Astrofizyka

Astrofizyka to dziedzina nauki, która leży na pograniczu fizyki oraz astronomii i zajmuje się badaniem procesów fizycznych w skali astronomicznej, a także prawami rządzącymi obiektami astronomicznymi i ich budową. Do obszaru badań astrofizycznych zaliczają się procesy fizyczne we Wszechświecie obejmujące sobą takie obiekty jak galaktyki, materia międzygwiezdna, gwiazdy, a także ich wzajemne oddziaływania.

Jak powstała astrofizyka?

Astrofizyka przez wiele lat była dziedziną niezależną od fizyki. Arystoteles mówił, że świat niebieski jest zbudowany z ciał doskonałych i składa się ze sfer poruszających się po doskonałych orbitach kołowych. Świat zjawisk ziemskich miał być niedoskonały i niezwiązany ze światem niebieskim. Na przestrzeni wieków niepodważalny był pogląd, że Słońce wraz z innymi planetami krążą wokół Ziemi. Impas ten przerwał polski uczony Mikołaj Kopernik, który przedstawił swoją teorię iż Ziemia wraz z innymi planetami Układu Słonecznego krążą wokół słońca. Galileusz poczynił w tym kierunku pierwsze obserwacje, a odkrycie satelitów Jowisza przekonało go o prawdziwości systemu heliocentrycznego. Na początku XVII wieku Jak Kepler dokonał odkrycia praw ruchu planet określanych dziś prawami Keplera.

Jeszcze pod koniec tego samego stulecia Isaac Newton połączył odkrycia Keplera z dynamiką Galileusza. Wykazał, że to samo prawo ciążenia, które decyduje o ruchu ciał na Ziemi, ma wpływ także na ruch Księżyca czy planet. Ujednolicił on fizykę ziemską z astronomią, a była to pierwsza w historii unifikacja fizyki. Od tamtego momentu stosowany jest jednolity opis matematyczny do opisu Wszechświata.

Droga do współczesnej astrofizyki

Od 1670 roku do badań zaczęto wykorzystywać precyzyjne zegary i nowoczesne przyrządy nawigacyjne. Potrzeby nawigacji wymusiły dokonanie bardziej szczegółowych obserwacji astronomicznych oraz budowę instrumentów pomiarowych o niespotykanej dotąd precyzji. Już na początku XIX wieku dokonano pierwszej obserwacji linii widmowych w promieniowaniu słonecznym. Doświadczenia przy pomocy gorących gazów udowodniły, że takie same linie można obserwować w obserwowalnym widmie i są one charakterystyczne dla poszczególnych pierwiastków. Dzięki temu udało się wykazać, że pierwiastki występujące w Słońcu są obecne również na Ziemi. Jednym z nich jest hel, który pierwotnie został odkryty w widmie słonecznym, a następnie w ziemskim laboratorium. To właśnie ten moment uważany jest za narodziny astrofizyki jako odrębnej gałęzi wiedzy.

Czym zajmuje się astrofizyka?

Astrofizyka dzieli się na teoretyczną oraz obserwacyjną. Ta pierwsza zajmuje się wyjaśnianiem zjawisk obserwowanych przez astronomów w oparciu o teorie fizyczne. Dla realizacji swojego celu astrofizyka tworzy teoretyczne modele numeryczne i abstrakcyjne, które starają się przewidywać nowe zjawiska oraz tłumaczyć obserwacje dotychczasowo odkrytych. Do osiągnięcia swojego celu wykorzystuje szerokie spektrum metod. Do najpowszechniejszych należą modelowanie analityczne oraz metoda numeryczna. Obszarem zainteresowania astrofizyki teoretycznej jest ciemna materia i barionowa, promieniowanie kosmiczne, kosmologia, ewolucja i formowanie się gwiazd, galaktyk oraz innych wielkoskalowych struktur we Wszechświecie.

Astrofizyka obserwacyjna zajmuje się tymi procesami astrofizycznymi, których nie da się zasymulować w warunkach ziemskich laboratoriów. Istnieje gigantyczna grupa obiektów astrofizycznych widzialnych w promieniowaniu elektromagnetycznym, a ich badanie jest celem tej właśnie gałęzi astrofizyki. Techniki obserwacji tychże obiektów opierają się na bardzo zaawansowanej technologii i jeszcze do niedawna nie były znane. Większość z nich opiera się na promieniowaniu elektromagnetycznym. Działy, które bada astrofizyka obserwacyjna to między innymi radioastronomia, astronomia optyczna, gamma i rentgenowska, podczerwień oraz ultrafiolet.