astrofysik

De Astrofysik omhandler de fysiske fundamentals af forskning i himmelske fænomener og er en gren af astronomien . Som en udvidelse af klassisk astronomi (hovedsagelig bestående af astrometri og himmelmekanik ) udgør den store områder af astronomisk forskning i dag .

historie

oprindelse

Mange historikere daterer begyndelsen på sammenlægningen af ​​astronomi og fysik til begyndelsen af ​​det 17. århundrede, mere præcist til opdagelsen af Keplers love . En af de første til at tro, at Johannes Kepler var den første astrofysiker, var hans mangeårige lærer og ven Michael Mästlin . I et brev til Kepler skrev han: ”Jeg mener, at man bør ignorere fysiske årsager og kun forsøge at forklare astronomiske spørgsmål efter den astronomiske metode ved hjælp af astronomiske, ikke fysiske, årsager og hypoteser. Med andre ord kræver beregningerne et astronomisk grundlag inden for geometri og aritmetik. "

Både Kepler og Galileo Galilei studerede arbejdet hos William Gilbert , en læge og fysiker i det 17. århundrede England. Gilbert var den første til klart at skelne mellem magnetisme og statisk elektricitet . Han undersøgte den elektriske ladning på mange stoffer og var overbevist om, at jorden som helhed skal betragtes som en enkelt magnet med to poler. I hans sind var magnetisme "sjælen" på jorden - hvorfra han udviklede en hel "magnetisk filosofi". Mange tidens videnskabsmænd tog imidlertid ikke opdagelserne af Kepler, Galileo og Gilbert alvorligt. Dette førte til, at deres arbejde blev forsømt og i sidste ende gik yderligere to århundreder, før alkymiske synspunkter blev opgivet.

Den faktiske fødselsdag for astrofysik er angivet af mange naturvidenskabsfolk i dag med bekræftelsen af ​​den kopernikanske verdensopfattelse af Friedrich Wilhelm Bessel og Thomas James Henderson samt Friedrich Georg Wilhelm Struve i 1838 ved hjælp af de første målinger af trigonometrisk stjerne parallakser . Den stjernefotometri , der måler stjernernes tilsyneladende lysstyrke , og udviklede sig næsten parallelt med spektrumanalyse af Joseph von Fraunhofer , Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen var også en del af grundlaget for denne videnskab, som i dag er kendt som astrofysik. Så tidligt som i 1814 opdagede Fraunhofer mørke linjer i solens spektrum , Fraunhofer-linjerne uden at være i stand til at forklare deres oprindelse.

Videre udvikling

Resultaterne fra Kirchhoff og Bunsen førte i sidste ende til en øjeblikkelig anvendelse af de nyerhvervede teknologier af astronomer i midten af ​​det 19. århundrede. Allerede i 1863 offentliggjorde Angelo Secchi undersøgelser baseret på resultaterne fra Kirchhoff og Bunsen. To nu meget kendte astronomer påtog sig også deres studier og offentliggjorde banebrydende værker om astrofysik i denne periode: Lewis Morris Rutherfurd fra New York og William Huggins fra London. Under en solformørkelse i Indien den 18. august 1868 opdagede Pierre Janssen et (dengang) ukendt element i solens korona ved hjælp af kemisk observation gennem spektralanalyse: helium .

I løbet af de næste par år beskæftigede mange kendte forskere sig med essentiel grundlæggende fysisk forskning og udførte således tværfaglig grundforskning for den astrofysik, der eksisterede i dag. I sin bog On Conservation of Force (1847) formulerede Hermann von Helmholtz loven om energibesparelse mere detaljeret end Julius Robert von Mayer havde gjort i 1842 og bidrog således væsentligt til anerkendelsen af ​​dette oprindeligt meget kontroversielle princip. Med dette tilvejebragte Helmholtz principperne for tyngdekraftenergi . Antoine Henri Becquerel , opdageren af ​​radioaktivitet, lagde grundstenen til måling af isotopernes henfald i 1896. George Howard Darwin , søn af Charles Darwin , studerede tidevandseffekten på solsystemet med matematiske metoder fra 1882 og blev en anerkendt ekspert på dette område. I 1899 foreslog John Joly en metode til at bestemme jordens alder ud fra natriumindholdet i havene, baseret på ideen om, at dens koncentration støt ville øges på grund af erosion på land. Derefter anslog han jordens alder til 80 til 100 millioner år. I 1903 foreslog han en bedre metode, der estimerede jordens alder ud fra det radioaktive henfald af radium (i en Nature-artikel). I 1907 målte Bertram Boltwood stenalderen gennem det radioaktive henfald af uran til bly ( uran-bly-datering ).

Klassiske underområder

• Fysisk kosmologi ( kosmogoni , historie om universets oprindelse )
• Dannelse og udvikling af stjerner
• Solfysik
• Astropartikelfysik
• Kosmokemi ( kemisk udvikling af grundstoffer) og nukleosyntese
• Gravitationsdynamik ( dannelse og udvikling af galakser )
• Sorte huller
• Neutronstjerner
• Dannelse og udvikling af planetariske systemer ( exoplaneter , planemos , brune dværge )

Teoretisk astrofysik

Teoretisk astrofysik forsøger at forudsige eller simulere himmelske fænomener ved hjælp af modeller. Mange astrofysiske processer kan beskrives ved delvise differentialligninger, for hvilke en nøjagtig analytisk løsning kun kan findes i ekstraordinære situationer. En udbredt metode inden for astrofysik er derfor numeriske beregninger ( numerik ) og simuleringer, der ville tage dage til uger med en standard-pc (2008). I praksis anvendes derfor supercomputere eller klynger ofte . Resultaterne opnået på denne måde sammenlignes med observationer og kontrolleres, om de er enige.

Observations Astrofysik

M 57 , planetarisk tåge

Den vigtigste metode er spektralanalysen af den elektromagnetiske stråling , hvor observationsområdet strækker sig fra langbølgeradiobølger ( radioastronomi ) til kortbølgede og dermed højenergi gammastråler over ca. 20 kræfter på ti. Fra jorden kan , ud over synligt lys, frekvensområderne for radiobølger og nogle dele af det infrarøde område observeres. Det meste af infrarødt lys, ultraviolet lys samt røntgenstråler og gammastråler kan kun observeres fra satellitter, da jordens atmosfære fungerer som et filter.

Hvis stjerner klassificeres efter spektralklasser og lysstyrkeklasser , kan de indtastes i et Hertzsprung-Russell-diagram (HRD). Placeringen i HRD bestemmer næsten alle stjernens fysiske egenskaber.

Diagrammet med farve-lysstyrke (FHD) kan bruges til at bestemme afstanden .

Ud over individuelle stjerner observeres især galakser og galaksehobe . Til dette formål er jordbaserede teleskoper - ofte forbundet til klynger - såsom B. HEGRA såvel som rumteleskoper som Hubble-rumteleskopet anvendes. Ofte lanceres også satellitter med detektorer og teleskoper. Astrofysikere er også interesserede i den kosmiske strålingsbaggrund.

Laboratoriestrofysik

I lang tid vidste astrofysik næsten ingen laboratorieforsøg . Imidlertid førte udviklingen af ​​nye, kraftfulde teleskoper fra årtusindskiftet i sidste ende til fremkomsten af ​​grenen af ​​laboratorie astrofysik. Dette skaber og studerer tidligere ukendte molekyler. På baggrund af spektrogrammer opnået i laboratoriet og ved hjælp af store radioteleskoper kan disse molekyler derefter detekteres i interstellære gasskyer. Dette gør det igen muligt at drage konklusioner om kemiske processer, der finder sted der, for eksempel under stjernefødsler. Der er kun omkring 20 forskningsgrupper til laboratorie astrofysik over hele verden i Tyskland ved University of Kassel , Friedrich Schiller University Jena og University of Cologne . Der er også laboratorier, der beskæftiger sig med dannelsen af ​​planeter, såsom universitetet i Braunschweig og universitetet i Duisburg-Essen . Ud over simuleringer på computere til kollision og vækst af støvpartikler, udføres nogle laboratorieeksperimenter her, som derefter fortsættes i vægtløshed blandt andet .

Forholdet til andre grene af fysikken

Astrofysik er hovedsageligt afhængig af observationer og målinger, fordi konstruerede eksperimenter er udelukket på grund af forskningsobjektenes størrelse og den unikke kosmologiske begivenheds mangfoldighed (Big Bang). Mange af disse målinger har en stor relativ fejl på grund af deres lille størrelse (f.eks. Objektstørrelser eller vinkelafstand). Variabler, der bestemmes indirekte ud fra dette (f.eks. Stjernemasser, stjernealdre eller afstande) er følgelig forbundet med høje unøjagtigheder. Til andre målinger, f.eks B. spektroskopi af de stjerne atmosfære eller radar målinger til måne eller i forbiflyvning af genstande, eller ved statistiske metoder (mange uafhængige målinger) kan også opnå høje niveauer af nøjagtighed . På trods af denne grundlæggende forskel i forhold til alle andre fysiske underdiscipliner bruger astrofysikere metoder og love fra andre fysiske områder, især fra nuklear og partikelfysik (såsom detektorer til måling af bestemte partikler ved visse energier) eller er begyndt at udvikle nuklear astrofysik . I den teoretiske astrofysik er analogien til plasmafysik på den anden side særlig tæt, da mange astronomiske fænomener såsom stjerneatmosfærer eller stofskyer kan beskrives som plasmaer i en god tilnærmelse.

Se også

• Astronomiens historie
• Historien om astronomi og astrofysik i Antarktis
• Astrokemi

litteratur

• Arnold Hanslmeier : Introduktion til astronomi og astrofysik. Spektrum, Akad. Verlag, Berlin 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3 .
• Albrecht Unsöld , Bodo Baschek : The New Cosmos - Introduction to Astronomy and Astrophysics. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-42177-7 .
• Karl-Heinz Spatschek: Astrofysik - en introduktion til teori og fundamentale forhold. Teubner, Stuttgart 2003, ISBN 3-519-00452-6 .
• Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie: En introduktion til moderne astrofysik. Pearson Addison-Wesley, San Francisco 2007, ISBN 978-0-8053-0402-2 .
• Hale Bradt: Astrofysikprocesser - fysik af astronomiske processer. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-521-84656-1 .
• Donald H. Perkins : Partikelastrofysik. Oxford Univ. Press, Oxford 2008, ISBN 978-0-19-954545-2 .
• Mario Livio : Livets astrofysik. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-82490-7 .
• Christiaan Sterken, John B. Hearnshaw: 100 års observationsastronomi og astrofysik - en samling papirer om historien om observationsastrofysik. Univ. af Brussel, Brussel 1999, ISBN 90-805538-3-2 .

Weblinks

Wiktionary: Astrofysik  - forklaringer på betydninger, ordets oprindelse, synonymer, oversættelser

• Leksikon for astrofysik af Andreas Müller
• Universet på "World of Physics"

Individuelle beviser

1. ↑ ^{a b} Albrecht Unsöld , Bodo Baschek: Det nye kosmos: Introduktion til astronomi og astrofysik . 7. udgave. Springer, 2002, ISBN 3-540-42177-7 , pp. 166 ff . 
2. ↑ Et skøn over jordens geologiske alder , Scientific Transactions Royal Dublin Society