DieAstrophysik befasst sich mit denphysikalischen Grundlagen der Erforschung vonHimmelserscheinungen und ist ein Teilgebiet derAstronomie. Als Erweiterung der klassischen Astronomie (vor allem ausAstrometrie undHimmelsmechanik bestehend) macht sie heute große Bereiche der astronomischenForschung aus.

Viele Historiker datieren den Beginn der Verschmelzung von Astronomie und Physik auf den Anfang des 17. Jahrhunderts, genauer auf die Entdeckung derKeplerschen Gesetze. Einer der Ersten, der offensichtlich der Überzeugung war, dassJohannes Kepler der erste Astrophysiker gewesen sei, war sein langjähriger Lehrmeister und FreundMichael Mästlin. In einem Brief an Kepler schrieb er: „Ich denke man sollte physikalische Ursachen ausser Betracht lassen, und sollte versuchen astronomische Fragen nur nach dem astronomischen Verfahren mit Hilfe von astronomischen, nicht physikalischen, Ursachen und Hypothesen zu erklären. Das heißt, die Berechnungen verlangen eine astronomische Basis im Bereich der Geometrie und Arithmetik.“

Sowohl Kepler als auchGalileo Galilei haben sich intensiv mit den Arbeiten vonWilliam Gilbert, einem Arzt und Physiker im England des 17. Jahrhunderts befasst. Gilbert unterschied als Erster eindeutig zwischenMagnetismus undstatischer Elektrizität, er untersuchte die elektrische Aufladung an vielen Substanzen und war überzeugt, dass die Erde insgesamt als ein einziger Magnet mit zwei Polen angesehen werden muss. Nach seiner Vorstellung war der Magnetismus die „Seele“ der Erde – woraus er eine ganze „magnetische Philosophie“ entwickelte. Von vielen Wissenschaftlern der damaligen Zeit wurden die Entdeckungen von Kepler, Galileo und Gilbert allerdings nicht ernst genommen. Dies führte zu einer Vernachlässigung ihrer Arbeiten und letztlich dazu, dass noch zwei weitere Jahrhunderte vergehen sollten, bis diealchemistischen Ansichten verlassen wurden.

Die tatsächliche Geburtsstunde der Astrophysik wird heute von vielen Naturwissenschaftlern mit der Bestätigung des kopernikanischen Weltbilds durchFriedrich Wilhelm Bessel undThomas James Henderson sowieFriedrich Georg Wilhelm Struve im Jahr 1838 mittels der ersten Messungen zu trigonometrischenSternparallaxen angegeben. DieSternphotometrie, also die Messung derscheinbaren Helligkeit der Sterne, und die beinahe parallel dazu entwickelteSpektrumanalyse durchJoseph von Fraunhofer,Gustav Robert Kirchhoff undRobert Wilhelm Bunsen bildeten ebenfalls einen Teil der Basis jener Wissenschaft, die heute als Astrophysik bekannt ist. Bereits 1814 entdeckte Fraunhofer dunkle Linien im Spektrum derSonne, dieFraunhoferlinien, ohne allerdings ihren Ursprung erklären zu können.

Die Feststellungen von Kirchhoff und Bunsen führten schlussendlich zu einer sofortigen Anwendung der neu gewonnenenTechnologien durch Astronomen in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Bereits 1863 wurden durchAngelo Secchi Studien basierend auf den Erkenntnissen von Kirchhoff und Bunsen veröffentlicht. Auch zwei heute sehr bekannte Astronomen nahmen sich deren Studien an und veröffentlichten in diesem Zeitraum bahnbrechende Arbeiten zur Thematik der Astrophysik:Lewis Morris Rutherfurd aus New York undWilliam Huggins aus London. Bei einer Sonnenfinsternis in Indien am 18. August 1868 entdecktePierre Janssen in derKorona der Sonne mit Hilfe der chemischen Beobachtung durch Spektralanalyse ein (damals) noch nicht bekanntes Element:Helium.

Viele bekannte Wissenschaftler setzten sich im Laufe der nächsten Jahre mit wesentlicher physikalischer Grundlagenforschung auseinander und leisteten somitinterdisziplinäre Grundlagenforschung für die heute existierende Astrophysik. In seinem BuchÜber die Erhaltung der Kraft (1847) formulierteHermann von Helmholtz denEnergieerhaltungssatz detaillierter alsJulius Robert von Mayer es 1842 getan hatte und trug so wesentlich zur Anerkennung dieses zunächst sehr umstrittenen Prinzips bei. Damit erbrachte Helmholtz die Grundsätze für dieGravitationsenergie.Antoine Henri Becquerel, der Entdecker der Radioaktivität, legte 1896 den Grundstein für die Messung des Zerfalls von Isotopen.George Howard Darwin, Sohn vonCharles Darwin, untersuchte ab 1882 den Effekt der Gezeiten auf das Sonnensystem mit mathematischen Methoden und wurde zu einem anerkannten Experten auf diesem Gebiet.John Joly schlug 1899 eine Methode vor, das Alter der Erde aus dem Natriumgehalt der Ozeane zu bestimmen, aus der Idee heraus, dass dessen Konzentration durch Erosion an Land stetig zunehmen würde.^[2] Er schätzte das Alter der Erde danach auf 80 bis 100 Millionen Jahre. 1903 schlug er eine bessere Methode vor, die Abschätzung des Erdzeitalters aus dem radioaktiven Zerfall vonRadium (in einem Nature-Artikel). 1907 maßBertram Boltwood das Alter von Gesteinen durch denradioaktiven Zerfall von Uran zu Blei (Uran-Blei-Datierung).

• PhysikalischeKosmologie (Kosmogonie,Entstehungsgeschichte des Universums)
• Entstehung und Evolution vonSternen
• Sonnenphysik
• Astroteilchenphysik
• Kosmochemie (chemische Evolution der Elemente) undNukleosynthese
• Gravitationsdynamik (Entstehung und Entwicklung von Galaxien)
• Schwarze Löcher
• Neutronensterne
• Entstehung und Evolution von Planetensystemen (Exoplaneten,Planemos,Braune Zwerge)

Die Theoretische Astrophysik versucht, anhand von Modellen Himmelserscheinungen vorauszusagen oder nachzubilden. Viele astrophysikalische Prozesse lassen sich durchpartielle Differentialgleichungen beschreiben, für die nur in Ausnahmesituationen eine exakte analytische Lösung gefunden werden kann. Eine weit verbreitete Methode in der Astrophysik sind daher numerische Berechnungen (Numerik) undSimulationen, die mit einem üblichen PC (2008) Tage bis Wochen dauern würden. In der Praxis wird daher oft aufSupercomputer oderCluster zurückgegriffen. Die so gewonnenen Resultate vergleicht man mit Beobachtungen und überprüft, ob sie übereinstimmen.

Die Theoretische Astrophysik beschäftigt sich unter anderem mit derAllgemeinen Relativitätstheorie, demSternaufbau, demStrahlungstransport, und der Formation von Sternen undMagnetohydrodynamik.

Die wichtigste Methode ist dabei dieSpektralanalyse derelektromagnetischen Strahlung, wobei sich der Beobachtungsbereich von langwelligen Radiowellen (Radioastronomie) bis zu kurzwelligen und damit hochenergetischen Gammastrahlen über etwa 20 Zehnerpotenzen erstreckt. Von derErde aus können außer sichtbaremLicht die Frequenzbereiche von Radiowellen und einige Teile des Infrarotbereichs beobachtet werden. Der größte Teil des infraroten Lichts, ultraviolettes Licht, sowieRöntgenstrahlung undGammastrahlung können nur von Satelliten aus beobachtet werden, da dieErdatmosphäre als Filter wirkt.

Klassifiziert man Sterne nachSpektralklassen undLeuchtkraftklassen, können sie in einHertzsprung-Russell-Diagramm (HRD) eingetragen werden. Die Lage im HRD legt fast alle physikalischen Eigenschaften des Sterns fest.

Zur Entfernungsbestimmung kann man dasFarben-Helligkeits-Diagramm (FHD) benutzen.

Neben einzelnen Sternen werden vor allemGalaxien undGalaxienhaufen beobachtet. Hierfür werden erdgebundeneTeleskope – oft auch zu Clustern zusammengeschaltet – wie z. B.HEGRA, sowie Weltraumteleskope wie etwa dasHubble-Weltraumteleskop benutzt. Häufig werden auch Satelliten mit Detektoren und Teleskopen gestartet.Daneben interessieren sich Astrophysiker auch für den kosmischenStrahlungshintergrund.

Lange Zeit kannte die Astrophysik so gut wie keineLaborexperimente. Die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Teleskope ab der Jahrtausendwende führte aber letztlich zum Entstehen des Teilgebiets der Laborastrophysik. Diese erzeugt und untersucht bislang unbekannte Moleküle. Auf Grundlage der im Labor gewonnenen Spektrogramme und mithilfe großer Radioteleskope lassen sich diese Moleküle dann in interstellaren Gaswolken nachweisen. Dadurch wiederum lässt sich auf chemische Prozesse rückschließen, die dort etwa bei Sternengeburten stattfinden. Laborastrophysikalische Forschergruppen gibt es weltweit nur rund 20, in Deutschland an derUniversität Kassel^[3], derFriedrich-Schiller-Universität Jena und derUniversität zu Köln.Des Weiteren gibt es Labore, die sich mit der Entstehung von Planeten befassen, wie dieUniversität Braunschweig und dieUniversität Duisburg-Essen. Neben Simulationen an Computern zur Kollision und Wachstum von Staubpartikeln werden hier auch einige Laborexperimente durchgeführt, die unter anderem dann auch inSchwerelosigkeit fortgeführt werden.

Die Astrophysik ist prinzipiell auf Beobachtungen und Messungen angewiesen, denn konstruierte Experimente sind wegen der Größe der Forschungsobjekte und der Nichtreproduzierbarkeit einmaliger kosmologischer Ereignisse (Urknall) ausgeschlossen. Viele dieser Messungen haben aufgrund ihrer Kleinheit (z. B. Objektgrößen oder Winkelabstände) einen großen relativen Fehler. Daraus indirekt bestimmte Größen (z. B. Sternmassen, -alter oder -entfernungen) sind dementsprechend mit hohen Ungenauigkeiten verbunden. Bei anderen Messungen, wie z. B.Spektroskopie derSternatmosphären oderRadar-Messungen zum Mond oder im Vorbeiflug an Objekten, oder durch statistische Methoden (viele unabhängige Messungen) lassen sich jedoch auch hoheGenauigkeiten erreichen.

Trotz dieser grundsätzlichen Verschiedenheit zu allen anderen physikalischen Teildisziplinen nutzen Astrophysiker Methoden und Gesetzmäßigkeiten aus anderen Gebieten der Physik, insbesondere aus derKern- undTeilchenphysik (etwaDetektoren zur Messung bestimmter Teilchen bei bestimmten Energien) oder beginnen, dieNukleare Astrophysik zu entwickeln. In der Theoretischen Astrophysik hingegen ist die Anlehnung an diePlasmaphysik besonders eng, da sich viele astronomische Erscheinungen wie etwaSternenatmosphären oder Materiewolken in guter Näherung als Plasmen beschreiben lassen.

Die Astrophysik, insbesondere die Theoretische Astrophysik, greift auch oft auf Methoden derStatistischen Mechanik beziehungsweise derThermodynamik zurück. Auch spielt dieQuantenmechanik eine wichtige Rolle.

• Geschichte der Astronomie
• Geschichte der Astronomie und Astrophysik in der Antarktis
• Astrochemie

• Arnold Hanslmeier:Einführung in Astronomie und Astrophysik. Spektrum, Akad. Verlag, Berlin 2007,ISBN 978-3-8274-1846-3.
• Albrecht Unsöld,Bodo Baschek:Der neue Kosmos - Einführung in die Astronomie und Astrophysik. Springer, Berlin 2005,ISBN 3-540-42177-7.
• Karl-Heinz Spatschek:Astrophysik - eine Einführung in Theorie und Grundlagen. Teubner, Stuttgart 2003,ISBN 3-519-00452-6.
• Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie:An introduction to modern astrophysics. Pearson Addison-Wesley, San Francisco 2007,ISBN 978-0-8053-0402-2.
• Hale Bradt:Astrophysics processes - the physics of astronomical processes. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2008,ISBN 978-0-521-84656-1.
• Donald H. Perkins:Particle astrophysics. Oxford Univ. Press, Oxford 2008,ISBN 978-0-19-954545-2.
• Mario Livio:Astrophysics of life. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2005,ISBN 0-521-82490-7.
• Christiaan Sterken, John B. Hearnshaw:100 years of observational astronomy and astrophysics - a collection of papers on the history of observational astrophysics. Univ. of Brussel, Brussel 1999,ISBN 90-805538-3-2.

Wiktionary: Astrophysik – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Astrophysik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Literatur von und über Astrophysik im Katalog derDeutschen Nationalbibliothek
• Lexikon der Astrophysik von Andreas Müller
• Das Weltall auf „Welt der Physik“

1. ↑^abAlbrecht Unsöld, Bodo Baschek:Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie und Astrophysik. 7. Auflage. Springer, 2002,ISBN 3-540-42177-7,S. 166 ff. 
2. ↑An estimate of the geological age of the earth, Scientific Transactions Royal Dublin Society
3. ↑Startseite. Abgerufen am 9. Juni 2023. 

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