Astronomi er en av de eldste vitenskaper. Tidlige sivilisasjoners astronomer utførte metodiske observasjoner av nattehimmelen, og kulturgjenstander tilknyttet astronomi fra enda tidligere tider er funnet. Det var imidlertid med oppfinnelsen avteleskopet på begynnelsen av 1600-tallet at faget utviklet seg til en moderne vitenskap. Historisk sett har astronomi innbefattet disipliner så forskjellige somastrometri,stjernenavigasjon, observasjonell astronomi, utvikling av kalendre, og også astrologi, men profesjonell astronomi betraktes ofte nå for tiden å være omtrent synonymt medastrofysikk.
Siden det 20. århundre har faget astronomi blitt splittet i observasjonelle og teoretiske grener. Observasjonell astronomi fokuserer på innhenting og analysering av data, hovedsakelig ved hjelp av elementære fysiske prinsipper, mens teoretisk astronomi forsøker å kaste lys over astronomiske objekter og fenomener ved hjelp av datamodeller og analytiske modeller. De to retningene kompletterer hverandre, da teoretisk astronomi forsøker å forklare observasjoner, mens observasjonell astronomi blir brukt for å bekrefte teoretiske resultater.
Amatørastronomer har bidratt med mange viktige oppdagelser, og astronomi er en av de få vitenskapene hvor amatører fortsatt spiller en viktig rolle, spesielt når det gjelder oppdagelser og observasjoner av midlertidige fenomener.
Den gamle astronomien må ikke forveksles medastrologi, som er en tro om at menneskelige forhold er korrelert med posisjoner av himmellegemer. Selv om de to feltene deler en felles opprinnelse og en del av metodene (bruk avefemeridene), er de forskjellige.
Ordetastronomi betyr bokstavelig «stjernenes lov» (eller «stjernenes kultur», avhengig av oversettelsen), og er avledet fra det greske αστρονομία (astronomia), fra ordene άστρον (astron, «stjerne») og νόμος (nomos, lover eller kulturer).
Generelt kan både begrepene «astronomi» og «astrofysikk» anvendes for å beskrive fagfeltet,[2][3] men mer spesifikt er astrofysikk en omfattende gren av astronomien. «Astronomi» kan knyttes til «studiet av objekter og materie utenforjordens atmosfære samt deres fysikalske og kjemiske egenskaper»[4] mens «astrofysikk» omhandler «oppførsel, fysikalske egenskaper ogdynamiske prosesser hos astronomiske objekter og fenomener».[5] I visse tilfeller brukes «astronomi» for å beskrive de kvalitative studiene av fagfeltet mens «astrofysikk» brukes for å beskrive den fysikk-orienterende delen av fagfeltet.[b 1] Ettersom en stor del av moderne astronomisk forskning i dag behandler fagfeltet knyttet til fysikk brukes imidlertid astrofysikk ofte som en generell benevnelse for astronomi.[2]
Stonehenge i det nåværendeEngland og flere andre tidige monumenter antas å ha hatt bruksområder innen astronomi.
Tidlige kulturer identifiserte himmellegemer medguder ogånder. De satte disse objektene og deres bevegelser i forbindelse med fenomener somregn,tørke,årstider ogtidevann. Det er en generell antakelse at de første «profesjonelle» astronomene varprester, og at deres forståelse avhimlene ble ansett for å være «guddommelig», derav astronomenes opprinnelige forbindelse til det vi nå kjenner som astrologi.
Enkelte steder, som i tilfellet medStonehenge, har tidlige kulturer reist store monumenter som sannsynligvis også hadde bruksområde innen astronomi. I tillegg til sine seremonielle studier kunne monumentet brukes til å beregne årstider, noe som er viktig for når man skal så, og også til å beregne lengden av ett år.[b 2]
Etterhvert som de tidligste sivilisasjonene utviklet seg, spesielt iMesopotamia,Kina,Egypt,Hellas,India ogSentral-Amerika, ble det bygd tidlige observatorier og utforskningen av universet ble påbegynt. Den største delen av tidlig astronomi besto i kartlegging av stjerners og planeters posisjoner, en vitenskap som nå heterastrometri. Ut fra disse observasjonene ble det utformet tidlige ideer om planetenes bevegelser, og jordens, solens og månens plass i universet ble utforsket filosofisk. Jorden ble iantikken ansett for å være universets midtpunkt med solen, månen og stjernene i bane rundt seg. Dette er kjent som dengeosentriske modell ellerdet ptolemeiske verdensbilde, oppkalt etterPtolemaios.[b 3]
Det ble gjort noen få betydningsfulle astronomiske oppdagelser før teleskopets tid. Vinkelen påjordens aksehelning, som er årsaken til årstidene, ble oppdaget så tidlig som omkring 1000 f.Kr. av kineserne.Kaldeerne i Mesopotamia oppdaget atmåneformørkelser opptrådte i en tilbakevendende syklus kaltsaros-syklusen.[6]
På 100-tallet f.Kr. ble månenes størrelse og avstand fra jorden beregnet avHipparkhos.[7]
De fleste astronomer i antikken begrenset seg til å lage matematiske modeller av planetene ogfiksstjernene, fordi himmellegemene var så fjerne og opphøyde at sikker kunnskap om dem ikke kunne nås langs vitenskapens vei.[b 4] Fenomenenes dypere årsaker var forbeholdt filosofene og fornuften, der mange støttet seg tilPlaton ellerAristoteles. Aristoteles mente jorda var i sentrum av universet, og all bevegelse fra månens bane og utover gikk i sirkelforma baner og med jevne hastigheter. Den greske astronomiens forskningsprogram var dermed å redusere bevegelsene til kombinasjoner av jevne sirkelbevegelser. Dette ble gjort i spenningsfeltet mellom nøyaktighet og enkelthet, da astronomiens viktigste oppgave var å gi det matematiske grunnlaget forastrologi.
Det fantes flere alternative modeller av universet i gresk astronomi, den viktigste og den som etter hvert ble det dominerende vardet ptolemeiske verdensbilde.
Undermiddelalderen skjedde det lite innen astronomien iEuropa, i hvert fall fram til 1200-tallet da «de alfonsinske tabellene» ble tatt frem. Den greske astronomien blomstret imidlertid videre iislamsk astronomi og andre deler av verden. Noen av de fremstående muslimske astronomene som sto bak viktige bidrag til astronomien var perserneAbu Rayhan Biruni,Al-Battani ogThābit. Astronomer på den tiden innførte arabiske navn på mange av stjernene, hvorav de fleste av disse fortsatt er i bruk. Eksempler på slike erAltair ogAldebaran, hvis navn kan henledes til de arabiske ordene for henholdsvisDen flyvende ørnen og(for)følgeren.[b 5][b 6]
I løpet av siste halvdel av 900-tallet ble det bygd et størreobservatorium i nærheten avTeheran av astronomenal-Khujandi, som også beregnetjordaksens helning i forhold til solen.[8] IPersia satteOmar Khayyám sammen en rekke tabeller ogreformerte kalenderen, noe som gjorde den mere nøyaktig enn denjulianske kalenderen, og snarlik dengregorianske kalenderen. Hans beregning av årets lengde til 365,24219858156 dager var bemerkelsesverdig korrekt, og det store antall desimaler tyder på stor selvsikkerhet i beregningene.[9] I dag vet man at verdien endres på sjette desimalen i løpet av under et menneskes livslengde; på slutten av 1800-tallet var året beregnet til 365,242196 dager, mens tallet nå beregnes til 365,242190 dager på ett år.[9]
Også i Det bysantinske rike blomstret den antikke greske astronomien. På 1300-tallet forbedret Gregorius Chioniades den ptolemeiske modell, han forbedret også beskrivelsene av månens og Merkurs bane.[10]
Kepler var først ute med et system som på en riktig måte fremstilte detaljer rundt planetenes bevegelse med solen som sentrum, noe han gjorde ved hjelp avTycho Brahes omhyggelige og nøye observasjoner. Han lyktes imidlertid ikke med å utforme en teori bak delovene han beskrev. Dette gjorde i stedetIsaac Newton i forbindelse med oppdagelsen av sinebevegelseslover ogtyngdekraften i en endelig forklaring av planetenes bevegleser. Newton utviklet ogsåspeilteleskopet.
Videre oppdagelser fulgte i takt med at størrelsen og kvaliteten på teleskopene utviklet seg. Mer omfattende oversikter over stjerner ble laget avLacaille. AstronomenWilliam Herschel laget på sin side en detaljert tabell overstjernetåker ogstjernehoper, og oppdaget også planetenUranus. Avstanden til en annen stjerne ble beregnet for første gang i 1838 daFriedrich Bessel målte opp tilsynelatende forflytningen av61 Cygni mot eksterne stjerner i bakgrunnen når jorden beveget seg rundt solen. Det vil si, når jorden beveger seg rundt solen ser vi målstjernen i noe ulike vinkler mot bakgrunnen. Denne vinkelen kallesparallakse og er direkte relatert til avstanden til stjernen.
I løpet av 1800-tallet førte økt oppmerksomhet rundttrelegemeproblemet avEuler,Clairaut ogD'Alembert til mere nøyaktige forutsigelser av månens og planetenes bevegelser. Dette arbeidet ble ytterligere forbedret avLagrange ogLaplace, som beregnet månens og planetenes masser ved hjelp avperturbasjoner, det vil si forstyrrelser i deres baner.
Det ble gjort store framskritt innen astronomi i forbindelse med introduksjonen av ny teknologi somspektroskopi ogfotografi.Fraunhofer oppdaget under studier av solensspektrum 1814-15 om lag 600emisjonslinjer, somKirchhoff i 1859 tilskrev eksistensen av ulikegrunnstoff i solen som årsak. Med denne informasjonen kunne man bevise at stjernene lignet vår egen sol, men med en stor variasjon avtemperatur,masse og størrelse.[b 5]
Atgalaksen som jorden tilhører,Melkeveien, er en separat samling stjerner ble ikke bevist før på 1900-tallet. Samtidig ble eksistensen av andre galakser påvist, og man kom snart fram til at universet ekspanderte ettersom de fleste andre galakser forflyttet seg bort fra oss. Jo lengre unna de var, jo raskere forflyttet de seg bort fra oss. Moderne astronomi har også muliggjort oppdagelsen av mange eksotiske objekter, somkvasarer,pulsarer,blasarer ogradiogalakser. Disse observasjonene har blitt brukt for å utvikle fysikkteorier for å beskrive enkelte av disse objektene i form avsorte hull ognøytronstjerner.Kosmologien gjorde enorme framskritt i løpet av 1900-tallet, med modellen avBig Bang vel understøttet av bevis fra astronomi og fysikk, for eksempel vedkosmisk bakgrunnsstråling,Hubbles–Lemaîtres lov[11] ogden kosmologiske sammensetningen av grunnstoffer i verdensrommet.
Innen astronomi samles informasjon først og fremst gjennom mottak og analyse avsynlig lys og andre typerelektromagnetisk stråling.[12] Observasjonell astronomi kan inndeles etter de ulike delene i det elektromagnetiske spekteret. Enkelte deler av spekteret kan ses fra jordoverflaten, mens andre bare kan observeres fra høyere beliggenheter, eller aller helst fra rommet. Spesifikk informasjon om underfeltene følger under.
Innenradioastronomi studeres stråling fra verdensrommet medbølgelengder større enn én millimeter.[b 7] Radioastronomi skiller seg ut fra de fleste andre områdene innen observasjonell astronomi ved at de observerteradiobølgene kan behandles sombølger heller enn distinktefotoner. Det er derfor relativt lett å måle bådeamplituden ogfasen hos radiobølgene, noe som ikke gjøres like lett for kortere bølgelengder.[b 7]
Selv om enkelte radiobølger skapes av astronomiske objekter i form avtermisk stråling, er den største delen av observerte radiobølger i form avsynkrotronstråling.[b 7] Denne dannes avelektroner somakselereres til ekstremt høye hastigheter, og som går gjennommagnetfelt som bøyer av deres baner. I tillegg til denne, kommer en rekke spektrallinjer frainterstellar gass, blant annethydrogenlinjen ved 21 cm, som er synlig ved radiobølgelengder.[b 1]
Inneninfrarød astronomi behandles stråling fra rommet innenfor detinfrarøde spektret (bølgelengder lengre enn rødt lys). Bortsett fra ved bølgelengder i nærheten av synlig lys, absorberes den infrarøde strålingen i stor grad av atmosfæren, og denne danner også i sin tur betydelige mengder infrarød stråling. Som en konsekvens av dette plasseres observatorier for infrarød astronomi på høyereliggende og tørre plasser, eller om mulig i verdensrommet. Infrarød astronomi er særskilt anvendelig for observasjon av galaktiske regioner som er delvis formørkede avromstøv, samt for studier av molekylære gasser.
Visuell astronomi, også kaltoptisk astronomi, er den eldste formen for astronomi, og behandler observasjoner og analyser avsynlig lys.[b 8] Optiske bilder ble opprinnelig tegnet for hånd. På slutten av 1800-tallet begynte man etterhvert i stedet å anvende fotografisk utstyr etterhvert som teknologien ble utviklet. Moderne bilder tas ved hjelp av digitale sensorer, spesielt av typenCCD. Selv om synlig lys har bølgelengder mellom 4 000 og 7 000 Å (mellom 400 og 700 nm), kan utstyr for optisk lys også benyttes til observasjon for enkelte ekstreme bølgelengder av ultrafiolett og infrarødt lys.[b 8]
Ultrafiolett astronomi benytter observasjoner gjort vedultrafiolette bølgelengder, mellom 100 og 3 200 Å.[b 7] Lys med disse bølgelengdene absorberes raskt av jordens atmosfære, så observasjoner av ultrafiolett stråling må derfor utføres fra den øvre delen av atmosfæren, eller fra verdensrommet. Disse observasjonene er framfor alt anvendelige for å studere termisk stråling og spektrallinjer fra varme blåstjerner (O-stjerner og B-stjerner, sespektralklasse) som er veldig lyse ved disse bølgelengdene. Dette innbefatter blå stjerner i andre galakser, som har vært målet for flere ultrafiolette studier. Andre objekter som ofte studeres i ultrafiolett lys erplanetarisk tåke,supernovarester ogaktive galaksekjerner.[b 7] Ultrafiolett stråling absorberes imidlertid lett avinterstellart støv og målinger i ultrafiolett lys må korrigere for denne såkalteekstinksjonen av lyset.[b 7]
Innengammaastronomi behandles studier av objekt ved de korteste bølgelengdene i det elektromagnetiske spekteret,gammastråling. Disse kan observeres direkte av satellitter somCompton Gamma Ray Observatory, eller ved hjelp av spesialiserte teleskop kaltatmosfæriske Tsjerenkovteleskop.[b 7] Tsjerenkovteleskop detekterer egentlig ikke gammastråling direkte, men lysglimtene av synlig lys som dannes når gammastråling absorberes avjordens atmosfære.[13]
De kraftigste kjente kildene til gammastråling i verdensrommet, de såkaltegammaglimtene, sender ut gammastråling i en kort periode fra millisekunder til tusenvis av sekunder før de forsvinner. Bare 10 % av kildene til gammastråling er konstante. Til disse hører pulsarer,nøytronstjerner ogsorte hull-kandidater.[b 7]
Foruten viafotoner, finnes noen ytterligere metoder for å samle informasjon om avsidesliggende astronomiske objekter.
Innennøytrinoastronomien, som krever miljøer uten forstyrrelser, har man benyttet seg av underjordiske anlegg somSAGE ogGALLEX. Der erKamiokaNDE II/III ogIceCube de nå mest avanserte for å oppdage det fåtallet avnøytrinoer som kan fanges inn. Disse kommer først og fremst frasolen, men nøytrinoer er ogsåsupernovaers viktigste ytring.
Kosmisk stråling består av partikler med svært høy energi. De ferdes med hastigheter nærlysets og har i mange tilfeller uforklarlig høykinetisk energi (opp over 1020eV), betydelig høyere enn hva som kan oppnås ipartikkelakselerator (rundt 1012–1013 eV). Fremtidige nøytrinodetektorer beregnes å kunne oppdage nøytrinoer som skapes når kosmiske partikler trefferjordens atmosfære[b 7]
Gravitonastronomi er et tentativt nytt vindu medgravitasjonsbølger som budbringere.[14] Et pargravitasjonsbølgedetektorer har blitt bygd for å måle disse små forstyrrelsene i romtiden. Disse er imidlertid svært vanskelig å oppdage, og det største anleggets (LIGO) internasjonale samarbeid (LSC) jobber foreløpig med indirekte observasjoner.[15]
For objekter innensolsystemet har direkte undersøkelser av utenomjordisk materie som transporteres til jorden kunnet gjennomføres. Materien har enten blitt ført til jorden med hjelp av romfartøy som de steineneApolloprogrammet hentet hjem fra Månen, eller i form avmeteoritter som har slått ned på jorden. Man har også gjennomført undersøkelser på stedet ved hjelp av roboter, for eksempelSpirit,Opportunity ogPhoenix påMars.
En planet og en stjerne beveger seg rundt et felles tyngdepunkt. Disse bevegelsene hos stjernen kan måles opp for å indirekte oppdage planeten, og er et eksempel på hvordanastrometri brukes.
Et av de eldste feltene innen astronomi, og innen vitenskap over hodet, er målinger av objekters posisjoner på himmelen. Gjennom historien har pålitelig kunnskap om posisjonene til solen, månen, planetene og stjernene vært avgjørende forastronomisk navigasjon.
Nøyaktige målinger av planetenes posisjoner og bevegelser har ført til en solid forståelse av gravitasjonelleperturbasjoner (forstyrrelser av planeter og andre objekters omløpsbane) og en evne til å forutse planetenes tidligere og fremtidige posisjoner med stor nøyaktighet, en undergren kjent somhimmelmekanikk. I moderne tid gjøres slike beregninger ofte for å forutse mulige kollisjoner mellom jorden og såkaltejordnære objekter, det vil siasteroider,kometer og størremeteoroider hvis bane er farlig nær jorden.[16]
Målinger avparallakse, en metode der man observerer et objekt fra ulike vinkler for å beregne avstanden til objektet, i nærliggende stjerner har skapt et godt grunnlag for å forstå kosmiske avstander i universet. Disse målingene av nærliggende stjerner kan deretter bestemme avstanden til enda mer fjerne stjerner, fordi deres egenskaper kan sammenlignes. Måling avradialhastighet ogegenbevegelse viserbevegelsene hos disse stjernesystemene iMelkeveien. Astrometriske resultater brukes også til å studere hvordanmørk materie, den mystiske formen av materie som dominerer massen i universet, er fordelt i galaksen.[17]
På begynnelsen av 1990-tallet ble astrometriske teknikker brukt for å oppdageekstrasolare planeter rundt nærliggende stjerner.[18] I dag er flere hundre slike planeter blitt oppdaget gjennom astrometri.[19]
Den teoretiske astronomien har egne verktøy som brukes i forskningen, blant annetanalytiske modeller ognumeriske simuleringer, for å lage en modell over hvordan enstjerne utvikles. Hver og en har sine fordeler. Analytiske modeller av en prosess er generelt sett bedre for å få innsikt i kjernen av hva som skjer. Numeriske modeller kan avsløre eksistensen av fenomener og effekter som ellers ikke ville ha vært oppdaget.[20][b 9]
Teoretikere innen astronomi søker å skape teoretiske modeller og forutsi de observasjonelle konsekvensene av disse. Dette hjelper observatørene i observasjonell astronomi å lete etter data som kan støtte eller motbevise de ulike modellene. Teoretikere søker også å endre modeller og ta hensyn til nye data. I tilfeller hvor det oppdages en uoverensstemmelse søker man generelt å gjøre så små endringer som mulig på modellen for å få den til å samstemme med de nye innsamlede dataene. I noen tilfeller kan en større mengde avvikende data føre til at en modell blir avvist og må forkastes.
Solfysikken omhandlersolen som er den mest velstudertestjernen. Den er en typiskhovedseriestjerne avspektralklasse G2V med en alder på rundt 4,6 milliarder år. Solen anses ikke å være envariabel stjerne, men den fremviser likevel en viss periodisk variasjon; den tydeligste av disse ersolflekksyklusen som er en 11-årig variasjon av antallsolflekker. Solflekker er regioner med en lavere temperatur enn gjennomsnittet og hører sammen med intensiv magnetisk aktivitet.[21]
Solen har kontinuerlig økt sinlysstyrke gjennom hele sin levetid, totalt sett med rundt 40 % siden den ble dannet som en hovedseriestjerne. Solen gjennomgår også periodiske forandringer i luminositet som kan ha stor betydning for jorden.[22] For eksempelMaunders minimum, en periode mellom ca. 1645 og 1715 med nesten ingen solflekker, anses å være en trolig årsak tilden lille istiden.[23]
Den synlige overflateregionen kallesfotosfæren. Over dette laget er en tynn region som kalleskromosfæren. Utenfor dette ligger en overgangsregion av raskt økende temperatur til den ekstremt varmekoronaen.
Solens kjerne har tilstrekkelig høy temperatur og trykk til atfusjon kan opprettholdes. Utenfor kjernen liggerstrålingssonen derplasma transporterer energien ut mot overflaten ved hjelp av stråling. De ytterste lagene danner enkonveksjonssone der gasslignende materie transporterer energien først og fremst gjennom fysisk forflytning av gassen. Det antas at denne konveksjonen forårsaker den sterke magnetiske aktiviteten som ligger bak solflekkene.[21]
Feltet planetær astronomi undersøkerplaneter,måner,dvergplaneter,kometer,asteroider og andre objekter som befinner seg i bane rundt solen, såvel som eksoplaneter.Solsystemet har blitt relativt grundig undersøkt, først ved hjelp av avanserte teleskop og senere først og fremst ved hjelp avromsonder. Dette har gitt en relativ god forståelse for hvordan solsystemet ble dannet og hvordan det utvikles, men mange nye oppdagelser gjøres stadig og der finnes fremdeles ubesvarte spørsmål.[b 10]
Planetene ble skapt fra enprotoplanetarisk skive som omringet den tidlige solen. Gjennom en prosess som inkludertegravitasjon, kollisjoner ogakkresjon dannet skiven klumper av materie som, etter hvert, utviklet seg videre tilprotoplaneter.Strålingstrykket frasolvinden trykte senere bort størstedelen av den materien som ikke hadde samlet seg og bare de største planetene lykkes i å beholde sine store gassatmosfærer. Planetene fortsatte å samle opp, eller kaste bort, gjenværende materie under en intensiv periode med kollisjoner som man ser spor av i form avnedslagskratre på visse objekter i solsystemet. I løpet av denne perioden kolliderte en del av protoplanetene, og blant annet antas det at en kollisjon mellom jorden og den hypotetiske planetenTheia er opphavet tilmånen.[26]
Når en planet har oppnådd tilstrekkelig stor masse begynner en prosess i dens indre som segregerer materiet avhengig av densitet, noe som kallesplanetær differensiering. Denne prosessen kan danne en stein- eller metallrik kjerne omringet av en mantel og en ytre overflate. Kjernen kan inneholde både faste og flytende regioner og visse planetkjerner, for eksempel jordens, forårsaker sitt egetmagnetfelt som beskytter dens atmosfære fra solvinden.[27]
En planets eller månes indre varme ble skapt fra de kollisjonene som dannet himmellegemet, radioaktive grunnstoff somuran ogthorium samt gjennomtidevannskrefter. Enkelte planeter og måner har tilstrekkelig høy indre temperatur til å drive geologiske prosesser somvulkanisme ogtektonikk. De som danner eller beholder en atmosfære kan også gjennomgå enerosjon på overflaten fra vind eller vann. Mindre himmellegemer, uten tidevannskrefter, kjøles ned relativt raskt og de geologiske aktivitetene begrenses til nedslag av andre objekter.[b 11]
NGC 3132, også kaltBurst-Eight-tåken da den i visse bølgelengder ser ut som et åttetall. Materiet ferdes fra den døende stjernen i midten med en hastighet på 14,5 kilometer per sekund.
Studier avstjerner og utviklingen av stjernene er grunnleggende for at vi skal forstå universet.Astrofysikken hos stjernene har blitt kartlagt gjennom observasjoner og teoretiske modeller, samt datasimuleringer av stjernenes indre. Solfysikken (se over) kan anses å være en del av stjernefysikken.
Stjerner dannes i området med forholdsvis store tettheter av gass ogromstøv, kaltmørke tåker. Når disse skyene av en eller annen grunn ødelegges kan delere av skyen miste stabiliteten og kollapse på grunn av gravitasjonen og danne enprotostjerne. I den tette og varme kjerneregionen påbegynnesfusjon og på den måten har enhovedseriestjerne blitt dannet.[28]
Det som avgjør stjernetypen er først og fremst dens masse. En stjerne med høy masse har tilsvarende høyereluminositet (lysstyrks) og raskere forbruk avhydrogenet i kjernen, noe som får den til å eldres raskere. Til slutt har alt hydrogen i kjernen blitt omvandlet tilhelium og stjernen går inn i sin neste fase med fusjon av helium. Dette krever høyere temperaturer og det medfører at stjernens størrelse og kjernens tetthet øker. Stjernen kalles nå enrød kjempe som kun overlever en kort periode før også heliumet er brukt opp. Svært massive stjerner kan fortsette å fusjonere alle tyngre grunnstoff helt frem til en massiv kjerne av jern har blitt dannet. Videre fusjon erendotermisk, noe som innebærer at den krever energi i stedet for å frigjøre energi og prosessen kan dermed ikke fortsette.
Den endelige skjebnen avhenger også av massen. Mindre stjerner dannerplanettåker og utvikles tilhvite dverger. I stjerner med mer enn rundt åtte ganger solens masse, vil kjernen kollapse når brenslet er slutt og forårsake ensupernovaeksplosjon. Restproduktene av en slik eksplosjon er ennøytronstjerne, eller om stjernen hadde en masse på over rundt 20 solmasser, etsort hull.[b 12] Disse eksplosjonene danner også de grunnstoffene som er tyngre enn jern.
Nærliggendedobbeltstjerner kan følge et mer komplisert utviklingsmønster som overføring av materie til en hvit dverg, noe som iblant kan forårsake en supernova. Planettåker og supernovaer er nødvendige for dannelsen og spredningen avmetaller og andre tyngre grunnstoff til det interstellare rommet. Uten denne prosessen ville alle nye stjerner, og deres planetsystem, helt bestå av hydrogen og helium (samt mindre mengderlithium) de grunnstoffene som har funnets sidenBig Bang.
En kunstners oppfattelse av hvordanMelkeveien ville se ut for en observatør i en annen galakse. Bildet er altså ikke etekte bilde men baseres på de observasjonene som er gjort.
Galaktisk astronomi handler omMelkeveien – den galaksen som solsystemet befinner seg i. Melkeveien er enstavgalakse og en av de fremtredende medlemmene avden lokale gruppen. En galakse er en enorm roterende masse av gass,støv og andre objekter som holdes sammen av en felles gravitasjon. Ettersom jorden befinner seg i de støvrike ytre armene er store deler av Melkeveien skjult for observasjoner.
I Melkeveiens sentrum finnes en kjerne, en stavformet byll som antas ha etsupermassivt sort hull i midten. Denne kjernen omgis av fire store armer som går ut som en spiral fra dette sentrumet. I disse områdene dannes store mengder stjerner og de inneholder mange yngrepopulasjon I-stjerner. Skiven omgis av enhalo med eldre populasjon II-stjerner såvel som større mengder av relativt tette konsentrasjoner med stjerner, såkaltekulehoper.[29][30]
Mellom stjernene finnes detinterstellare materiet, en region med sparsomme mengder materie. I de tetteste regionene kanmolekylskyer avhydrogen og andre grunnstoff danne områder hvor nye stjerner kan dannes. Disse begynner som en uregelmessigmørk tåke som konsentreres og kollapser (i volumer som avgjøres avJeans-lengden) og danner kompakteprotostjerner.[31]
Når flere massive stjerner dannes, omvandles skyen til enH II-region av glødende gass og plasma.Stjernevinden og supernovaeksplosjoner fra disse stjernene omdanner etterhvert skyen til en eller flere ungeåpne stjernehoper. Disse hopene avlives også med tiden og stjernene spres ut blant alle andre stjerner i Melkeveien.
Kinematiske studier av materiet i Melkeveien og andre galakser har vist at det finnes mer masse enn den synlige materien kan stå for. En halo medmørk materie antas å dominere massen, men hva denne massen består av er fremdeles ukjent.[32]
Om man retter et svært kraftig teleskop mot et tilsynelatende stjernefritt og tomt område på himmelen får man et bilde som dette fraHubble Space Telescope. Bildet, kaltHubble ultra deep field, viser mengder med galakser av alle slag, mange like store eller større enn Melkeveien.
De fleste galaksene deles inn etter distinkte former i et klassifikasjonssystem. De vanligste erspiral-,elliptiske ogirregulære galakser.[33]
Som navnet antyder har en elliptisk galakse formen av en ellipse. Stjernene forflyttes langs tilfeldige baner uten noen dominerende retning. Disse galaksene inneholder forholdsvis lite interstellart støv, få regioner hvor stjerner fremdeles dannes og generelt sett mest endre stjerner. Elliptiske galakser finnes oftest i kjernen av galaksehoper og det antas at de dannes ved sammenslåing av andre galakser.
En spiralgalakse har en flat roterende skive, vanligvis med en kule eller stav i midten og etterslepende spiralarmer utover. Disse armene er støvrike regioner for store unge stjerner gir området en blåaktig tone. Spiralgalakser er vanligvis omgitt av en halo med eldre stjerner. BådeAndromedagalaksen ogMelkeveien er spiralgalakser.
Irregulære galakser har et kaotisk utseende og er enten spiralformede eller elliptiske. Rundt en fjerdedel av galaksene er irregulære og disse formene kan være forårsaket av gravitasjonell påvirkning mellom galakser.
Enaktiv galakse sender ut en betydelig andel av sin energi fra andre kilder enn stjerner, støv og gass. De drives av en kompakt region i kjernen som gjerne regnes sentrert rundt et supermassivt sort hull som sender ut stråling fra innfallende materie.
Kosmologi (fragreskκοσμος "verden, univers" ogλογος "ord, studie") er studiet av universet som helhet.
Observasjoner av storskala strukturer iuniverset har ført til antagelser om hvordan universet har utviklet seg og har blitt skapt. Ifølge teorien omBig Bang, har universet oppstått fra et enkelt punkt i tiden og deretter ekspandert i over 13,7 milliarder år til det universet vi ser i dag. Ideen bak Big Bang kommer fra oppdagelsen av denkosmiske bakgrunnsstrålingen i 1965.[34]
I løpet av denne ekspansjonen antar man å kunne identifisere en rekke evolusjonære trinn. I universets tidligste stunder antas det å ha vokst svært raskt gjennom enkosmisk inflasjon, noe som homogeniserte startforholdene. Deretter skaptenukleosyntese fordelingen av grunnstoff i det tidlige universet. Når de førsteatomene ble skapt ble rommet gjennomsiktig for stråling og slapp energien som i dag kan sees som bakgrunnsstråling. Det ekspanderende universet gjennomgikk nå enMørk tid på grunn av mangelen på stjerner.[35]
Fra ekstremt små forskjeller i tettheter til materien samlet masse seg sammen og dannet skyer av gass, hvor deførste stjernene senere ble dannet. Disse supermassive stjernene forårsaket en prosess medreionisering og antas å ha dannet mange av de tyngre elementene i det tidlige universet. Til slutt ble disse materiehopene samlet ifilament med tomrom i mellom. Gradvis ble gass og støv organisert og dannet de første primitive galaksene. Gjennom historien har disse samlet mer materie som igjen har ført tilgalaksehoper som samles i storskala superklynger.[36]
Mørk materie ogmørk energi anses å være de dominerende komponentene i universet og å stå for 96 % av all tetthet. Det er lagt ned mye arbeid i å forstå fysikken til disse komponentene, så langt med få konkluderende resultater.[37] Dette og andre uklarheter istandardmodellen gjør at et fåtall forskere fremdeles søker å utvikle alternative modeller. En av de mest kjente kallesMOND (MOdified Newtonian Dynamics), som antyder at naturlovene ikke fungerer som vi forventer i visse situasjoner.
Romfart er anvendelsen av astronomi ogromteknologi for å utforske verdensrommet.[38] Utforsking skjer både av menneskelig spaceflights og ved ubemannede romsonder.
Observasjoner av objekter i rommet har pågått lengre enn dennedskrevne historien. Det var imidlertid først på 1900-tallet da storerakettmotorer ble utviklet at det ble mulig å sende objekter og mennesker utenforjordens atmosfære. Motivasjonen til å nå ut i rommet har vært utviklingen av vitenskapen, forening av ulike land, å sikre menneskets overlevelse og å utvikle militære fordeler over andre land. Vanlig kritikk mot romfarten er at kostnadene er høye og sikkerheten lav.
Romfarten ble brukt underden kalde krigen som en arena derUSA ogSovjetunionen viste sine styrker og tekniske kunnskaper. Denne perioden anses å ha startet med oppskytningen av den sovjetiskesatellittenSputnik 1 4. oktober 1957 og endte med den første månelandingen av den amerikanskeApollo 11 20. juli 1969.
Det sovjetiske romprogrammet nådde mange av sine store triumfer under ledelse avSergej Koroljov ogKerim Kerimov, deriblant oppskytingen av det første mennesket i rommet (Jurij Gagarin ombord iVostok 1) i 1961, den førsteromvandringen (avAleksej Leonov) i 1965 og konstruksjonen av den første romstasjonen (Saljut 1) i 1971. De første objektene konstruert av mennesker med formål å nå rommet var imidlertidNazitysklandsV2-raketter som ble konstruert allerede underandre verdenskrig. Etter den kalde krigens slutt har romfart vært mer rettet mot samarbeide mellom land, for eksempel medDen internasjonale romstasjonen, men i senere tid har land somIndia ogKina vist en økende vilje til å demonstrere sin tekniske kunnskap gjennom egne oppdrag i rommet.
Vitenskapelig sett har de ubemannede romsondene, robotene og satellittene gitt astronomien uvurderlige data, noe som raskt utviklet kunnskapen om universet og fremfor alt solsystemet. Samtligeplaneter isolsystemet har fått besøk av romsonder. Kjente oppdrat ut i solsystemet er for eksempel de sovjetiskeVenera-sondene som kartlaVenus, de amerikanske tvillingroboteneSpirit ogOpprotunity som har undersøktMars' overflate lengre enn noen trodde de skulle overleve, europeiskeCassini-Huygens som har gitt oss omfattende kunnskap omSaturn samtVoyager-sondene som har tatt bilder av de ytre planetene og nå er i ferd med å forlate solsystemet. Satellitter som har blitt plassert i baner rundt jorden har også bidratt mye, ikke minst har såkaltemiljøsatellitter gitt oss store kunnskaper om selve jorden, men også de mest avsidesliggende delene av universet kartlegges fra jordbundne satellitter. Den mest kjente av disse erHubble Space Telescope.
Amatørastronomer observerer objekter og fenomener på himmelen, iblant med utrustning de selv har lagd. Vanlige mål er Månen, planeter, kometer, meteorsvermer, stjerner, stjernehoper, galakser og stjernetåker. En gren av astronomien,amatørastrofotografi, handler om å ta bilder av nattehimmelen. Mange amatører spesialiserer seg på spesifikke objekter, typer objekter eller typer av hendelser som interesserer dem.[39][40]
De fleste amatører arbeider med synlige bølgelengder, men et mindre antall eksperimenterer med bølgelengder utenfor det synlige spektret. Det kan for eksempel handle om infrarøde filtre på vanlige teleskoper og også bruk av radioteleskop.
Pioneren blant amatørastronomene varKarl Jansky som begynte å observere himmelen ved radiobølgelengder på 1930-tallet. Amatørastronomer benytter enten hjemmelagde radioteleskop eller slike som opprinnelig er konstruert for forskning, men som nå er tilgjengelige for allmennheten (for eksempelOne-Mile Telescope).[41][42]
Amatørastronomene fortsetter den dag i dag å gjøre viktige vitenskapelige bidrag til astronomien. Det er en av få vitenskapelige disipliner hvor amatører fremdeles kan bidra i større omfang. En vanlig oppgave for amatørastronomer er å spane etter ukjente kometer og asteroider samt å gjennomføre regelmessige studier avvariable stjerner.[43][44][45]
Selv om astronomien har gjort enorme fremskritt med forståelsen av universet og dets innhold, gjenstår visse viktige uløste spørsmål. For å svare på disse kan det kreves konstruksjoner av nye mark- eller rombaserte instrumenter og nye fremskritt innen teoretisk og eksperimentell fysikk.
Hvordan oppstod universet? Hvilke prosesser var det som ga opphav til Big Bang?
Hva er årsaken til stjernenes massespektrum? Det vil si, hvorfor observeres samme fordeling av stjernenes masse hvor man enn observerer, tilsynelatende uavhengig av startforholdene?[46] En dypere forståelse av hvordan stjerner og planeter dannes er nødvendig.
Finnes detutenomjordisk liv i universet? Fremfor alt, finnes det annet intelligent liv? Eksistensen av liv utenfor jorden er av avgjørende vitenskapelig og filosofisk betydning.[47][48]
Hva er egentligmørk materie ogmørk energi? Disse dominerer universets utvikling og skjebne, men vi vet fremdeles ikke hva det er.[49]
Hvorfor har defysiske konstantene de verdiene de har? Finnes det uendelig mange univers med et uendelig antall konstanter, og finnes vi bare tilfeldigvis i et som tillater liv og derfor kan fundere på det spørsmålet? Hva forårsaket denkosmiske inflasjonen som skapte et homogent univers?[50]
^For en oversikt over den tids ulike kandidater til verdensbilde, der flere hadde en jord som beveget seg, se«Galileis store bløff», bloggenDekodet 21.11.2010.
^Penston, Margaret J. (14. august 2002).«The electromagnetic spectrum» (på engelsk). Particle Physics and Astronomy Research Council. Arkivert fraoriginalen 8. september 2012. Besøkt 17. august 2006.
^Tammann, G.A.; Thielemann, F.K.; Trautmann, D. (2003).«Opening new windows in observing the Universe».Europhysics News (på engelsk). Arkivert fraoriginalen 16. november 2006. Besøkt 19. april 2011.CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)
^Calvert, James B. (28. mars 2003).«Celestial Mechanics» (på engelsk). University of Denver. Arkivert fraoriginalen 7. september 2006. Besøkt 19. april 2011.
^Pogge, Richard W. (1997).«The Once & Future Sun».New Vistas in Astronomy. Arkivert fraoriginalen(forelesningsnotater) 18. desember 2005. Besøkt 19. april 2011.
^Grayzeck, E.; Williams, D.R. (11. mai 2006).«Lunar and Planetary Science» (på engelsk). NASA. Besøkt 19. april 2011.CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)
^Roberge, Aki (5. mai 1997).«Planetary Formation and Our Solar System» (på engelsk). Carnegie Institute of Washington—Department of Terrestrial Magnetism. Arkivert fraoriginalen 21. juli 2006. Besøkt 19. april 2011.
^Roberge, Aki (21. april 1998).«The Planets After Formation» (på engelsk). Department of Terrestrial Magnetism. Arkivert fraoriginalen 13. august 2006. Besøkt 19. april 2011.
^Thomas Ott (24. august 2006).«The Galactic Centre» (på engelsk). Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Arkivert fraoriginalen 25. september 2004. Besøkt 19. april 2011.
Audouze, Jean; Israel, Guy (red.) (1994).The Cambridge Atlas of Astronomy (3 utg.). Cambridge University Press.ISBN0-521-43438-6.CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)
Beatty, J.K.; Petersen, C.C.; Chaikin, A. (red.) (1999).The New Solar System (4 utg.). Cambridge press.ISBN0-521-64587-5.CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link)
Berry, Arthur (1961).A Short History of Astronomy From Earliest Times Through the Nineteenth Century. New York: Dover Publications.ISBN0-486-20210-0.
A. N. Cox (red.) (2000).Allen's Astrophysical Quantities. New York: Springer-Verlag.ISBN0-387-98746-0.
DeWitt, Richard (2010). «The Ptolemaic System».Worldviews: An Introduction to the History and Philosophy of Science (på engelsk). Chichester, England: Wiley.ISBN1405195630.
Eddington, A.S. (1988).Internal Constitution of the Stars. Cambridge University Press.ISBN0521337089.
