ينقسم علم الفلك الحالي إلى فرعينعلم الفلك النظريوعلم الفلك الرصدي. يركز علم الفلك الرصدي على الحصول على البيانات من ملاحظاتالأجرام الفلكية. ثم يجري تحليل هذه البيانات باستخدام المبادئ الأساسية لعلمالفيزياء. علم الفلك النظري موجه نحو تطويرنماذج حاسوبية أو تحليلية لوصف الظواهر والأجرام الفلكية. هذان المجالان يكملان بعضهما البعض. يسعى علم الفلك النظري إلى شرح نتائج الرصد وتستخدم الملاحظات المرصودة لتأكيد النتائج النظرية.[8]
ساهمالفلكيون الهواة في العديد من الاكتشافات المهمة، حيث يعدّ علم الفلك من العلوم القليلة التي يمكن للهواة أن يلعبوا فيها دورًا هامًا، وخاصة في اكتشافورصد الظواهر العابرة.[9]
في العربية، العِلْمُ هو المعرفة وهو نقيض الجهل،[11] والفَلَك هو مدار النجوم، وجمعها أَفلاك،[12] وجمعهاالفيروز أبادي فيمحيطه على فُلُك أيضاً[13] وجاء فيالمعجم الوسيط أن الفَلَك هو المدار الذي يسبح فيه الجرم السماوي وبأن علم الفلك هو علم يُبحث فيه عن الأجرام العلوية وأحوالها وبأن الفلكي هو المُشتغِل بهذا العلم.[14]
ويُسمى علم الفلك (بالإنجليزية:Astronomy) وهي مكونة من مقطعين، البادئة Astro- وتعني نجم أو سماء أو فلكي[15] واللاحقة onomy- التي تعني مجموعة القواعد أو القوانين الناظمة للمعرفة في أحد حقول المعارف البشرية.
ويُسمى علم الفلك (باليونانية:ἀστρονομία) وهي كلمة مكونة من مقطعين، ἀστρο وتعني نجم وνόμος وتعني قانون، فيصبح معنى الكلمة الحرفي «قانون النجوم». لا ينبغي الخلط بين علم الفلكوعلم التنجيم، والتنجيم هو الادعاء أن الشؤون البشرية مرتبطة بمواقعالأجرام السماوية.[16] على الرغم من أن الحقلين يشتركان في أصل مشترك، إلا أنهما الآن مختلفان تمامًا.[17]
«علم الفلك» و«الفيزياء الفلكية» كلمتان مترادفتان.[18][19][20] استنادًا إلى تعريفات القاموس الدقيقة، يشير مصطلح «علم الفلك» إلى «دراسة الأجرام والمواد خارج الغلاف الجوي للأرض ودراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية»،[21] بينما تشير «الفيزياء الفلكية» إلى فرع علم الفلك الذي يتعامل مع «السلوك، والخصائص الفيزيائية والعمليات الديناميكية للأجرام والظواهر السماوية».[22] في بعض الحالات، كما هو الحال في مقدمة الكتاب المدرسي التمهيدي «الكون الفيزيائي» بقلمفرانك شو، يمكن استخدام «علم الفلك» لوصف الدراسة النوعية للموضوع، بينما يمكن استخدام «الفيزياء الفلكية» لوصف النسخة الموجهة نحو الشرح الفيزيائي للموضوع.[23] ومع ذلك، نظرًا لأن معظم الأبحاث الفلكية الحديثة تتعامل مع الموضوعات المتعلقةبالفيزياء، يمكن أن يُطلق على علم الفلك الحديث في الواقع اسم الفيزياء الفلكية.[18] بعض المجالات، مثلعلم القياسات الفلكية، هي مجرد علم فلك أكثر من فيزياء فلكية. قد تستخدم الأقسام المختلفة التي يجري فيها العلماء أبحاثًا حول هذا الموضوع «علم الفلك» و«الفيزياء الفلكية»، اعتمادًا جزئيًا على ما إذا كان القسم تابعًا تاريخيًا لقسم الفيزياء،[19] والعديد من علماء الفلك المحترفين حاصلون على درجات في الفيزياء بدلاً من علم الفلك.[20] تشمل بعض عناوين المجلات العلمية الرائدة في هذا المجالالمجلة الفلكيةوالمجلة الفيزيائية الفلكيةومجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
علم الفلك والتنجيم كانا في العصور القديمة يُعاملان كعلمٍ واحد، وأخذا بالانفصال تدريجيا عن بعضهما البعض ليغدوا علمين منفصلين حتىالقرن السابع عشر (فيعصر التنوير تحديدا) عندما رُفِض اعتبار التنجيم كعلم. وخلال الجزء الأخير من فترةالعصور الوسطى، أصبح علم الفلك هو الأساس وأصبح علم التنجيم يعمل من خلاله.[24]
منذ القرن الثامن عشر، أصبحا يعاملان بصفتهما اختصاصين منفصلين. علم الفلك، أي دراسة الأجراموالظواهر التي تنشأ خارج الغلاف الجوي للأرض، وهوعلم[25][26][27] وأصبح على نطاق واسع من ضمن الانضباط الأكاديمي. أماالتنجيم، والذي يستخدم المواقع الظاهرة للأجرام السماوية للتنبؤ بالأحداث المستقبلية، هو شكل من أشكالالعرافة وليس سوى أحدالعلوم الزائفة.[28][29][30]
مخطوط لكتاب عربي في علم الفلك يظهر تقدم العرب في حساب وقتالخسوفوالكسوف.مخطوط لكتاب عربي في علم الفلك يشرح ظاهرةخسوف القمر.تشير استكشافات جاليليو وملاحظاته حول القمر إلى أن السطح كان جبلياً.مخطط فلكي من مخطوطة علمية مبكرة، 1000 للميلاد.
في العصور التاريخية المبكرة، كان علم الفلك يتألف فقط من المراقبة والتنبؤ بحركات الأجرام المرئية بالعين المجردة. في بعض المواقع، جمعت الثقافات المبكرة قطعًا أثرية ضخمة ربما كان لها بعض الأغراض الفلكية. بالإضافة إلى استخداماتها الاحتفالية، يمكن استخدام هذهالمراصد لتحديد فصول السنة، وهو عامل مهم في معرفة وقت زراعة المحاصيل وفهم طول العام.[31]
قبل اختراع أدوات مثلالتلسكوب، أجريت دراسة مبكرة للنجوم باستخدام العين المجردة. مع تطور الحضارات، وعلى الأخص فيبلاد ما بين النهرينواليونانوبلاد فارسوالهندوالصينومصروأمريكا الوسطى، جمعت المراصد الفلكية وبدأت الأفكار حول طبيعة الكون في التطور. تألف علم الفلك المبكر من رسم خرائط مواقع النجوم والكواكب، وهو علم يشار إليه الآن باسمعلم القياسات الفلكية. من هذه الملاحظات، شكلت أفكار مبكرة حول حركات الكواكب، واستكشفت طبيعة الشمس والقمر والأرض في الكون بطريقة فلسفية. كان يعتقد أن الأرض هي مركز الكون حيث تدور حولها الشمس والقمر والنجوم. يُعرف هذابنموذج مركزية الأرض للكون، أوالنموذج البطلمي، الذي سمي على اسمبطليموس.[32]
كان التطور المبكر المهم خصوصًا هو بداية علم الفلك الرياضي والعلمي، والذي بدأ بينالبابليين، الذين وضعوا أسس التقاليد الفلكية اللاحقة التي تطورت في العديد من الحضارات الأخرى. اكتشفالبابليون أنخسوف القمر يتكرر في دورة متكررة تعرف باسمدورة ساروس.[33]
بعد البابليين، أحرز تقدم كبير في علم الفلك فياليونان القديمةوالعالم الهلنستي. يتميزعلم الفلك اليوناني منذ البداية بالسعي إلى تفسير منطقي وفيزيائي للظواهر السماوية.[34] في القرن الثالث قبل الميلاد، قدرأرسطرخس الساموسي حجم ومسافة القمر والشمس، واقترح نموذجًا للنظام الشمسي حيث تدور الأرض والكواكب حول الشمس، ويسمى الآننموذج مركزية الشمس.[35] في القرن الثاني قبل الميلاد، اكتشفأبرخشالبدارية، وحساب حجم ومسافة القمر، واخترع أقدم الأجهزة الفلكية المعروفة مثلالأسطرلاب.[36] أنشأأبرخش أيضًا فهرسًا شاملاً لـ1020 نجمة، ومعظم الأبراج في نصف الكرة الشمالي مستمدة من علم الفلك اليوناني.[37] كانتآلية أنتيكيثيرا (حوالي 150-80 قبل الميلاد) جهازحاسوب تماثلي مبكر مصمم لحساب موقع الشمس والقمر والكواكب في تاريخ معين. لم تظهر المصنوعات التكنولوجية ذات التعقيد المماثل حتى القرن الرابع عشر، عندما ظهرتالساعات الفلكية الميكانيكية فيأوروبا.[38]
علم الفلك الصيني له تاريخ طويل، بدءًا من عهدأسرة شانغ (العصر البرونزي الصيني). عثر على أسماء النجوم الصينية التي صنفت لاحقًا في القصور الثمانية والعشرين على عظام أوراكل المكتشفة فيأنيانغ، والتي يعود تاريخها إلى عهد أسرة شانغ الوسطى.[39] بدأت سجلات مفصلة للملاحظات الفلكية خلال فترة الدول المتحاربة (القرن الرابع قبل الميلاد) وازدهرت من عهدأسرة هان فصاعدًا. كان علم الفلك الصيني استوائيًا، حيث كان مركزًا على الملاحظة الدقيقة للنجوم المحيطة بالقطب، واستند إلى مبادئ مختلفة عن تلك السائدة في علم الفلك الغربي التقليدي، حيث شكلالشروق النجمي وإعداداتدائرة البروجمسار الشمس الأساسي.[40] وصف نيدهام الصينيين القدماء بأنهم أكثر المراقبين ثباتًا ودقة في كشف الظواهر السماوية في أي مكان في العالم قبلعلماء الفلك الإسلامي.[41]
ضمتأوروبا فيالعصور الوسطى عددًا من علماء الفلك المهمين. قدمريتشارد من والينجفورد (1292-1336) مساهمات كبيرة في علم الفلكوعلم البنكامات، بما في ذلك اختراع أولساعة فلكية، سمحت أداةالمستطيل بقياس الزوايا بين الكواكب والأجسام الفلكية الأخرى، بالإضافة إلى خط استوائي يسمى «ألبيون» والذي يمكن استخدامه في الحسابات الفلكية مثل خطوط الطول القمرية والشمسية والكواكب ويمكن أن يتنبأبالكسوف. ناقشنيكول أورسمه (1320–1382)وجان بوريدان (1300–1361) لأول مرة الدليل على دوران الأرض، علاوة على ذلك، طور بوردان أيضًا نظريةالزخم (سلف النظرية العلمية الحديثةللقصور الذاتي) التي كانت قادرة على إظهار الكواكب كانت قادرة على الحركة دون تدخلالملائكة (حسب الفكر الشائع وقتها).[48] ساعدجورج فون بيورباخ (1423-1461)وريغيومونتانوس (1436–1476) في جعل التقدم الفلكي مفيدًا في تطوير كوبرنيكوس لنموذجمركزية الشمس بعد عقود.
حدثت تطورات كبيرة في علم الفلك مع إدخال التكنولوجيا الجديدة، بما في ذلكالمطيافوالتصوير. اكتشفجوزيف فون فراونهوفر حوالي 600 نطاقًا في طيف الشمس في (1814-15)، والتي في عام 1859 عزاهاغوستاف روبرت كيرشهوف إلى وجود عناصر مختلفة داخلها. أُثبتَ أن النجوم تشبه شمس الأرض، ولكن مع نطاق واسع من درجات الحرارة والكتل والأحجام.[46]
المصدر الرئيسي للمعلومات حولالأجرام السماوية والأجسام الأخرى هوالضوء المرئي، أو عمومًاالإشعاع الكهرومغناطيسي.[66] يمكن تصنيفعلم الفلك الرصدي وفقًا للمنطقة المقابلة منالطيف الكهرومغناطيسي التي تُجرى الملاحظات عليها. يمكن ملاحظة بعض أجزاء الطيف من سطح الأرض، بينما يمكن ملاحظة أجزاء أخرى فقط من ارتفاعات عالية أو خارج الغلاف الجوي للأرض. فيما يلي معلومات محددة عن هذه الحقول الفرعية.
يدرس علم الفلك الراديوي الإشعاع ذاتطول موجي أكبر من ملليمتر واحد تقريبا، خارج النطاق المرئي.[67] ويختلف علم الفلك الراديوي عن معظم أنواع علم الفلك الرصدي الأخرى، حيث أنه يمكن التعامل معالموجات الرادوية باعتبارهاموجات بدلاً من اعتبارهافوتونات منفصلة وبالتالي، يعد من السهل نسبيًا قياس اتساع وطور الموجات الراديوية، بينما لا يمكن القيام بذلك مع الموجات ذات طول موجي أقصر.[67]
تأسس علم فلك الأشعة تحت الحمراء لاكتشاف وتحليلالأشعة تحت الحمراء والأطوال الموجية الأطول من الضوء الأحمر وخارج نطاق رؤيتنا. يعتبر طيف الأشعة تحت الحمراء مفيدًا لدراسة الأجسام الباردة جدًا بحيث لا تشع الضوء المرئي، مثل الكواكب أوالأقراص النجمية أو السدم التي يحجب الغبار ضوئها. يمكن للأطوال الموجية الطويلة للأشعة تحت الحمراء أن تخترقالسحابات الجزيئية التي تحجب الضوء المرئي، مما يسمح بملاحظة النجوم الفتية المدمجة في السحب الجزيئية. كانت الملاحظات منمستكشف الأشعة تحت الحمراء عريض المجال (WISE) فعالة خصوصًا في الكشف عن العديد منالنجوم الأولية فيالمجرةوالعناقيد النجمية.[69][70] باستثناء الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء القريبة من الضوء المرئي، يمتص الغلاف الجوي هذا الإشعاع بشدة، أو يتم إخفاؤه، حيث ينتج الغلاف الجوي نفسه انبعاثًا كبيرًا للأشعة تحت الحمراء. وبالتالي، يجب أن توجد مراصد الأشعة تحت الحمراء في أماكن مرتفعة وجافة على الأرض أو في الفضاء.[71] تشع بعض الجزيئات بقوة في الأشعة تحت الحمراء. هذا يسمح بدراسة كيمياء الفضاء. بشكل أكثر تحديدًا يمكنه من اكتشاف الماء فيالمذنبات.[72]
مرصد سوبارو (يسار)ومرصد كيك (في الوسط) فيمونا كيا، كلاهما مثالان لمرصد يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة والأطوال الموجية المرئية. مرفق مرصد الأشعة تحت الحمراء التابعلناسا (على اليمين) هو مثال على مرصد يعمل فقط في الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء.
يعدّ علم الفلك البصري من أقدم أنواع الفلك في التاريخ، وهو يسمى أيضا بفلك الضوء المرئي.[73] ورسمت الصور البصرية باليد في الأصل. وفي أواخر القرن التاسع عشر ومعظم القرن العشرين، كانت الصور تصنع باستخدام معدات التصوير. وتصنع الصور الحديثة باستخدام كاشفات رقمية، ولا سيما الكاشفات التي تستخدمجهاز مزدوج الشحنة. وعلى الرغم من أن الضوء المرئي يمتد من حوالي 400 إلى 700 نانومتر،[73] تستخدم نفس المعدات التي توظف تلك الأطوال الموجية لمراقبة بعض الإشعاعات القريبة منالأشعة فوق البنفسجيةوالأشعة تحت الحمراء.
يستخدم علم فلك الأشعة فوق البنفسجية أطوالموجات فوق بنفسجية تتراوح بين 100 و3200أنغستروم (10 إلى 320 نانومتر).[67] يمتص الغلاف الجوي للأرض الضوء عند تلك الأطوال الموجية، مما يتطلب إجراء عمليات رصد عند هذه الأطوال الموجية من الغلاف الجوي العلوي أو من الفضاء. علم فلك الأشعة فوق البنفسجية هو الأنسب لدراسةالإشعاع الحراري وخطوط الانبعاث الطيفي من النجوم الزرقاء الساخنة (نجوم OB) التي تكون ساطعة جدًا في نطاق الموجة هذا. وهذا يشمل النجوم الزرقاء في المجرات الأخرى، والتي كانت أهدافًا للعديد من المسوحات فوق البنفسجية. الأجسام الأخرى التي يجري ملاحظتها بشكل شائع في الضوء فوق البنفسجي تشملالسدم الكوكبية،وبقايا المستعر الأعظم،ونوى المجرات النشطة.[67] ومع ذلك، نظرًا لأنالغبار البينجمي يمتص الضوء فوق البنفسجي بسهولة، فمن الضروري تعديل قياسات الأشعة فوق البنفسجية.[67]
يهتم علم فلك أشعة غاما بدراسة الأجسام الفلكية ذات الأطياف الكهرومغناطيسية التي لديها أقصر أطوال موجية. يمكن رصدأشعة غاما مباشرةً بواسطة الأقمار الصناعية مثلمرصد كومبتون لأشعة غاما أو بواسطة تلسكوب متخصص يسمى تلسكوب شيرينكوف للغلاف الجوي.[67] لا ترصد تلسكوبات شيرينكوف أشعة غاما، ولكنها ترصد ومضات منالضوء المرئي ناتج عن امتصاص الغلاف الجوي للأرضأشعة غاما.[74]
وتعد معظم مصادر إصدارأشعة غاما انفجارات نجمية ينتج منهاانفجار أشعة غاما، وهي أجسام لا تصدر إلا أشعة غاما لمدة تتراوح من ملي ثانية إلى آلاف الثواني قبل أن تختفي. وتصدر 10% فقط من مصادر أشعة غاما تلك الإشعاعات لفترة طويلة. تشمل هذه الباعثات الثابتة لأشعة غاما النباضات،والنجوم النيوترونية، ومرشحيالثقوب السوداء مثل النوى المجرية النشطة.[67]
بالإضافة إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي، يمكن ملاحظة بعض الأحداث الأخرى التي تنشأ من مسافات بعيدة من الأرض.
فيعلم فلك النيوترينو، يستخدم علماء الفلكمنشآت تحت الأرض محمية بشدة مثل SAGE وGALLEX وKamioka II/III لاكتشافالنيوترينوهات. تأتي الغالبية العظمى من النيوترينوهات المتدفقة عبر الأرض من الشمس، ولكن اكتشف 24 نيوترينو أيضًا منمستعر أعظم 1987A.[67]الأشعة الكونية، والتي تتكون من جسيمات عالية الطاقة (نوى ذرية) يمكن أن تتحلل أو تمتص عندما تدخل الغلاف الجوي للأرض، ينتج عنها سلسلة من الجسيمات الثانوية التي يمكن أن تكتشفها المراصد الحالية.[75] قد تكون بعضأجهزة الكشف عن النيوترينو المستقبلية أيضًا حساسة للجسيمات التي تنتج عندما تضرب الأشعة الكونية الغلاف الجوي للأرض.[67]
تُعرف مجموعة الملاحظات التي تجري باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي أو النيوترينوهات أو موجات الجاذبية والمعلومات التكميلية الأخرى باسمعلم الفلك متعدد الرسل.[79][80]
علم القياسات الفلكية يعدّ واحدًا من أقدم مجالات علم الفلك وباقي العلوم، وهو يهتم بقياس المواقع السماوية. وكان من المهم معرفة موقع الشمس والقمر والكواكب والنجوم بدقة عبر التاريخ، وخاصة فيالملاحة السماوية (استخدام الأجرام السماوية لتوجيه الملاحة) وفي صنعالتقاويم.
وأدى القياس الدقيق لمواقع الكواكب إلى فهم اضطرابات الجاذبية، بالإضافة إلى القدرة على تحديد المواقع الحالية والماضية للكواكب بدقة أكثر. ويعرف هذا المجال باسمالميكانيكة السماوية. وسيساعد تعقبالأجرام المجاورة لكوكب الأرض في التنبؤ باللقاءات والاصطدامات المحتملة مع كوكب الأرض.[81]
ويقدمقياس تزيح النجوم القريبة أساسسلم المسافات الكونية الذي يستخدم لقياس حجم الكون. كما يقدم قياس تزيح النجوم القريبة الأساس المطلق لخصائص النجوم البعيدة، لأنه يمكن مقارنة تلك الخصائص. يوضح قياسالسرعة الشعاعيةوالحركة الخاصة المناسبة للنجوم لعلماء الفلك برسم حركة هذه الأنظمة عبرمجرة درب التبانة. كما تستخدم نتائج القياسات الفلكية لقياس توزيعالمادة المظلمة داخل المجرة.[82]
يستخدم علماء الفلك النظري العديد من الأدوات بما في ذلكالنماذج التحليليةوالتحليل العدديالحسابي. لكل منها مزاياها الخاصة. تعتبر النماذج التحليلية لأي عملية مفيدا لإعطاء نظرة أوسع على جوهر ما يحدث. تكشف النماذج العددية عن وجود ظواهر وتأثيرات لا يمكن ملاحظتها.[84][85]
يسعى المنظرون في علم الفلك إلى إنشاء نماذج نظرية وبذلك يتنبأون بالنتائج الرصدية لتلك النماذج. تسمح مراقبة الظاهرة التي تنبأ بها النموذج لعلماء الفلك بالاختيار بين عدة نماذج بديلة أو متضاربة باعتبارها أفضل نموذج قادر على وصف الظاهرة.
يحاول المنظرون أيضًا إنشاء نماذج أو تعديلها لمراعاة البيانات الجديدة. في حالة وجود تناقض بين البيانات ونتائج النموذج، يكون الاتجاه العام هو محاولة إجراء تعديلات قليلة على النموذج بحيث ينتج عنه نتائج تتناسب مع البيانات. في بعض الحالات، قد تؤدي كمية كبيرة من البيانات غير المتسقة بمرور الوقت إلى التخلي التام عن النموذج.
تمثيل لوغاريتمي للكون المرئي. تُوضع تعليقات توضيحية على الأشياء الفلكية البارزة. تزيد المسافة من الأرض بمعدل أُسي من المركز إلى الحافة. جرى تكبير الأجرام السماوية لتقدير أشكالها.
الكيمياء الفلكية هي دراسة وفرة وتفاعلاتالجزيئات فيالكون، وتفاعلها معالإشعاع.[90] هذا الفرع هو تداخل بين علم الفلكوالكيمياء. يمكن تطبيق كلمة «الكيمياء الفلكية» على كل منالنظام الشمسيوالوسط النجمي. تسمى دراسة وفرة العناصر ونسبالنظائر في أجرام النظام الشمسي، مثلالنيازك، أيضًاالكيمياء الكونية، بينما تسمى أحيانًا دراسة الذرات والجزيئات بين النجوم وتفاعلها مع الإشعاع الفيزياء الفلكية الجزيئية. إن تكوينالسحابات الجزيئية وتركيبها الذري والكيميائي وتطورها ومصيرها له أهمية خاصة، لأنه من هذه السحب تتشكل الأنظمة الشمسية.
علم الأحياء الفلكي هو مجال علمي متعدد التخصصات يهتمبالأصولوالتطور المبكر والتوزيع ومستقبلالحياة في الكون. يدرس علم الأحياء الفلكي مسألة ما إذا كانتالحياة خارج كوكب الأرض (exobiology) موجودة، وكيف يمكن للبشر اكتشافها إذا كانت موجودة.[91][92]
في سياق هذا التوسع، خضع الكون لعدة مراحل تطورية. في اللحظات الأولى، يُفترض أن الكون شهدتضخمًا كونيًا سريعًا للغاية، مما أدى إلى تجانس شروط البداية. بعد ذلك، أنتجالتخليق النووي الوفرة الأولية للكون المبكر.[99] (انظر أيضًاعلم التسلسل الزمني الكوني).
عندما تشكلت الذرات المحايدة الأولى من بحر من الأيونات البدائية، أصبح الفضاء واضحًا للإشعاع، وأطلق الطاقة التي يُنظر إليها اليوم على أنهاإشعاع الخلفية الكونية الميكروي. ثم خضع الكون المتوسع لعصر مظلم بسبب نقص مصادر الطاقة النجمية.[100]
بدأ الهيكل الهرمي للمادة يتشكل من تغيرات دقيقة في كثافة كتلة الفضاء. تراكمت المادة في المناطق الأكثر كثافة، مكونة غيومًا من الغاز، وكانت النجوم الأولى هيالنجوم الجمهورية الثالثة. أدت هذه النجوم الضخمة إلى عمليةإعادة التأين ويعتقد أنها خلقت العديد من العناصر الثقيلة في بدايات الكون، والتي من خلال الاضمحلال النووي تخلق عناصر أخف، مما يسمح لدورة التخليق النووي بالاستمرار لفترة أطول.[101]
تجمعات الجاذبية تتجمع في خيوط، تاركة فراغات في الفجوات. اندمجت منظمات الغاز والغبار تدريجيًا لتشكيل المجرات البدائية الأولى. بمرور الوقت، سحبت هذه المزيد من المواد، وغالبًا ما نظمت فيمجموعات وعناقيد المجرات، ثم إلى عناقيد عملاقة واسعة النطاق.[102]
إن وجودالمادة المظلمةوالطاقة المظلمة أمر أساسي في بنية الكون. يُعتقد الآن أن هذه هي المكونات السائدة، وتشكل 96% من كتلة الكون. لهذا السبب، يبذل الكثير من الجهد في محاولة فهم فيزياء هذه المكونات.[103]
تظهر هذه الصورة عدة أجسام لولبية زرقاء، التي هي صور متعددة لنفس المجرة، تتكرر بتأثير عدسة جاذبية عناقيد المجرات الصفراء الموجودة بالقرب من منتصف الصورة. وتنتج العدسة من مجال الجاذبية الخاص بالعنقود الذي يؤدي إلى انحناء الضوء لتضخيم وتشويه صورة جسم أكثر بعدًا.
تأخذ المجرة الإهليلجية الشكل المقطعيللقطع الناقص. وتتحرك النجوم من خلال مداراتعشوائية ليس لها اتجاه معين. وتحتوي تلك المجرات على القليل من الغبار بين النجمي، ومناطق تشكيل النجوم، ونجوم كبيرة. وتقع المجرات الإهليلجية عادةً في قلب المجموعات المجرية، ويمكن أن تتشكل من خلال دمج المجرات الكبيرة.
تنتظم المجرة اللولبية من خلال قرص مسطح دائري ذات انتفاخ أو قضيب بارز في المركز، بالإضافة إلى أذرع مشرقة لولبية بالخارج. وتعتبر الأذرع مناطق مغبرة لتكوين النجوم حيث تنتج النجوم الشابة الضخمة درجة من درجات اللون الأزرق. وتحيط بالمجرات اللولبية هالة من النجوم الكبيرة سنًا. وتعد كل من مجرةدرب التبانة،ومجرة المرأة المسلسلة مجرات حلزونية.
وتتميز المجرات غير النظامية بأنها فوضوية، وهي ليست حلزونية ولا إهليلجية. يعدّ حوالي ربع المجرات غير نظامية، وتأتي الأشكال الغريبة لتلك المجرات نتيجة لتفاعل الجاذبية.
وتعد المجرة النشطة تشكيل ينبعث منه كمية كبيرة من طاقته من مصدر آخر غير النجوم، والغبار، والغاز، وتدعمه منطقة مدمجة في المركز، وهي عادةً ما يعتقد بأنهاثقب أسود فائق الحجم تنبعث منه إشعاعات من مواد ساقطة.
ويتمثل الهيكل الكبير للكون من خلال مجموعات من المجرات. وينتظم ذلك الهيكل في تسلسل هرمي، ويعدّالعنقود المجري الهائل أكبر تلك الهياكل. وتتكون المادة المجمعة منخيوط مجرات وعناقيد مجرات، تاركةًفراغات كبيرة بينها.[106]
تدورمجموعتنا الشمسية داخلمجرة درب التبانة، وهيمجرة حلزونية ضلعية وعضو بارز فيالمجموعة المحلية من المجرات. وهي كتلة دوارة تتكون من الغاز، والغبار، والنجوم وغيرها من الأجسام التي ترتبط معًا بواسطة جاذبية متبادلة. وحيث أن كوكب الأرض يقع ضمن الذراع الخارجية المغبرة، هناك أجزاء كبيرة من مجرة درب التبانة لا يمكن رؤيتها.
ويقع القلب في مركز مجرة درب التبانة، وهو تضخم ضلعي الشكل ذاثقب أسود فائق في المركز. يحيط به أربعة أذرع أساسية ذات قلب لولبي. وهي منطقة تتميز بالتشكيل النشط للنجوم التي تحتوي على العديد من النجوم الصغيرة من النوع الأول. ويحيط بالقرص هالة كروية من النجوم الكبيرة منالنوع الثاني، بالإضافة إلى مجموعات كثيفة نسبياً من النجوم تعرف باسمالعناقيد المغلقة.[107]
وكلما تظهر النجوم الضخمة بكثرة، تتحول السحابة إلىمنطقة هيدروجين II، التي تتكون من غازات وبلازما متوهجة. وتعملالرياح النجمية وانفجارات السوبرنوفا الناتجة عن هذه النجوم على تفريق السحب، وغالباً ما تترك وراءهاعناقيد مفتوحة من النجوم الشابة. ثم تتناثر تلك المجموعات تدريجيا، وتنضم النجوم لسكان مجرة درب اللبانة.[109]
أوضحت الدراسات الحركية للمادة داخل مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى أن هناك كتل أكبر من المعروفة بالنسبة للمواد المرئية. وتظهرهالة مادية مظلمة، ويبدو أنها تسيطر على الكتلة، على الرغم من عدم تحديد طبيعة تلكالمادة المظلمة.[110]
تعتمد خصائص النجم الناتج بشكل أساسي على كتلته الأولية. كلما زاد حجم النجم، زاد لمعانه، وزادت سرعة اندماج وقود الهيدروجين في الهيليوم في قلبه. بمرور الوقت، يتحول وقود الهيدروجين بالكامل إلى هيليوم، ويبدأ النجم في التطور. يتطلب اندماج الهيليوم درجة حرارة أساسية أعلى. النجم ذو درجة حرارة أساسية عالية بما يكفي سيدفع طبقاته الخارجية إلى الخارج مع زيادة كثافته الأساسية.العملاق الأحمر الناتج عن تمدد الطبقات الخارجية يتمتع بعمر قصير، قبل أن يُستهلك وقود الهيليوم في القلب بدوره. يمكن للنجوم الضخمة جدًا أن تمر أيضًا بسلسلة من المراحل التطورية، لأنها تندمج بشكل متزايد مع عناصر أثقل.[112]
يعتمد المصير النهائي للنجم على كتلته، حيث تصبح النجوم ذات الكتلة الأكبر من حوالي ثمانية أضعاف الشمسمستعرات أعظم؛[113] بينما تنفجر النجوم الأصغر عن طبقاتها الخارجية وتترك وراءها اللب الخامل على شكلقزم أبيض. يشكل طرد الطبقات الخارجيةسديمًا كوكبيًا.[114] بقايا المستعر الأعظم هونجم نيوتروني كثيف، أوثقب أسود إذا كانت الكتلة النجمية أكبر بثلاث مرات على الأقل منالشمس.[115] يمكنللنجوم الثنائية التي تدور عن قرب أن تتبع مسارات تطورية أكثر تعقيدًا، مثل انتقال الكتلة إلى رفيق قزم أبيض يمكن أن يتسبب في حدوث مستعر أعظم.[116] توزع السدم الكوكبية والمستعرات الأعظمية «المعدنية» المنتجة في النجم عن طريق الاندماج في الوسط النجمي؛ بدونها، كل النجوم الجديدة (وأنظمتها الكوكبية) ستتشكل من الهيدروجين والهيليوم فقط.[117]
وعلى مسافة تصل إلى نحو ثماني دقائق ضوئية، تعدّالشمس أكثر النجوم دراسةً، وهينجم قزمي نموذجي منالمجموعة G2 V، ويبلغ عمرها حوالى 4.6 مليار عام. لا تعتبر الشمسنجمًا متغيرًا، ولكنها لا تخضع للتغييرات الدورية في نشاطها المعروف باسمالدورة الشمسية. وذلك يعد تقلباً فيالأرقام الشمسية لمدة 11 عاماً. والبقع الشمسية هي مناطق ذات درجة حرارة أقل من المتوسط ترتبط بالنشاط المغناطيسي المكثف.[118]
ازدادت الشمس إشراقًا عبر الزمن، وتبلغ الزيادة بنسبة 40% منذ أن أصبحت الشمس نجم تسلسل رئيسي. كما خضعت الشمس أيضا لتغيرات دورية من حيث الإشراق والذي يمكن أن يكون له تأثير ملموس على كوكب الأرض.[119] وعلى سبيل المثال، يعتقد أن ظاهرة موندر قد سببت حدوث ظاهرةالعصر الجليدي الصغير خلالالقرون الوسطى.[120]
يطلق على السطح الخارجي المرئي للشمسالفوتوسفير. ويوجد فوق هذه الطبقة، منطقة رقيقة تعرف باسمالكروموسفير. ويحيط بها منطقة انتقالية ذات درجات حرارة تتزايد بسرعة، ثم يأتي بعدها طبقةالهالة الساخنة.
ويقع في مركز الشمس المنطقة الرئيسية، وهي تحتوي على كمية من درجة الحرارة والضغط تكفي لحدوثاندماج نووي. بينما يوجد فوق المنطقة الرئيسيةمنطقة الإشعاع، حيث تنقل البلازما تدفق الطاقة عن طريق الإشعاعات. وتكون الطبقات الخارجيةمنطقة حرارية حيث تنقل المواد الغازية الطاقة عن طريق تغيير المكان الفيزيائي للغاز. ويعتقد بأن تلك المنطقة الحرارية تخلق نشاطًا مغناطيسيًا مما يولد بقع شمسية.[118]
البقعة السوداء في الأعلى هيدوامة ترابية تتسلق جدار فوهة على سطحالمريخ. هذا العمود المتحرك والدوامي من الغلاف الجوي للمريخ (الذي يمكن مقارنتهبإعصار أرضي) خلق الخط المظلم الطويل.
وتكونت الكواكب قبل 4.6 مليار سنة من خلالقرص كوكبي كان يحيط بالشمس في أول عهدها. كون ذلك القرص كتل مادية تطورت مع الوقت لتصبح كواكب أولية، وتمت تلك العملية من خلال الجاذبية، والتصادم، والتراكم. ثم قامالضغط الإشعاعي الناتج منالرياح الشمسية بطرد معظم المواد التي لم تتطور بعد، ونجد أن الكواكب التي لديها كتل كافية هي التي حافظت على الغلاف الجوي الغازي. واستمرت الكواكب في طرد المواد المتبقية خلال فترة من القصف المكثف، والدليل على ذلك هو وجودحفر عديدة على سطح القمر. وخلال تلك الفترة، يمكن لبعض الكواكب الأولية أن تصطدم ببعضها البعض، وتلك هيالفرضية الرائدة حول كيفية تكون القمر.[124]
وعندما يصل الكوكب إلى الكتلة الكافية، تعزل المواد ذات الكثافة المختلفة داخل الكوكب، وذلك خلالالتمايز الكوكبي. ويمكن لهذه العملية أن تشكل نواة صخرية أو معدنية محاطة بغطاء وسطح خارجي. ويمكن أن تضم النواة مناطق صلبة وسائلة، بينما تنتج بعض النوى الكوكبيةالمجال المغناطيسي الخاص بها الذي يمكن أن يحمي غلافها الجوي من الرياح الشمسية.[125]
تنتج الحرارة الداخلية لأي كوكب أو قمر من التصادمات التي تحدث بسبب تجمع المكونات في باطنه، ومن ضمنها المواد المشعة (مثل:اليورانيوم،والثوريوم،والألومنيوم-26 أو الحرارة الناتجة منالمد والجزر، وهذه تنشأ من تجاذب الكوكب لنجمه (شمسه) المركزي الكبير). تنشأ في بعض الكواكب والأقمار قوى تعمل على دفع العمليات الجيولوجية على سطح الكوكب، مثل البراكين وحركات الصفائح التكتونية. إذا كان للكوكبكتلة استطاع الاحتفاظ بغلافه الجوي عن طريق الجاذبية، أما إذا كانت كتلته غبر كافية فإنه يفقد ما عليه من غازات ولا يحصل على غلافه الجوي. وبمعرفتنا أن القمر مثلا ليس له غلاف جوي بسبب صغر كتلته. تبرد الأجرام الصغيرة التي ليس لهاتسارع مدي بسرعة كبيرة؛ ويتوقف نشاطها الجيولوجي باستثناء أثرالفوهات الصدمية.[126]
ظهرت العديد من الروابط الهامة متعددة التخصصات بين علم الفلكوالفيزياء الفلكية ومع غيرها من المجالات العلمية الرئيسية. يدرسعلم الآثار الفلكي الفلك القديم أو التقليدي من حيث سياقها الثقافي مستخدمًا أدلة أثرية وأنثروبولوجية.[127][128] بينما يهتمعلم الأحياء الفلكي بدراسة ظهور وتطور النظم البيولوجية في الكون، مع التركيز بوجه خاص على إمكانية وجودحياة خارج كوكب الأرض.[129]
يعد علم الفلك واحدًا من العلوم التي يمكن للهواة المساهمة فيه كثيرًا.[9]
يلاحظ هواة علم الفلك مجموعة متنوعة من الأجسام السماوية والظواهر باستخدام معدات بنوها بأنفسهم. وتشمل الأهداف المشتركة لهواة علم الفلكالقمر،والكواكب،والنجوم،والمذنبات، وزخاتالشهب، ومجموعة متنوعة من أجسام السماء العميقة مثلعناقيد النجوم،والمجرات،والسدم. ويعدّعلم الفوتوغرافيا الفلكية فرعاً من فروع علم الفلك للهواة، وهو يضم التقاط صور للسماء مساءً. ويحب كثير من الهواة التخصص في رصد أجسام معينة، وأنواع من الأجسام، أو أنواع من الأحداث التي تهمهم.[131][132]
ويعمل معظم الهواة في الأطوال الموجية المرئية، بينما يهتم عدد قليل منهم بالتجارب الخاصة بالأطوال الموجية خارجالطيف المرئي. وهذا يشمل استخدام مرشحاتالأشعة تحت الحمراء في التلسكوبات التقليدية، بالإضافة إلى استخدامالتلسكوبات الراديوية. ويعدّكارل جانسكي رائداً من هواةعلم الفلك الراديوي، ولقد بدأ بمراقبة السماء من خلال موجات راديوية في الثلاثينيات. واستخدم عدد من هواة الفلك تلسكوبات محلية الصنع أو تلسكوبات راديوية بنيت أصلاً لتستخدم في البحوث الفلكية، ولكنها أصبحت الآن متاحة للهواة (مثل:مقراب الواحد ميل).[133][134]
واستمر الفلكيين الهواة في تقديم إسهامات علمية في مجال علم الفلك. ويعدّ علم الفلك واحداً من التخصصات العلمية القليلة التي ما زال الهواة قادرون على تقديم مساهمات علمية هامة. ويمكن للهواة إجراء قياسات غيبية تستخدم لصقل مدارات الكواكب الصغيرة. كما يمكنهم اكتشافالمذنبات، وتدوين ملاحظات عادية حول العديد من النجوم. وسمحت التحسينات التي حدثت في التكنولوجيا الرقمية للهواة بتقديم مساهمات رائعة في مجالالفوتوغرافيا الفلكية.[135][136][137]
مع أن النظام العلمي لعلم الفلك قد خطى خطوات هائلة نحو فهم طبيعة الكون ومحتوياته، إلّا أنه ما زال هناك بعض الأسئلة الهامة التي لم يُجَبْ عنها، وقد تتطلب الإجابة على تلك الأسئلة بناء معدات أرضية وفضائية جديدة، وربما التطورات الجديدة في مجالالفيزياء النظريةوالتجريبية.
ما هو أصلطيف الكتلة النجمية؟ ولذلك يراقب الفلكيون نفس التوزيع للكتل النجمية (دالة الكتلة الأولية) بغض النظر عن الظروف الأولية؟[138] وبالتالي، فنحن بحاجة إلى فهم أعمق لتكوين النجوم والكواكب.
هل هناكحياة خارج الأرض أخرىفي الكون؟ هل هناك حياة ذكية أخرى؟ وإذا كان الأمر كذلك، فما هو تفسيرمفارقة فيرمي؟ إن وجود حياة في أماكن أخرى له آثار علمية وفلسفية هامة.[139][140] هل النظام الشمسي طبيعي أم غير نمطي؟
^Unsöld، Albrecht؛ Baschek, Bodo (2001).The New Cosmos: An Introduction to Astronomy and Astrophysics. Translated by Brewer, W.D. Berlin, New York: Springer.ISBN:978-3-540-67877-9.
^Pedersen، Olaf (1993).Early physics and astronomy : a historical introduction (ط. Rev.). Cambridge [England]:مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 214.ISBN:0521403405.
^Krafft، Fritz (2009). "Astronomy". في Cancik، Hubert؛ Schneider، Helmuth (المحررون).Brill's New Pauly.
^Berrgren، J.L.؛ Sidoli، Nathan (مايو 2007). "Aristarchus's On the Sizes and Distances of the Sun and the Moon: Greek and Arabic Texts".Archive for History of Exact Sciences. ج. 61 ع. 3: 213–54.DOI:10.1007/s00407-006-0118-4.S2CID:121872685.
^Kennedy، Edward S. (1962). "Review:The Observatory in Islam and Its Place in the General History of the Observatory by Aydin Sayili".Isis. ج. 53 ع. 2: 237–39.DOI:10.1086/349558.
^Micheau، Françoise. Rashed، Roshdi؛ Morelon، Régis (المحررون). "The Scientific Institutions in the Medieval Near East".Encyclopedia of the History of Arabic Science. ج. 3: 992–93.
^ابP. Moore (1997).Philip's Atlas of the Universe. Great Britain: George Philis Limited.ISBN:0-540-07465-9.
^Penston، Margaret J. (14 أغسطس 2002)."The electromagnetic spectrum". Particle Physics and Astronomy Research Council. مؤرشف منالأصل في 2012-09-08. اطلع عليه بتاريخ2016-11-17.
^"Dark matter". NASA. 2010.مؤرشف من الأصل في 2009-10-30. اطلع عليه بتاريخ2009-11-02.third paragraph, "There is currently much ongoing research by scientists attempting to discover exactly what this dark matter is"
^"astrophysics". Merriam-Webster, Incorporated.مؤرشف من الأصل في 2011-06-10. اطلع عليه بتاريخ2011-05-22.
^Ott، Thomas (24 أغسطس 2006)."The Galactic Centre". Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. مؤرشف منالأصل في 2006-09-04. اطلع عليه بتاريخ2016-11-17.
^Roberge، Aki (5 مايو 1997)."Planetary Formation and Our Solar System". Carnegie Institute of Washington—Department of Terrestrial Magnetism. مؤرشف منالأصل في 2009-03-03. اطلع عليه بتاريخ2006-08-11.
^J.K. Beatty, C.C. Petersen, A. Chaikin، المحرر (1999).The New Solar System (ط. 4th). Cambridge press.ISBN:0-521-64587-5.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المحررين (link)
.png)
.jpg)
