Αστρονομία

Ιστορία της αστρονομίας

Αρχαία

Οι πρώτοι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν μόνο τα μάτια τους για να κοιτάξουν τα αστέρια. Κατασκεύαζαν χάρτες των αστερισμών και των άστρων για θρησκευτικούς λόγους και ημερολόγια για να υπολογίζουν την ώρα του έτους. Οι πρώιμοι πολιτισμοί, όπως οι Μάγια και οι αρχαίοι Αιγύπτιοι, κατασκεύασαν απλά αστεροσκοπεία και σχεδίασαν χάρτες με τις θέσεις των άστρων. Άρχισαν επίσης να σκέφτονται για τη θέση της Γης στο σύμπαν. Για μεγάλο χρονικό διάστημα οι άνθρωποι πίστευαν ότι η Γη ήταν το κέντρο του σύμπαντος και ότι οι πλανήτες, τα αστέρια και ο ήλιος κινούνταν γύρω της. Αυτό είναι γνωστό ως γεωκεντρισμός.

Οι αρχαίοι Έλληνες προσπαθούσαν να εξηγήσουν τις κινήσεις του ήλιου και των άστρων κάνοντας μετρήσεις. Ένας μαθηματικός με το όνομα Ερατοσθένης ήταν ο πρώτος που μέτρησε το μέγεθος της Γης και απέδειξε ότι η Γη είναι σφαίρα. Μια θεωρία ενός άλλου μαθηματικού που ονομαζόταν Αρίσταρχος ήταν, ότι ο ήλιος βρίσκεται στο κέντρο και η Γη κινείται γύρω από αυτόν. Αυτό είναι γνωστό ως ηλιοκεντρισμός. Μόνο λίγοι άνθρωποι πίστευαν ότι ήταν σωστή. Οι υπόλοιποι συνέχισαν να πιστεύουν στο γεωκεντρικό μοντέλο. Τα περισσότερα από τα ονόματα των αστερισμών και των άστρων προέρχονται από τους Έλληνες εκείνης της εποχής.

Οι Άραβες αστρονόμοι έκαναν πολλές προόδους κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, συμπεριλαμβανομένων βελτιωμένων αστρικών χαρτών και τρόπων εκτίμησης του μεγέθους της Γης. Έμαθαν επίσης από τους αρχαίους μεταφράζοντας ελληνικά βιβλία στα αραβικά.

Αναγέννηση έως σύγχρονη εποχή

Κατά τη διάρκεια της αναγέννησης ένας ιερέας ονόματι Νικόλαος Κοπέρνικος σκέφτηκε, βλέποντας τον τρόπο με τον οποίο κινούνταν οι πλανήτες, ότι η Γη δεν ήταν το κέντρο των πάντων. Βασιζόμενος σε προηγούμενα έργα, είπε ότι η Γη ήταν ένας πλανήτης και ότι όλοι οι πλανήτες κινούνταν γύρω από τον ήλιο. Αυτό επανέφερε την παλιά ιδέα του ηλιοκεντρισμού. Ένας φυσικός που ονομαζόταν Γαλιλαίος Γαλιλέι κατασκεύασε τα δικά του τηλεσκόπια και τα χρησιμοποίησε για να δει για πρώτη φορά πιο προσεκτικά τα αστέρια και τους πλανήτες. Συμφώνησε με τον Κοπέρνικο. Η Καθολική Εκκλησία αποφάσισε ότι ο Γαλιλαίος έκανε λάθος. Έπρεπε να περάσει το υπόλοιπο της ζωής του σε κατ' οίκον περιορισμό. Οι ηλιοκεντρικές ιδέες βελτιώθηκαν σύντομα από τον Γιοχάνες Κέπλερ και τον Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος εφηύρε τη θεωρία της βαρύτητας.

Μετά τον Γαλιλαίο, οι άνθρωποι κατασκεύασαν καλύτερα τηλεσκόπια και τα χρησιμοποίησαν για να δουν μακρινά αντικείμενα, όπως οι πλανήτες Ουρανός και Ποσειδώνας. Είδαν επίσης πώς τα αστέρια ήταν παρόμοια με τον Ήλιο μας, αλλά σε διάφορα χρώματα και μεγέθη. Είδαν επίσης χιλιάδες άλλα μακρινά αντικείμενα, όπως γαλαξίες και νεφελώματα.

Σύγχρονη εποχή

Ο 20ός αιώνας μετά το 1920 γνώρισε σημαντικές αλλαγές στην αστρονομία.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1920 άρχισε να γίνεται αποδεκτό ότι ο γαλαξίας στον οποίο ζούμε, ο Γαλαξίας μας, δεν είναι ο μοναδικός γαλαξίας. Η ύπαρξη άλλων γαλαξιών διευθετήθηκε από τον Edwin Hubble, ο οποίος αναγνώρισε το νεφέλωμα της Ανδρομέδας ως έναν διαφορετικό γαλαξία. Ήταν επίσης ο Hubble που απέδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Υπήρχαν πολλοί άλλοι γαλαξίες σε μεγάλες αποστάσεις και υποχωρούν, απομακρύνονται από τον γαλαξία μας. Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο.

Το 1931, ο Karl Jansky ανακάλυψε τη ραδιοεκπομπή από το εξωτερικό της Γης όταν προσπαθούσε να απομονώσει μια πηγή θορύβου στις ραδιοεπικοινωνίες, σηματοδοτώντας τη γέννηση της ραδιοαστρονομίας και τις πρώτες προσπάθειες χρήσης ενός άλλου τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος για την παρατήρηση του ουρανού. Τα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που δεν εμπόδιζε η ατμόσφαιρα ανοίγονταν πλέον στην αστρονομία, επιτρέποντας την πραγματοποίηση περισσότερων ανακαλύψεων.

Με το άνοιγμα αυτού του νέου παραθύρου στο Σύμπαν ανακαλύφθηκαν εντελώς νέα πράγματα, όπως για παράδειγμα τα πάλσαρ, τα οποία έστελναν κανονικούς παλμούς ραδιοκυμάτων στο διάστημα. Τα κύματα αυτά θεωρήθηκαν αρχικά εξωγήινης προέλευσης, επειδή οι παλμοί ήταν τόσο τακτικοί που υπονοούσαν μια τεχνητή πηγή.

Κατά την περίοδο μετά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο δημιουργήθηκαν περισσότερα αστεροσκοπεία, όπου μεγάλα και ακριβή τηλεσκόπια κατασκευάστηκαν και λειτούργησαν σε καλές τοποθεσίες παρατήρησης, συνήθως από κυβερνήσεις. Για παράδειγμα, ο Bernard Lovell ξεκίνησε τη ραδιοαστρονομία στο Jodrell Bank χρησιμοποιώντας εναπομείναντα στρατιωτικό εξοπλισμό ραντάρ. Μέχρι το 1957, η τοποθεσία διέθετε το μεγαλύτερο κατευθυνόμενο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο. Ομοίως, στα τέλη της δεκαετίας του 1960 άρχισε η κατασκευή ειδικών αστεροσκοπείων στο Mauna Kea στη Χαβάη, μια καλή τοποθεσία για τηλεσκόπια ορατού και υπέρυθρου φωτός χάρη στο μεγάλο υψόμετρο και τον καθαρό ουρανό.

Η επόμενη μεγάλη επανάσταση στην αστρονομία οφείλεται στη γέννηση της πυραυλικής ενέργειας. Αυτό επέτρεψε την τοποθέτηση τηλεσκοπίων στο διάστημα σε δορυφόρους.

Τα διαστημικά τηλεσκόπια έδωσαν πρόσβαση, για πρώτη φορά στην ιστορία, σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων που είχαν αποκλειστεί από την ατμόσφαιρα. Οι ακτίνες Χ, οι ακτίνες γάμμα, το υπεριώδες φως και τμήματα του υπέρυθρου φάσματος ανοίχτηκαν στην αστρονομία καθώς εκτοξεύτηκαν τηλεσκόπια παρατήρησης. Όπως και με άλλα τμήματα του φάσματος, έγιναν νέες ανακαλύψεις.

Από τη δεκαετία του 1970 εκτοξεύτηκαν δορυφόροι που αντικαταστάθηκαν με πιο ακριβείς και καλύτερους δορυφόρους, με αποτέλεσμα να χαρτογραφηθεί ο ουρανός σε όλα σχεδόν τα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Σχέδια της Σελήνης από τον Γαλιλαίο. Τα σχέδιά του ήταν πιο λεπτομερή από οποιονδήποτε άλλον πριν από αυτόν, επειδή χρησιμοποίησε τηλεσκόπιο για να κοιτάξει τη Σελήνη.

Ανακαλύψεις

Οι ανακαλύψεις διακρίνονται σε γενικές γραμμές σε δύο τύπους: σώματα και φαινόμενα. Τα σώματα είναι πράγματα στο Σύμπαν, είτε πρόκειται για έναν πλανήτη όπως η Γη μας είτε για έναν γαλαξία όπως ο Γαλαξίας μας. Τα φαινόμενα είναι γεγονότα και συμβάντα στο Σύμπαν.

Σώματα

Για λόγους ευκολίας, το τμήμα αυτό έχει χωριστεί ανάλογα με το πού μπορούν να βρεθούν αυτά τα αστρονομικά σώματα: αυτά που βρίσκονται γύρω από τα αστέρια είναι τα ηλιακά σώματα, αυτά που βρίσκονται μέσα στους γαλαξίες είναι τα γαλαξιακά σώματα και όλα τα άλλα μεγαλύτερα είναι τα κοσμικά σώματα.

Ηλιακό

• Πλανήτες
• Αστεροειδείς
• Κομήτες

Γαλαξιακός

• Αστέρια

Διάχυτα αντικείμενα:

• Νεφελώματα
• Συστάδες

Συμπαγή αστέρια:

• Αστέρια λευκών νάνων
• Αστέρια νετρονίων
• Μαύρες τρύπες

Κοσμικό

• Γαλαξίες
• Σμήνη γαλαξιών
• Superclusters

Φαινόμενα

Τα γεγονότα έκρηξης είναι εκείνα στα οποία υπάρχει μια ξαφνική αλλαγή στον ουρανό που εξαφανίζεται γρήγορα. Αυτά ονομάζονται εκρήξεις επειδή συνήθως συνδέονται με μεγάλες εκρήξεις που παράγουν μια "έκρηξη" ενέργειας. Περιλαμβάνουν:

• Supernovas
• Novas

Τα περιοδικά γεγονότα είναι εκείνα που συμβαίνουν τακτικά με επαναλαμβανόμενο τρόπο. Το όνομα περιοδικό προέρχεται από την περίοδο, η οποία είναι το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να ολοκληρώσει ένα κύμα έναν κύκλο. Τα περιοδικά φαινόμενα περιλαμβάνουν:

• Pulsars
• Μεταβλητά αστέρια

Τα φαινόμενα θορύβου τείνουν να σχετίζονται με πράγματα που συνέβησαν πριν από πολύ καιρό. Το σήμα από αυτά τα γεγονότα αναπηδά στο Σύμπαν μέχρι που φαίνεται να προέρχεται από παντού και ποικίλλει ελάχιστα σε ένταση. Με αυτόν τον τρόπο, μοιάζει με τον "θόρυβο", το σήμα υποβάθρου που διαπερνά κάθε όργανο που χρησιμοποιείται για την αστρονομία. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα θορύβου είναι ο στατικός θόρυβος που παρατηρείται στις αναλογικές τηλεοράσεις. Το κυριότερο αστρονομικό παράδειγμα είναι: Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

Μέθοδοι

Όργανα

• Τα τηλεσκόπια είναι το κύριο εργαλείο παρατήρησης. Παίρνουν όλο το φως μιας μεγάλης περιοχής και το τοποθετούν σε μια μικρή περιοχή. Αυτό είναι σαν να κάνετε τα μάτια σας πολύ μεγάλα και ισχυρά. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τα τηλεσκόπια για να εξετάσουν πράγματα που είναι μακριά και αμυδρά. Τα τηλεσκόπια κάνουν τα αντικείμενα να φαίνονται μεγαλύτερα, πιο κοντά, πιο φωτεινά.
• Τα φασματόμετρα μελετούν τα διάφορα μήκη κύματος του φωτός. Αυτό δείχνει από τι αποτελείται κάτι.
• Πολλά τηλεσκόπια βρίσκονται σε δορυφόρους. Είναι διαστημικά παρατηρητήρια. Η ατμόσφαιρα της Γης εμποδίζει ορισμένα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αλλά ειδικά τηλεσκόπια πάνω από την ατμόσφαιρα μπορούν να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία αυτή.

• Η ραδιοαστρονομία χρησιμοποιεί ραδιοτηλεσκόπια. Η σύνθεση διαφράγματος συνδυάζει μικρότερα τηλεσκόπια για τη δημιουργία μιας φασικής συστοιχίας, η οποία λειτουργεί σαν ένα τηλεσκόπιο τόσο μεγάλο όσο η απόσταση μεταξύ των μικρότερων τηλεσκοπίων.

Τεχνικές

Υπάρχουν τρόποι με τους οποίους οι αστρονόμοι μπορούν να πάρουν καλύτερες εικόνες του ουρανού. Το φως από μια μακρινή πηγή φτάνει σε έναν αισθητήρα και μετράται, συνήθως από το ανθρώπινο μάτι ή από μια φωτογραφική μηχανή. Για πολύ αμυδρές πηγές, μπορεί να μην υπάρχουν αρκετά σωματίδια φωτός που προέρχονται από την πηγή ώστε να είναι ορατά. Μια τεχνική που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για να την κάνουν ορατή είναι η χρήση ολοκλήρωσης (που είναι σαν τις μεγαλύτερες εκθέσεις στη φωτογραφία).

Ενσωμάτωση

Οι αστρονομικές πηγές δεν μετακινούνται πολύ: μόνο η περιστροφή και η κίνηση της Γης τις κάνει να μετακινούνται στους ουρανούς. Καθώς τα σωματίδια του φωτός φτάνουν στην κάμερα με την πάροδο του χρόνου, χτυπούν στο ίδιο σημείο κάνοντάς το πιο φωτεινό και πιο ορατό από το φόντο, μέχρι να γίνει ορατό.

Τα τηλεσκόπια στα περισσότερα παρατηρητήρια (και τα δορυφορικά όργανα) μπορούν κανονικά να παρακολουθούν μια πηγή καθώς κινείται στον ουρανό, κάνοντας το αστέρι να φαίνεται ακίνητο στο τηλεσκόπιο και επιτρέποντας μεγαλύτερες εκθέσεις. Επίσης, οι εικόνες μπορούν να ληφθούν σε διαφορετικές νύχτες, ώστε οι εκθέσεις να καλύπτουν ώρες, ημέρες ή ακόμη και μήνες. Στην ψηφιακή εποχή, οι ψηφιοποιημένες εικόνες του ουρανού μπορούν να προστεθούν μεταξύ τους από υπολογιστή, ο οποίος επικαλύπτει τις εικόνες αφού διορθώσει την κίνηση.

Προσαρμοστική οπτική

Προσαρμοστικήοπτική σημαίνει αλλαγή του σχήματος του κατόπτρου ή του φακού ενώ κοιτάτε κάτι, για να το βλέπετε καλύτερα.

Ανάλυση δεδομένων

Η ανάλυση δεδομένων είναι η διαδικασία απόκτησης περισσότερων πληροφοριών από μια αστρονομική παρατήρηση από ό,τι με την απλή παρατήρησή της. Η παρατήρηση αποθηκεύεται πρώτα ως δεδομένα. Τα δεδομένα αυτά θα χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια με διάφορες τεχνικές για την ανάλυσή τους.

Ανάλυση Fourier

Η ανάλυση Fourier στα μαθηματικά μπορεί να δείξει αν μια παρατήρηση (για ένα χρονικό διάστημα) μεταβάλλεται περιοδικά (μεταβάλλεται σαν κύμα). Αν ναι, μπορεί να εξάγει τις συχνότητες και τον τύπο του κυματοειδούς μοτίβου και να βρει πολλά πράγματα, συμπεριλαμβανομένων νέων πλανητών.

Πεδία

Ένα καλό παράδειγμα πεδίων προέρχεται από τα πάλσαρ, τα οποία πάλλονται τακτικά με ραδιοκύματα. Αυτά αποδείχθηκε ότι είναι παρόμοια με ορισμένα (αλλά όχι όλα) ενός τύπου φωτεινής πηγής στις ακτίνες Χ που ονομάζεται δυαδικό σύστημα ακτίνων Χ χαμηλής μάζας. Αποδείχθηκε ότι όλα τα πάλσαρ και ορισμένα LMXB είναι αστέρες νετρονίων και ότι οι διαφορές οφείλονται στο περιβάλλον στο οποίο βρέθηκε ο αστέρας νετρονίων. Όσοι LMXB δεν ήταν αστέρες νετρονίων αποδείχθηκε ότι ήταν μαύρες τρύπες.

Η παρούσα ενότητα επιχειρεί να παράσχει μια επισκόπηση των σημαντικών τομέων της αστρονομίας, της περιόδου σπουδαιότητάς τους και των όρων που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή τους. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αστρονομία στη σύγχρονη εποχή έχει διαιρεθεί κυρίως με βάση το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, αν και υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι αυτό αλλάζει.

Πεδία ανά σώμα

Ηλιακή αστρονομία

Η ηλιακή αστρονομία είναι η μελέτη του Ήλιου. Ο Ήλιος είναι το κοντινότερο αστέρι στη Γη σε απόσταση περίπου 92 εκατομμυρίων (92.000.000) μιλίων. Είναι το πιο εύκολο να παρατηρηθεί λεπτομερώς. Η παρατήρηση του Ήλιου μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν και πώς σχηματίζονται άλλα αστέρια. Οι αλλαγές στον Ήλιο μπορούν να επηρεάσουν τον καιρό και το κλίμα στη Γη. Ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζεται ηλιακός άνεμος εκπέμπεται συνεχώς από τον Ήλιο. Ο ηλιακός άνεμος που προσκρούει στο μαγνητικό πεδίο της Γης προκαλεί το βόρειο σέλας. Η μελέτη του Ήλιου βοήθησε τους ανθρώπους να κατανοήσουν πώς λειτουργεί η πυρηνική σύντηξη.

Πλανητική αστρονομία

Η πλανητική αστρονομία είναι η μελέτη των πλανητών, των φεγγαριών, των νάνων πλανητών, των κομητών και των αστεροειδών, καθώς και άλλων μικρών αντικειμένων που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τα αστέρια. Οι πλανήτες του δικού μας ηλιακού συστήματος έχουν μελετηθεί σε βάθος από πολλά διαστημόπλοια που μας επισκέπτονται, όπως το Cassini-Huygens (Κρόνος) και τα Voyager 1 και 2.

Γαλαξιακή αστρονομία

Η γαλαξιακή αστρονομία είναι η μελέτη των μακρινών γαλαξιών. Η μελέτη μακρινών γαλαξιών είναι ο καλύτερος τρόπος για να μάθουμε για τον δικό μας γαλαξία, καθώς τα αέρια και τα αστέρια στον δικό μας γαλαξία καθιστούν δύσκολη την παρατήρησή του. Οι γαλαξιακοί αστρονόμοι προσπαθούν να κατανοήσουν τη δομή των γαλαξιών και τον τρόπο σχηματισμού τους με τη χρήση διαφόρων τύπων τηλεσκοπίων και προσομοιώσεων σε υπολογιστές.

Αστρονομία βαρυτικών κυμάτων

Η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων είναι η μελέτη του Σύμπαντος στο φάσμα των βαρυτικών κυμάτων. Μέχρι στιγμής, όλη η αστρονομία που έχει γίνει έχει χρησιμοποιήσει το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στο χωροχρόνο που εκπέμπονται από πολύ πυκνά αντικείμενα που αλλάζουν σχήμα, στα οποία περιλαμβάνονται λευκοί νάνοι, αστέρες νετρονίων και μαύρες τρύπες. Επειδή κανείς δεν έχει καταφέρει να ανιχνεύσει άμεσα τα βαρυτικά κύματα, ο αντίκτυπος της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων ήταν πολύ περιορισμένος.

Σχετικές σελίδες