا و Vogel في ألمانيا و Takini في إيطاليا و Hasselberg في روسيا وآخرون بأبحاث مستفيضة أوضحت بنية الطبقات العليا للغلاف الجوي الشمسي (انظر الشمس). في الوقت نفسه ، منذ عام 1868 ، وفقًا لهجنز ، تم استخدام المطياف أيضًا لدراسة الحركات المناسبة للنجوم في اتجاه خط البصر عن طريق قياس إزاحة خطوطها الطيفية ، والتي يتم إنتاجها أيضًا بشكل منهجي في Greenwich. المرصد. تم بالفعل اختبار مبدأ دوبلر الذي تقوم عليه هذه القياسات عدة مرات تجريبيًا عن طريق قياس إزاحة الطيف الشمسي وخدم لوكير في قياساته لتأسيس فرضيته حول تعقيد العناصر الكيميائية. أطياف المذنبات ، النجوم المتساقطة ، النيازك ، التي درسها العديد من علماء الفلك ، ومؤخراً على وجه الخصوص من قبل لوكير ، أعطت بالفعل العديد من الحقائق المهمة جدًا في أيدي عالم الفلك ، وساعدت إلى حد كبير في توضيح أصل وتطور النجوم و النظام الشمسي. ومع ذلك ، فإن وجود هذا المجال من المعرفة لا يسمح حتى الآن بالتوصل إلى استنتاجات دقيقة حول التغيرات التطورية طويلة المدى في التركيب الكيميائي للمادة على مقياس المجرة ، منذ عوامل التأثير (تغيير أجيال النجوم - نضوب الطاقة النووية الحرارية. الوقود) لم يتم وصفها من الناحية الكمية.
يتم الحصول على معظم البيانات في الفيزياء الفلكية من مراقبة الأجسام في الأشعة الكهرومغناطيسية. يتم فحص كل من الصور المباشرة التي تم الحصول عليها بأطوال موجية مختلفة والأطياف الكهرومغناطيسية للإشعاع المتلقي.
وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي
جامعة الأبحاث الوطنية
"معهد موسكو للطاقة"
معهد العلوم الإنسانية والتطبيقية
معهد اللغويات
"المشاكل الحديثة للفيزياء الفلكية"
طالب المجموعة GP-01-13
بيلوسوفا أو إس.
المعلم: Kurilov S.N.
التقدير للملخص: ""
موسكو 2013
الفيزياء الفلكية. 3
الغرض من الفيزياء الفلكية. 5
الفيزياء الفلكية حديثة. 5
الفيزياء الفلكية.
علم الفيزياء الفلكية هو جزء من علم الفلك الذي يتعامل مع دراسة الأجسام والظواهر الفضائية البعيدة بالطرق الفيزيائية. يعد التحليل الطيفي إحدى الطرق الرئيسية للفيزياء الفلكية. تهدف الفيزياء الفلكية إلى تكوين صورة مادية للعالم المحيط ، وشرح الظواهر المرصودة ، ودراسة أصل وتطور كل من الفئات الفردية للأجسام الفلكية والكون ككل في إطار القوانين الفيزيائية المعروفة.
نظرًا لأن الاتصالات المباشرة للأجهزة العلمية مع الكائنات قيد الدراسة مستبعدة عمليًا ، فإن أساس الفيزياء الفلكية ، وكذلك علم الفلك بشكل عام ، يتكون من ملاحظات وتحليل للإشعاع المتلقي من مصادر بعيدة. يتم تقليل نتائج المراقبة المباشرة ، كقاعدة عامة ، إلى قياسات نسبية أو مطلقة للطاقة القادمة من المصدر أو أجزائه المنفصلة ، في فترات زمنية معينة من الطيف.
يمكن تقسيم الفيزياء الفلكية نفسها إلى نوعين:
الفيزياء الفلكية الرصدية
الفيزياء الفلكية النظرية
الفيزياء الفلكية الرصدية:
يتم الحصول على معظم البيانات في الفيزياء الفلكية من مراقبة الأجسام في الأشعة الكهرومغناطيسية. يتم فحص كل من الصور المباشرة التي تم الحصول عليها بأطوال موجية مختلفة والأطياف الكهرومغناطيسية للإشعاع المتلقي.
علم الفلك البصري هو أقدم فرع في الفيزياء الفلكية. اليوم ، الأدوات الرئيسية هي التلسكوبات المزودة بأجهزة CCD كأجهزة استقبال للصور. غالبًا ما يتم إجراء الملاحظات باستخدام أجهزة الطيف. يتم فرض قيود على الملاحظات في النطاق البصري بسبب رعاش الغلاف الجوي للأرض ، والذي يتداخل مع الملاحظات باستخدام التلسكوبات الكبيرة. للقضاء على هذا التأثير والحصول على أوضح صورة ممكنة ، يتم استخدام طرق مختلفة ، مثل البصريات التكيفية ، وقياس التداخل البقع ، وكذلك إطلاق التلسكوبات في الفضاء الخارجي خارج الغلاف الجوي. في هذا النطاق ، تظهر النجوم والسدم الكوكبية بوضوح ، مما يجعل من الممكن دراسة ، من بين أمور أخرى ، موقعها وبنيتها الكيميائية.
يمكن أن تختلف الملاحظات أيضًا في المدة. يتم إجراء معظم الملاحظات الضوئية مع تعريضات بترتيب الدقائق أو الساعات.
الفيزياء الفلكية النظرية:
تستخدم الفيزياء الفلكية النظرية كلاً من الأساليب التحليلية والنمذجة العددية لدراسة مختلف الظواهر الفيزيائية الفلكية ، وبناء نماذجها ونظرياتها. يمكن اختبار هذه النماذج ، المبنية من تحليل بيانات الرصد ، من خلال مقارنة التنبؤات النظرية والبيانات التي تم الحصول عليها حديثًا. يمكن أن تساعد الملاحظات أيضًا في اختيار واحدة من عدة نظريات بديلة.
أهداف البحث في الفيزياء الفلكية النظرية هي على سبيل المثال:
فيزياء الوسط بين النجوم
تطور النجوم وهيكلها.
فيزياء الثقب الأسود
ديناميات النجوم
تطور المجرات
هيكل الكون على نطاق واسع
الديناميكا المائية
علم الكونيات
تاريخ الفيزياء الفلكية.
من الناحية التاريخية ، ظهرت الفيزياء الفلكية كاتجاه علمي مستقل مع ظهور التحليل الطيفي (نهاية Xالتاسعv.) ، مما فتح إمكانية البحث عن بُعد في التركيب الكيميائي والحالة الفيزيائية ليس فقط للمختبر ، ولكن أيضًا لمصادر الضوء الفلكية.
ظهر مصطلح "الفيزياء الفلكية" في منتصف ستينيات القرن التاسع عشر. كان "الأب الروحي" للفيزياء الفلكية هو عالم الفلك الألماني يوهان كارل فريدريش زيلنر (1834 - 1882) ، أستاذ في جامعة لايبزيغ.
على عكس الميكانيكا السماوية ، عام الميلاد ، المعروف بدقة (1687) ، ليس من السهل تسمية تاريخ "ميلاد" الفيزياء الفلكية. نشأت تدريجياً خلال النصف الأول من القرن التاسع عشر.
ارتبط التطور السريع للفيزياء الفلكية على مدى أكثر من قرن من وجودها بالتطور السريع للاتجاهات المختلفة للفيزياء الكلاسيكية والكمية والنسبية. حدثت قفزة ثورية مهمة للغاية في أبحاث الفيزياء الفلكية مع بداية دراسة الأجسام خارج النطاق البصري للطيف ، أولاً في الراديو (أواخر الثلاثينيات من القرن العشرين) ، ثم بمساعدة تكنولوجيا الفضاء (60). -80 من القرن العشرين.). بالتوازي مع تطوير أساليب الفيزياء الفلكية العملية ، بفضل التقدم في الفيزياء وخاصة إنشاء نظرية الإشعاع وهيكل الذرة ، تطورت الفيزياء الفلكية النظرية. والغرض منه هو تفسير نتائج الملاحظات ، وصياغة مشاكل بحثية جديدة ، وإثبات أساليب الفيزياء الفلكية العملية.
الغرض من الفيزياء الفلكية.
موضوع الفيزياء الفلكية هو دراسة العمليات الفيزيائية في الكون. تتمثل مهمة الفيزياء الفلكية في بناء نماذج يمكنها تفسير ظهور الإشعاع من أجسام فضائية مختلفة بخصائص يمكن ملاحظتها: الشدة ، والطيف ، والاستقطاب ، والملف الزمني ، وما إلى ذلك. بطبيعة الحال ، في حل هذه المشكلة ، ينطلق علماء الفيزياء الفلكية من الصورة المعروفة للعمليات الفيزيائية والقوانين التي يمكن إدراكها أو إظهارها في ظروف معينة ، والتي تحدد أساسًا درجة حرارة وكثافة المادة ، ووجود مجال مغناطيسي و حجمها ، قوى التأثير المحتملة للجاذبية.
الفيزياء الفلكية حديثة.
تشكلت الفيزياء الفلكية الحديثة بعد الحرب العالمية الثانية. من وجهة نظر الملاحظات ، فإن السمة الرئيسية لها هي توسيع النطاق الطيفي للإشعاع الذي تم فحصه. استخدمت الفيزياء الفلكية قبل الحرب فقط نتائج الملاحظات الفلكية في الضوء المرئي - وهو نطاق ضيق نسبيًا من طيف الموجات الكهرومغناطيسية.
يستخدم علم الفلك حاليًا جميع النطاقات تقريبًا ، من موجات الراديو إلى إشعاع جاما. لقد أدى تحول علم الفلك إلى الطول الموجي الكامل إلى إثراء المعرفة حول الأشياء المعروفة ، والأهم من ذلك أنه أدى إلى اكتشاف أشياء جديدة ، وجعل من الممكن تسجيل الإشعاع من المناطق التي توجد فيها المادة (أي المادة والإشعاع) فيما يسمى الظروف القصوى (المقيدة). يستخدم هذا المصطلح عادة للتأكيد على أن بعض الشروط يكاد يكون من المستحيل تنفيذها في المختبرات على الأرض. في ظل هذه الظروف ، غالبًا ما تكتسب المادة خصائص فيزيائية جديدة. كأمثلة على الظروف الفيزيائية الفلكية الشديدة ، يمكن للمرء أن يشير إلى كثافات المادة العالية ، والتي تتحقق في المراحل الأولى من تطور الكون ، في أعماق النجوم النيوترونية وفي الجوار المباشر للثقوب السوداء ؛ حقول الجاذبية القوية بالقرب من الثقوب السوداء ؛ المجالات المغناطيسية القوية للأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية. في مجال دراسة الأشياء التي تتحقق فيها ظروف قاسية معينة ، في رأينا ، تتركز المشاكل الرئيسية للفيزياء الفلكية الحديثة.
يجب التأكيد على أنه في المستوى الحالي لتطور التكنولوجيا الأرضية ، لا يمكن التحقيق في الخصائص العيانية للمادة في ظل الظروف القاسية إلا من خلال مراقبة الأجسام الفيزيائية الفلكية التي تتحقق فيها هذه الظروف. بهذا المعنى ، يمكننا أن نقول بأمان: الفيزياء الفلكية الحديثة هي طليعة العلم ، وهي تبحث في معظم الظواهر والعمليات الأساسية التي لم تتوفر بعد للفيزياء "الأرضية".
منذ الستينيات. القرن ال 20 بمساعدة المعدات المثبتة على القمر الصناعي و AMC ، تم الحصول على معلومات مهمة حول كواكب النظام الشمسي وأقمارها ، ولا سيما حول المادية. الحالة والكيماويات. تمت دراسة تكوين الغلاف الجوي والطبقات السطحية لأقرب كوكبين - كوكب الزهرة والمريخ ، القمر الصناعي للأرض ، بالتفصيل ، أفكار حول طبيعة العمليات التي تحدث على سطح الشمس وداخلها و تم تعميق النجوم الأخرى ، في الوسط بين النجوم وفي عالم المجرات بشكل كبير. من أهم مشاكل الفيزياء الفلكية الحديثة تطوير نظرية الدينامو المائي المغنطيسي لشرح المغناطيسية الشمسية ، بما في ذلك آلية توليد وتضخيم المجال المغناطيسي في الطبقات الداخلية للشمس ، وآليات تكوين و الحفاظ على استقرار البقع الشمسية ، تقلبات القطبية لمدة 22 سنة. في الستينيات. بناءً على نظرية الألواح الحالية ، كان من الممكن اتخاذ الخطوات الأولى في شرح التوهجات الشمسية ، وديناميات البروز ، والهالة الشمسية ككل. حتى الآن ، لا يمكن اعتبار مشكلة النيوترينوات الشمسية ، وبالتالي الهيكل الداخلي للشمس ، حلاً بالكامل.
تعمل مصادر الإشعاع القوي المتماسك الموجود عند حواف بعض السدم الغازية في خطوط فردية من جزيئات الغاز بين النجوم - الكواكب الكونية - كدليل على عمليات تكوين النجوم في المجرة التي لا تزال تحدث في عصرنا. بمساعدة أجهزة الكمبيوتر عالية السرعة ، كان من الممكن إنشاء "سيناريوهات" لتطور النجوم من بداية ضغط جزء من سحابة من الغاز والغبار (النجم الأولي) إلى مرحلته النهائية - طرد بطيء مغلف بنجم (مرحلة السديم الكوكبي) وتشكيل قزم أبيض أو (مع كتلة نجمية كبيرة) انفجار سوبر نوفا مع تكوين نجوم نيوترونية (أو ثقوب سوداء). ومع ذلك ، في حين أن هناك عدم يقين كامل بشأن تفاصيل خلط المادة في مرحلة الحمل الحراري لضغط النجم الأولي ، لم يتم التحقق من دور الدوران والمجالات المغناطيسية للسحابة ، والحد الأعلى لكتلة لم يتم إنشاء نجم نيوتروني مستقر بشكل نهائي. لم يتم تطوير آلية تسريع الجسيمات في النجوم النابضة بالتفصيل. إلى أن يكون هناك تفسير لنشاط نوى المجرة ، تظل طبيعة الكوازارات غير واضحة. تتطلب مسألة طبيعة جوهر مجرتنا كنظام ثنائي فائق الكتلة (ثقب أسود مزدوج أو ثقب أسود وحشد نجمي مضغوط) ، يتفاعل بنشاط مع النجوم المحيطة ، توضيحًا.
في الفيزياء الفلكية النسبية ، أسئلة عدم تناسق الباريون في الكون ، وقيمة نسبة عدد النوى والإلكترونات إلى عدد الفوتونات ، ودور النيوترينوات ، وربما جسيمات أخرى لا تزال غير معروفة في تكوين البنية المرصودة الكون ، حالة الفراغ وتحولات الطور في تطور الكون الحار.
كما أن مشاكل الفيزياء الفلكية الحديثة هي:
الكشف عن "المادة المظلمة"
مشكلة انفجار أشعة جاما الكونية
مشكلة إيجاد الثقوب السوداء والكوازارات
مشكلة كونية عامة.
الكشف عن "المادة المظلمة"
المادة المظلمة في علم الفلك وعلم الكونيات هي شكل من أشكال المادة التي لا تصدر أو تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. سيساعد اكتشاف طبيعة المادة المظلمة في حل مشكلة الكتلة المخفية ، والتي تكمن على وجه الخصوص في السرعة العالية غير الطبيعية لدوران المناطق الخارجية للمجرات.
تكمن الصعوبة الرئيسية في العثور على جسيمات المادة المظلمة في أنها كلها متعادلة كهربائيًا. يوجد خياران للبحث:
غير مباشر
في البحث المباشر ، تتم دراسة نتائج تفاعل هذه الجسيمات مع الإلكترونات أو النوى الذرية باستخدام معدات أرضية. تعتمد الطرق غير المباشرة على محاولات الكشف عن تدفقات الجسيمات الثانوية التي تنشأ ، على سبيل المثال ، بسبب إبادة المادة المظلمة الشمسية أو المجرية.
أصبحت الدراسة المباشرة لتوزيع المادة المظلمة في مجموعات المجرات ممكنة بعد الحصول على صور مفصلة للغاية لها في التسعينيات. في هذه الحالة ، يتم تشويه صور المجرات البعيدة المسقطة على الكتلة أو حتى الانقسام بسبب تأثير عدسة الجاذبية. بحكم طبيعة هذه التشوهات ، يصبح من الممكن إعادة بناء توزيع وحجم الكتلة داخل العنقود ، بغض النظر عن ملاحظات مجرات العنقود نفسه. وهكذا ، فإن الطريقة المباشرة تؤكد وجود كتلة خفية ومادة مظلمة في العناقيد المجرية.
مشكلة انفجارات أشعة جاما الكونية
تعتبر انفجارات أشعة غاما الكونية من بين أكثر الظواهر الفلكية غموضًا التي تم اكتشافها في السنوات الخمس والعشرين الماضية ، ولا تزال محل اهتمام كبير للعلماء. تم اكتشاف انفجارات أشعة جاما بالصدفة بواسطة أقمار صناعية أمريكية مصممة لاكتشاف الانفجارات النووية الأرضية. حتى الآن ، سجلت المركبات الفضائية المختلفة حوالي 1500 رشقة. إنها نبضات من إشعاع غاما (طاقة كوانت من عدة عشرات من الكيلوكترو فولتات إلى عدة ميغا إلكترو فولت) تدوم من عشرات المللي ثانية إلى عدة دقائق.
تُلاحظ انفجارات أشعة جاما في كثير من الأحيان ، في المتوسط مرة كل 20-30 ساعة ، ولكن من المستحيل أن تعرف مسبقًا متى وفي أي نقطة في السماء ستحدث الدفقة في المرة القادمة. سبب مشكلة انفجارات أشعة جاما هو أن التوزيع شديد الخواص ، أي أنه لا يوجد تركيز للمصادر باتجاه خط الاستواء المجري ، كما هو الحال بالنسبة للنجوم النابضة الراديوية أو مصادر مجرة الأشعة السينية. لم يتم العثور على تركيز لأي نقاط أو مناطق أخرى من الكرة السماوية: إلى مركز المجرة أو مركزها أو أقطابها ، إلى أقرب مجرات من السحب الكبيرة والصغيرة ماجلان ، إلى سديم أندروميدا (M31) ، أقرب مجموعات المجرات ، والتجمعات العملاقة ، وما إلى ذلك. تنشأ حالة صعبة مع توزيع الرشقات من حيث سطوعها (أو تدفق الأشعة السينية).
مشكلة كونية عامة
علم الكونيات اليوم غير قادر على الإجابة على عدد من الأسئلة الأساسية. من بينها ، أهمها: ماذا حدث قبل بدء التوسع المرصود؟ هل سيتوسع الكون إلى الأبد أم سينكمش مرة أخرى إلى نقطة معينة؟ لكن عدم وجود إجابات الآن لا يمنع علماء الفيزياء من التفكير في المراحل الأولى لتوسع الكون. تعمل بعض النظريات بأوقات تتراوح من 10 إلى 35 ثانية من البداية. هناك نظريات "تنظر" حتى في اللحظات السابقة في الوقت المناسب. علاوة على ذلك ، فإن سرعة العمليات التي تحدث أثناء "ولادة" عالمنا أعلى بما لا يقاس من سرعة أي عمليات متفجرة معروفة اليوم. هذا هو السبب في أن توسع الكون يمكن حقًا تشبيهه بـ "الانفجار العظيم" ، الانفجار العظيم.
مشكلة ظهور عالمنا مهمة للغاية لأنه لا يوجد نموذج كوني ، ولا توجد نظرية ممكنة دون فهم كامل بما فيه الكفاية للمراحل الأولية لتطور الكون - بعد كل شيء ، كان ذلك الوقت هو الذي تم تحديد مستقبله ، وكل ذلك لاحقًا مراحل تكوينه. ولا يمكن فهم هذه المراحل دون معرفة شكل الكون المبكر الحار.
إلى حد ما ، فإن مشكلة مصير الكون في المستقبل أبسط من مشكلة البداية. هناك خياران فقط ممكنان هنا. الأول هو أن الكون سيتوسع باستمرار لفترة غير محدودة. الثاني يحكم على الكون بكارثة كبرى - التفرد.
يتم تحديد اختيار الخيارات من خلال قيمة متوسط كثافة المادة في الكون. هذا الرقم ، على الرغم من العدد الكبير لبيانات الرصد ، والعديد من التقديرات النظرية ، غير معروف بدقة عالية جدًا. إذا أخذنا في الاعتبار كتلة المجرات فقط ، ثم متوسطناها على حجم الكون ، نحصل على قيمة متوسط الكثافة ρ = 3 * 10-31 جم / سم 3. ولكن بالإضافة إلى المجرات ، يوجد أيضًا غاز مؤين في الفضاء وثقوب سوداء ونجوم منقرضة وأنواع أخرى من المادة. قيمة متوسط كثافة المجرات أقل بكثير من قيم الكثافة الحرجة ، حيث يجب بالضرورة استبدال مرحلة التمدد بمرحلة الانكماش.
ومع ذلك ، يوجد في الفيزياء الفلكية ما يسمى بمشكلة الكتلة الخفية - وهي أشكال يصعب ملاحظتها من المادة في الفضاء. يمكن العثور على هذه الكتلة في كل من مجموعات المجرات وفي الفراغ بين العناقيد. ترفع تقديرات الكتلة المخفية من قيمة متوسط كثافة المادة في الكون إلى قيمتها الحرجة تقريبًا.
قائمة الأدب المستخدم:
http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/571.html
http://school.xvatit.com/index.php؟title=Future_Universe
http://www.spacephys.ru/proekty/astrofizika
http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php/ الفيزياء الفلكية
Zasov A.V. ، Postnov K.A. دورة الفيزياء الفلكية العامة (الطبعة الثانية: Fryazino: Century 2، 2011)
http://ru.wikipedia.org/wiki/Dark_matter
http://biofile.ru/kosmos/2817.html
34.2
الفيزياء الفلكية هي علم على حدود علم الفلك والفيزياء ، ودراسة الكون ، والبنية والعمليات الفيزيائية والخواص الكيميائية للأجرام السماوية - النجوم والمجرات (الكواكب والشمس والمذنبات والسدم).
الفضاء عبارة عن مساحة مستكشفة قليلاً تجعلنا نطرح العديد من الأسئلة. على سبيل المثال ، يضع علماء الفيزياء الفلكية افتراضات حول ما يحدث داخل الثقوب السوداء ، في محاولة لفهم ماهية المادة المظلمة وخصائص الجاذبية. يجبر العثور على إجابات لهذه الأسئلة العلماء على إجراء دراسات مختلفة. على سبيل المثال ، يخطط علماء الفيزياء الفلكية قريبًا لإرسال مستعمرة إلى المريخ ، وبناء تلسكوب فائق القوة على القمر.
الفيزياء الفلكية لا تقف مكتوفة الأيدي ، وفي المستقبل القريب سيتم اكتشاف العديد من الاكتشافات فيها.
عالم الفيزياء الفلكية هو مهنة نادرة ومتخصصة للغاية. طلبها صغير. ولكن في مثل هذه الشركات المشهورة عالميًا مثل Roscosmos أو NASA ، فإن المتخصصين الموهوبين أمر لا بد منه.
تقريبا كل علماء الفيزياء الفلكية لديهم. لقد تخرجوا جميعًا ، ودافعوا عن أطروحاتهم ، ولهم منشورات علمية ، وما إلى ذلك. هذا يرجع إلى حقيقة أن علماء الفيزياء الفلكية مطلوبون بشكل أساسي في المنظمات التي تشارك في البحث العلمي. هذه جامعات ومعاهد بحثية ومراصد وشركات روسكوسوس ووكالة ناسا المذكورة أعلاه.
يعمل غالبية علماء الفيزياء الفلكية في المراصد. هذه مؤسسة يتم فيها تسجيل حركة الأجرام السماوية. موقعه ليس عرضيًا - لقد تم بناؤه على منطقة مرتفعة وفي نقطة مع أفضل إطلالة على السماء المرصعة بالنجوم. كما تؤخذ رؤية المناخ والغلاف الجوي في الاعتبار.
عادة ما ينتمي المرصد إلى جامعة أو معهد علمي ويمكن أن يكون بعيدًا جدًا عنهم. وهكذا ، يقع المكتب الرئيسي لـ Roscosmos في موسكو ، ومراصدها موجودة في بايكونور (كازاخستان) ، كيسلوفودسك وكامتشاتكا.
العمل في المرصد هو أولاً وقبل كل شيء مراقبة الأجرام السماوية. ومع ذلك ، فإن ظروف عمل عالم الفيزياء الفلكية تعتمد على طريقة وهدف الرصد.
مراقبة الأجسام الفضائية القريبة من الأرض.
يتضمن ذلك مراقبة كواكب النظام الشمسي وأقماره والنجوم القريبة منه - لكل ما يمكننا رؤيته في السماء بالعين المجردة. نظرًا لأن هذه الأجسام قريبة بدرجة كافية من الأرض ، يستخدم عالم الفيزياء الفلكية تلسكوبًا مع عدسات مكبرة - بفضل التكبير المتعدد ، يمكنه رؤية فوهات القمر ، على سبيل المثال ، الأعاصير على كوكب المشتري أو حلقات زحل.
الشرط الرئيسي لمثل هذا العمل هو الليل ، لذلك يعمل عالم الفيزياء الفلكية في الليل ، لمدة 8-14 ساعة ، حسب الموسم.
مراقبة الأجسام الكونية الموجودة بعيدًا عن الأرض.
النجوم والكواكب المرئية ليست سوى جزء صغير مما يمتلكه الكون. هناك العديد من الأجرام السماوية الأخرى البعيدة جدًا عنا لدرجة أن الضوء المنبعث منها لا يصل ببساطة إلى الأرض. حيث توجد هذه الأجسام ، بالكاد يمكننا رؤية أي شيء ، لذلك يبحث عنها عالم الفيزياء الفلكية فقط عن طريق موجات الراديو غير المرئية.
الجهاز الذي يسجل هذه الموجات هو تلسكوب لاسلكي. بمساعدة هذه المعدات ، يحصل علماء الفيزياء الفلكية على بيانات عن تراكمات الغاز بين النجوم ، وسحب الغبار ، وبقايا الإشعاع (وهي ما يسمى ب "بقايا الانفجار العظيم ، التي بدأ منها تكوين الكون). يتيح لك التلسكوب اللاسلكي "النظر" إلى أبعد من مجرتنا.
يتلقى موقع (إحداثيات) هذه الكائنات بمساعدة مقياس الترددات الراديوية - هذا هيكل ضخم ، حجم المرصد نفسه. ظاهريا ، يشبه محدد المواقع.
تحليل البيانات التي تم الحصول عليها.
الملاحظات ليست سوى جزء من الكثير من العمل الذي يقوم به عالم الفيزياء الفلكية. يكتب جميع البيانات التي يتلقاها ، ثم يفحصها. يتم هذا العمل بالفعل في مركز أبحاث أو معهد في أيام الأسبوع ، من الصباح إلى المساء.
يصف عالم الفيزياء الفلكية جميع الاستنتاجات التي تم الحصول عليها ، ويؤدي إليها الحجج. ثم يضعهم في أساس العمل البحثي.
المراصد الفضائية
يمكن لعالم الفيزياء الفلكية أيضًا مراقبة الأجرام السماوية أثناء جلوسه في المكتب الرئيسي لمركز أبحاث أو شركة. للقيام بذلك ، لا يحتاج إلى انتظار غروب الشمس أو طقس صافٍ - فهو يتلقى البيانات مباشرة من الفضاء إلى جهاز الكمبيوتر الخاص به. يتم حفظ المعلومات التي تم الحصول عليها ويمكن للمتخصص الاطلاع عليها في أي وقت. لذلك ، فهو يعمل كموظف مكتب عادي - في أيام الأسبوع ، من الصباح إلى المساء.
تأتي البيانات من المرصد الفضائي ، وهو مركبة قائمة بذاتها مزودة بتلسكوبات فائقة القوة وأجهزة استشعار مختلفة. تطير هذه المركبات في مدار الأرض وتنقل البيانات تلقائيًا من أجهزة الاستشعار والصور إلى كمبيوتر عالم الفيزياء الفلكية. هناك 9 منهم في المجموع ، ومعظمهم ينتمون إلى شركة ناسا.
تأتي المعلومات من المراصد الفضائية بطرق مختلفة. بالنسبة لعالم الفيزياء الفلكية المتمرس ، يمكنها ليس فقط تحديد موقع الجسم ، ولكن أيضًا تحديد ماهيته. على سبيل المثال ، يعتبر إشعاع غاما المتغير سمة مميزة للنجم المولود حديثًا. يمكن أن تشير الأشعة السينية إلى الثقوب السوداء ، وتشير الأشعة فوق البنفسجية إلى تراكم الغاز بين النجوم ، وتشير الأشعة تحت الحمراء إلى بخار الماء والتركيب الكيميائي لجسم سماوي. اكتشف علماء الفيزياء الفلكية مؤخرًا باستخدام مراصد فضائية تعمل بالأشعة تحت الحمراء مادة عضوية على بعد 375 سنة ضوئية من الشمس. هذا يعني أنه بصرف النظر عن الأرض ، يمكن أن توجد الحياة في أجزاء أخرى من كوننا.
رحلات الفضاء
يعد الطيران إلى الفضاء عملاً ضخمًا يقوم به متخصصون مختلفون. يلعب علماء الفيزياء الفلكية دورًا مهمًا في هذه العملية. في السابق ، شاركت شركتان في رحلات فضائية: Roscosmos (روسيا) و NASA (الولايات المتحدة الأمريكية). ومع ذلك ، على مدى السنوات الخمس الماضية ، لم يرسل الأمريكيون سفنهم ، لذلك يستعد علماء الفيزياء الفلكية المحليون للرحلة.
تتمثل مهمة المتخصصين في تحديد الغرض من الرحلة والظروف التي سيتعين على رائد الفضاء مواجهتها. مرحلة عمل علماء الفيزياء الفلكية هي الأهم. ويبلغون أهمها عن الظروف الفيزيائية في الفضاء الخارجي (وهذه درجة حرارة -270 درجة مئوية ، والجرعات الخطيرة من الإشعاع والضغط وعوامل أخرى). يبلغون عن موقع الحطام الفضائي الذي يمكن أن يصيب رائد الفضاء وتأثير الأجرام السماوية الأخرى والصعوبات والعقبات المحتملة. الفضاء غير معروف وخطير ، لكن علماء الفيزياء الفلكية يعرفون عنه أكثر من غيرهم.
تبادل الخبرات
جزء مهم من عمل عالم الفيزياء الفلكية الجيد هو حضور العديد من المؤتمرات والاجتماعات الدولية والمراصد حيث يعمل زملاؤه الأجانب. هذه ليست فقط فرصة جيدة للتعرف بشكل أفضل على تجارب علماء الفيزياء الفلكية الآخرين ، ولكن أيضًا لمشاهدة البلدان والمدن الأجنبية.
المتوسط بالنسبة لروسيا:المتوسط في موسكو:المتوسط في سانت بطرسبرغ:
الغرض من عمل المتخصص هو تجديد المعلومات حول الفضاء.
من خلال العمل كعالم في الفيزياء الفلكية ، يمكنك اختيار أحد الاتجاهات: المنظر - يعمل مع المواد الأرشيفية ، ويدرسها ويصوغ الاستنتاجات ؛ ممارس - هو نفسه يستخرج البيانات لمزيد من الدراسة ؛ المعلم - ينقل المعرفة من خلال المحاضرات والتقارير والدروس.
يتتبع علماء الفيزياء الفلكية الأجرام السماوية باستخدام معدات مكبرة حديثة ؛ إنشاء وشرح النظريات حول تنظيم الفضاء ؛ التحقيق في المواد التجريبية طرح واختبار الفرضيات ؛ كتابة مقالات علمية تطبيق النمذجة الحاسوبية والرياضية لشرح أحداث وظواهر الفضاء ؛ المشاركة في الندوات العلمية (لقاء العلماء من مختلف الدول) والمؤتمرات.
يدرس علماء الفيزياء الفلكية أجسامًا محددة ، ويصفون آليات فيزيائية معينة: تسارع الأشعة الكونية ، والانفجارات على النجوم ، وحدوث انفجارات أشعة جاما ، والمستعرات الأعظمية ، وما إلى ذلك.
يستخدم العلماء في عملهم طرقًا خاصة: التحليل الطيفي (تحديد التركيب الكيميائي والمعايير الفيزيائية) ، والتصوير ، والقياس الضوئي (تحديد السطوع) ، والملاحظات الفلكية.
إذا كنت ترغب في تحقيق النجاح المهني والنمو ، فأنت بحاجة إلى التعلم المستمر ، وتجميع المعرفة والمهارات العملية ، وإنشاء جهات اتصال مهمة. ثم ستكون هناك فرصة للحصول على منصب جيد ، للمشاركة في المشاريع الدولية.
تسمح مستويات التعليم العالي المختلفة لعالم الفيزياء الفلكية بالتقدم لشغل وظائف مختلفة:
