Астрофизика

Наука
Астрофизика др.-греч. ἀστήρ — звезда, светило и φυσικά — природа
Тема	физические и химические явления происходящие в небесных телах и в космическом пространстве
Предмет изучения	космическое пространство
Основные направления	астрономия
Медиафайлы на Викискладе

Астрофи́зика (др.-греч. ἀστήρ — звезда, светило и φυσικά — природа) — раздел астрономии, изучающий физические явления происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве, а также химические процессы в них.

История

Во II веке до нашей эры звёзды, видимые невооруженным глазом, были в зависимости от их блеска разделены на шесть классов, получив название звёздные величины. Это разделение, позже уточнённое и распространённое на более слабые звёзды и на невизуальные способы приёма излучений, легло в основу современной астрофотометрии. Ещё до изобретения телескопа в русских летописях XII века были описаны солнечные протуберанцы, открыты новые и сверхновые звёзды в Галактике, яркие кометы. Изобретение телескопа позволило получить ценные сведения о Солнце, Луне и планетах. Обнаружение фаз Венеры Галелео Галилеем и атмосферы Венеры Михаилом Ломоносовым имело огромное значение для понимания природы планет. Детальные исследования тёмных линий в спектре Солнца немецким учёным Йозефом Фраунгофером в 1814 году явились первым шагом в получении массовой спектральной информации о небесных телах.

С начала 1990-х годов XIX века большинство крупнейших телескопов мира было снабжено щелевыми спектрографами для изучения спектров звёзд с высокой дисперсией, и фотографирование спектров звёзд и других небесных светил составило основную часть программы наблюдений с помощью этих инструментов. Этому посвятили свои работы пионеры современной астрофизики: русский астроном ристарх Белопольский, немецкий — Герман Фогель, американский — Уильям Кэмпбелл. В результате их исследований были определены лучевые скорости многих звёзд, открыты спектрально-двойные звёзды, найдено изменение лучевых скоростей цефеид, заложены основы спектральной классификации звёзд. Быстрое развитие лабораторной спектроскопии и теории спектров атомов и ионов на основе квантовой механики привело в первой половине XX века к возможности интерпретации звёздных спектров и к развитию на этой основе физики звёзд и в первую очередь — физики звёздных атмосфер. Основы теории ионизации в звёздных атмосферах заложил индийский физик Мегнад Саха.

Появление в первой четверти XX века теоретической строфизики, основателями которой считаются немецкий астроном Карл Шварцшильд и английский астроном Артур Эддингтон, и сосредоточение её главных усилий на физике звёздных атмосфер и строении звёзд усилили интерес к изучению звёздных спектров. Этот процесс продолжался до середины века, когда наряду со спектральными исследованиями важную роль в астрономических исследованиях стали играть методы, развиваемые в радиоастрономии, внегалактической астрономии и внеатмосферной астрономии. С начала второй четверти XX века в результате отождествления запрещенных линий в спектрах газовых туманностей и расширения исследований межзвёздного поглощения, впервые изученного русским астрономом Василия Струве в 1847 году, начала быстро развиваться физика межзвёздного вещества, а методы радиоастрономии открыли для этой области Астрофизики неограниченные возможности. Уже в 1920-х годах XX века, благодаря работам американского космолога Эдвина Хаббла, была окончательно доказана внегалактическая природа спиральных туманностей. Эти небесные объекты, Галактики, представляющие собой гигантские конгломераты звёзд и межзвёздного вещества, изучают как оптическими, так и радиоастрономическими методами. Оба этих метода дают одинаково важную и взаимно дополняющую информацию, хотя последний и уступает первому в отношении количества информации.

С конца 1940-х годов XX века для фотографирования неба стали применять крупные рефлекторы (телескопы), обладающие большим полем зрения, благодаря чему появилась возможность массового изучения галактик и их скоплений. Открытие во второй половине 1950-х годов грандиозных взрывных процессов, являющихся проявлением активных ядер галактик, поставило перед теоретической астрофизики задачу их объяснения. В первой половине 1960-х годов были открыты квазизвёздные радиоисточники. Изучение этих источников и ядер галактик показало, что и те и другие по своей природе в корне отличаются от звёзд, планет и межзвёздной пыли или газа. Новые явления, наблюдаемые в них, настолько своеобразны, что к ним не всегда применимы сложившиеся физические представления. Благодаря этим и ряду других открытий Астрофизика переживает, коренной переворот, по своему значению сравнимый с переворотом в астрономии времён Коперника — Галилея — Кеплера — Ньютона и с тем переворотом, который пережила физика в первой трети XX века. Развитие внеатмосферной астрономии значительно обогатило методы планетной астрономии.

Основы и структура

Астрофизика включает разработку методов получения информации о физических явлениях во Вселенной, сбор этой информации путём астрономических наблюдений, её научную обработку и теоретическое обобщение. Теоретическая астрофизика, занимаясь обобщением и объяснением фактических данных, полученных наблюдательной астрофизикой, пользуется законами и методами теоретической физики. Совокупность методов наблюдательной астрофизики часто называют практической астрофизикой. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент, связанный с произвольным изменением условий протекания явления, Астрофизика основывается главным образом на наблюдениях, когда исследователь не имеет возможности влиять на ход физического процесса. Однако при изучении того или иного явления обычно представляется возможность наблюдать его на многих небесных объектах при различных условиях, так что в конечном счёте Астрофизика оказывается в не менее благоприятном положении, чем экспериментальная физика. Во многих случаях условия, в которых находится вещество в небесных телах и системах, намного отличаются от доступных современным физическим лабораториям. Благодаря этому астрофизические исследования нередко приводят к открытию новых физических закономерностей.

Исторически сложилось разделение наблюдательной астрофизики на отдельные дисциплины по двум признакам: по методам наблюдения и по объектам наблюдения. Различным методам посвящены такие дисциплины, как Астрофотометрия, Астроспектроскопия, Астроспектрофотометрия, Астрополяриметрия, Астроколориметрия, Рентгеновская астрономия, Гамма-астрономия. Примером дисциплин, выделенных по объекту исследования, могут служить: Физика Солнца, Физика Планет, физика туманностей галактических, Физика звёзд. По мере развития техники космических полётов в астрофизических исследованиях всё большую роль играет Внеатмосферная астрономия, основанная на наблюдениях с помощью инструментов, размещенных на искусственных спутниках Земли и космических зондах. С развитием космонавтики появилась возможность устанавливать такие инструменты также и на других небесных телах. На этой же основе предполагается развитие экспериментальной астрономии. На грани наблюдательной и экспериментальной астрономии находятся Радиолокационная астрономия и лазерная астрономия, получающие информацию о небесных телах, используемую в Астрофизике, путём их искусственного освещения пучками электромагнитных волн. Среди больших планет наиболее полно изучена Земля, являющаяся предметом исследований геофизики. В объекты изучения Астрофизики входят исследования тел Солнечной системы, Физика Солнца, Физика звёзд, Физика туманностей, Физика внегалактических объектов, Теоретическая астрофизика, цель которой это объяснение изучаемых Астрофизикой явлений на основе общих законов физики. При этом она пользуется как методами, уже разработанными в теоретической физике, так и специальными методами, разработанными для изучения явлений в небесных телах и связанными со специфическими свойствами этих тел. В случае сверхплотных конфигураций, расчёты следует вести на основе общей теории относительности. Эти вопросы так же, как и теоретические исследования, касающиеся процесса расширения Вселенной в целом, составляют новую отрасль теоретической астрофизики, получившую название релятивистской астрофизики..

Литература

• Астрофизика // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Большая советская энциклопедия / Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. - Москва : Сов. энциклопедия, Т. 2: Ангола-Барзас. — 1970. — 631 с.
• Большая Российская энциклопедия / научно-редакционный совет: председатель — Ю. С. Осипов и др. — Москва : Большая Российская энциклопедия, Т. 2: Анкилоз — Банка / науч.-ред. совет: пред.- Ю. С. Осипов [и др.]. — 2005. — 766 с. — ISBN 5-85270-320-6