Astronomija je jedna od najstarijih nauka. Astronomi ranih civilizacija izvodili su planska zapažanja o noćnom nebu, a astronomski artefakti su pronađeni i iz mnogo ranijeg perioda. Međutim, bilo je potrebno otkrićeteleskopa pre nego što je astronomija mogla da se razvije u savremenu nauku. Istorijski gledano, astronomija je uključivala raznovrsne discipline kao što suastrometrija,nebeska navigacija, posmatračka astronomija,izrada kalendara, pa čak iastrologija, ali profesionalna astronomija se danas često poistovećuje saastrofizikom. Od 20. veka, profesionalna astronomija je podeljena na posmatračke i teorijske grane. Posmatračka astronomija usmerena je na sticanje i analiziranje podataka, uglavnom korišćenjem osnovnih principa fizike. Teorijska astronomija je usmerena prema razvoju računarskih ili analitičkih modela za opisivanje astronomskih objekata i pojava. Dva polja dopunjuju jedno drugo, tako da teorijska astronomija nastoji objasniti rezultate posmatranja, a posmatranja se koriste se za potvrdu teorijskih rezultata.
Astronomija se mora razlikovati odastrologije koja jepseudonauka o predviđanju ljudske sudbine posmatranjem putanja zvezda i planeta. Iako dva polja dele zajedničko poreklo i deo metodologije (naime, korišćenje efemerida), ona su različita.[1]
Astronomi amateri su doprineli mnogim važnim astronomskim otkrićima, i astronomija je jedna od preostalih nauka u kojoj amateri još uvek mogu igrati aktivnu ulogu, posebno u otkrivanju i posmatranju prolaznih pojava.
Rečastronomija bukvalno značizakon zvezda ili, zavisno o prevodu,kultura zvezda, i izvedena je izgrčkog αστρονομία,astronomia, koja je nastala od reči άστρον (astron — zvezda) i νόμος (nomos — zakon ili kultura).
Uopšteno, u današnje vreme, bilo pojamastronomija biloastrofizika može se koristiti za ovu temu.[2][3][4] Prema rečničkoj definiciji,astronomija se odnosi na „proučavanje materije i tela van Zemljine atmosfere i njihovih fizičkih i hemijskih svojstava“[5], aastrofizika se odnosi na granu astronomije koja se bavi „ponašanjem, fizičkim svojstvima i dinamičkim procesima nebeskih objekata i pojava“.[6] Ponekad, kao u uvodu udžbenikaFizički svemir (engleski:The Physical Universe)Frenka Šua,astronomija se koristi za opisivanje kvalitativnog proučavanja teme, dok seastrofizika koristi za opisivanje dela nauke orijentisanog na fiziku.[7] No, pošto se većina modernih astronomskih istraživanja bavi temama vezanim za fiziku, moderna astronomija može se u stvari nazvati i astrofizikom,[2] iako je pojam astronomija u značenju širi od pojma astrofizika, i podrazumeva više oblasti, kao što su na primerastrometrija,nebeska mehanika,kosmologija, pa i neke multidisciplinarne oblasti kao što suastrobiologija,arheoastronomija, i slično. Mnogi profesionalni astronomi zapravo su školovani kao fizičari.[4] Jedan od vodećih naučnih časopisa u polju zove seAstronomija i astrofizika (engleski:Astronomy and Astrophysics).
Nebeska mapa iz 17. veka, koju je izradio holandski kartograf Frederik de Vit.
U ranim vremenima, astronomija je jedino obuhvatala posmatranje i predviđanja kretanja objekata vidljivih golim okom. Na nekim mestima, kao što jeStounhendž, rane kulture skupile su masivne predmete koji su verovatno imali određene astronomske svrhe. Pored njihovih ceremonijalnih upotreba, ove opservatorije mogle su biti korišćene da se izradi i pratikalendar i utvrde godišnja doba, što je važan faktor za znanje kada zasaditi useve, kao i u razumevanju dužine godine.[8] Astronomija je takođe imala velik uticaj na razvoj čovečanstva, jer su prikupljeno znanje i iskustvo unapredili ekonomiju, trgovinu, pomorstvo.
Pre nego što su izmišljeni instrumenti kao što jeteleskop rano proučavanje zvezda i neba je vršeno golim okom, sa dostupnih povoljnih položaja, visokih građevina i zemljišta.
Kako su se civilizacije razvijale, posebnoMesopotamija,Egipat,Persija,Grčka,Maje,Indija,Kina,Nubija[9] iislamski svet, pravljene su astronomske opservatorije i počele su se istraživati ideje o prirodi svemira. Većina rane astronomije zapravo se sastojala od kartiranja položaja zvezda i planeta, nauka koja se danas nazivaastrometrija. Iz ovih zapažanja, formirane su rane ideje o kretanju planeta, a priroda Sunca, Meseca i Zemlje u svemiru su filozofski istraživane. U Mesopotamiji su podelili godinu na 12 meseci i dali imena sazvežđaZodijaka. U Egiptu su odredili trajanje godine, a prestupna godina potiče od tog vremena.Haldejci su otkrili da sepomračenja Meseca ponavljaju u ciklusu poznatom kaosaros.[10] U to doba su u Kini umeli da predvide pomračenje Meseca i Sunca, a vreme su merili sunčanim satovima. Nagnutostekliptike u odnosu nanebeski ekvator je procenjena još 1000. g p. n. e. u Kini. U kulturama Amerika, pre Kolumba, imali su precizne podatke o kretanjima nebeskih tela i o trajanju godine. U Staroj Grčkoj su uveli pored posmatranja i misaone eksperimente i logičko zaključivanje.Aristarh (310 —210. g p. n. e.) je stavio Sunce u centar oko koga obilazi Zemlja i druge planete (heliocentrični sistem).Hiparh (180 —125. g p. n. e.) je napravio katalog zvezda i razvrstao ih na osnovu sjaja u šest grupa; otkrio je precesiju zemljine ose, a procenio dimenzije i udaljenost Meseca.[11]Ptolomej jegeocentrični sistem opisao u delu „Velika sinteza“. Ovaj sistem podrazumeva redosled u kome se Zemlja nalazi u centru, a zatim Mesec, Merkur, Venera, Sunce, Mars, Jupiter, Saturn i na kraju zvezde. Ptolomej je redosled odredio na osnovu brzina objekata na nebu. Mesec obiđe nebo za jedan mesec, Sunce za godinu dana, a Saturn za 29,5 godina. Da bi pomirio pogrešne ideje sa posmatranjima Ptolomej smatra da se svaka planeta okreće u malim krugovima (epicikli) dok orbitira oko Zemlje. Ptolomejov Geocentrični sistem je bila vodeća teorija tokom narednih 1400 godina.
Tokomsrednjeg veka, posmatračka astronomija je uglavnom stagnirala u srednjovekovnoj Evropi, barem do13. veka. Međutim, posmatračka astronomija procvetala je u islamskom svetu i drugim delovima sveta. Arapska kultura, u poznatom svetu, postaje centar astronomije od9. veka. Od tada, Arapi, grade brojne opservatorije – velike astronomske instrumente, zidne kvadrante korišćeni za merenje nadmorske visine astronomskih objekata na prelasku preko ravni sever-jug (meridijana). Neki od istaknutih arapskih astronoma su napravili značajne doprinose nauci, recimoAl-Batani iTebit. Astronomi su u tom periodu uveli mnogaarapska imena koja se sada koriste za imena sjajnijih zvezda na nebu.[12][13] Takođe se veruje da su kompleksi uVelikom Zimbabveu iTimbuktu[14] mogle imati astronomsku opservatoriju.[15] Evropljani su smatrali da nije bilo astronomskih osmatranja u prekolonijalnoj srednjovekovnojpodsaharskoj Africi, ali moderna otkrića pokazuju drugačije.[16][17][18]
Galilejeve skice i posmatranja Meseca otkrile su on ima brdovitu površinu.
Nikola Kopernik (1473 —1543.) je opisaoheliocentrični sistem u delu „O kruženju nebeskih tela“ 1543. godine. Ovaj sistem pokazuje da Zemljina osa nije fiksirana i da je Mesec Zemljin satelit.Galileo Galilej (1564 —1642.) u posmatranje uvodidurbin otkriva planine na Mesecu, uočava da Venera ima mene i shvata da njihovo postojanje može da se objasni samo ako kruži oko Sunca a ne oko Zemlje. Uočava tamne mrlje na Suncu i otkriva četiri Jupiterova satelit, a u Mlečnom putu vidi pojedinačne zvezde. Godine1616. teološki savetniciinkvizicije osudili su ga zbog toga što je zastupao novu astronomiju (zalagao se za Kopernikov heliocentrični sistem), i tada mu je zabranjeno da zastupa, predaje i brani osuđeno učenje. Početkom17. veka uHolandiji se pojavljuju prvi teleskopirefraktori. Godine1608. Hans Liperšei (Hans Lippershey) prijavio je patent za otkriće teleskopa, ali je odbijen jer su slične instrumente prijavili i drugi optičari Zaharije Jansen (Zacharias Janssen) i Jakob Metijus (Jacob Metius). U isto vreme, Galileo Galijej je1609. godine unapredio optičku konstrukciju i prvi upotrebio teleskop za astronomska posmatranja. Galileo Galilej je koristio teleskope koji su imali uvećanje 15 i 20 puta i dimenzije sočiva 2-3 centimetara. Godine1663. godineDžejms Gregori je konstruisao reflektujući teleskop sa velikim udubljenim primarnim ogledalom i manjim udubljenim sekundarnim ogledalom koje je odbijalo nazad kroz otvor u primarnom ogledalu do sočiva koje se nalazilo na donjem kraju cevi.Isak Njutn (1564—1642) je1672. godine popravio konstrukciju i dodao ravno sekundarno ogledalo koje je odbijalo prikupljenu svetlost na okular postavljen sa strane glavne cevi
Kepler je prvi matematički došao dozakonitosti koji su ispravno opisali kretanja planeta sa Suncem u žiži eliptičnih putanja kojim se kreću planete. Međutim, Kepler nije uspeo da sastavi teoriju koja stoji iza zakona koje je zapisao. Tek suNjutnovo otkrićenebeske dinamike i njegovzakon gravitacije konačno objasnili kretanje planeta.
Dalja otkrića pratila su poboljšanja u veličini i kvalitetu teleskopa. Opsežnije zvezdane kataloge izradio jeLakaj. AstronomVilijam Heršel napravio je detaljan katalog maglina i jata, a u1781. otkrio planetuUran, prvu pronađenu pomoću teleskopa. Udaljenost do jedne zvezde je prvi put objavljena u1838. kada jeFridrih Besel izmerioparalaksu zvezde61 Labuda.
Značajan napredak u astronomiji došao je uvođenjem novih tehnologija, uključujućispektroskopiju ifotografiju.Fraunhofer je otkrio oko 600 linija u spektru Sunca u1814—15 koje je,1859,Kirhof pripisao prisutnosti različitih elemenata na Suncu. Za ostale zvezde u svemiru se pokazalo da su slične našem Suncu, ali sa širokim rasponomtemperatura,masa, i veličina.[12]
Priroda naše galaksije,Mlečnog puta, kao zasebne grupe zvezda koja ima milijarde članova bila je i ranije poznata, ali je pokazano tek u20. veku, da u svemiru postoje i druge galaksije, slične Mlečnom putu. Ubrzo zatim, otkriveno je i širenjesvemira, uočeno kao udaljavanje većine galaksija od nas. Savremena astronomija je takođe otkrila mnoge egzotične objekte kao što sukvazari,pulsari,blazari, iradio-galaksije, te je iskoristila ova zapažanja za razvoj fizičkih teorija koje opisuju neke od tih objekata uporedo sa jednako egzotičnim objektima kao što sucrne rupe ineutronske zvezde.Fizička kosmologija napravila je ogroman napredak tokom 20. veka, sa modelomVelikog praska kojeg su snažno podržali dokazi koje su obezbedile astronomija i fizika, kao što sumikrotalasno pozadinsko zračenje,Hablov zakon, ikoličina i odnos elemenata u svemiru.
U astronomiji,informacija se prima uglavnom detekcijom i analizom vidljive svetlosti ili drugih vrstaelektromagnetskog zračenja.[19] Posmatračka astronomija može biti podeljena prema posmatranom deluelektromagnetskog spektra. Neki delovi spektra mogu se videti sa površineZemlje, dok su ostali delovi vidljivi samo sa velikih visina ili iz svemira. Posebne detalji o ovoj podeli slede u nastavku.
Radioastronomija proučava zračenja satalasnim dužinama većim od približno jednog milimetra.[20] Radioastronomija se razlikuje od većine drugih oblika posmatračke astronomije u tome što se posmatraniradio talasi mogu tretirati kaotalasi pre nego kao diskretnifotoni, tj. kao čestice. Zbog toga je srazmerno lakše meriti amplitudu i fazu radio-talasa, što nije tako lako obaviti na kraćim talasnim dužinama.[20]
Infracrvena astronomija bavi se otkrivanjem i analizominfracrvenog zračenja (sa talasnim dužinama većim od crvenog svetla i manjim od radio-zračenja). Osim talasnih dužina bliskih vidljivoj svetlosti, atmosfera umnogome upija infracrveno zračenje, a i sama značajno zrači u infracrvenom delu spektra. Shodno tome, infracrvene opservatorije moraju biti smeštene na visokim, suvim mestima ili u svemiru. Infracrveni spektar koristan je za proučavanje objekata koji su previše hladni da bi zračili vidljivo svetlo, poput planeta izvezdanih diskova. Duže infracrvene talasne dužine takođe mogu da prodru krozoblake prašine koji zaustavljaju vidljivu svetlost, što omogućava posmatranje mladih zvezda u molekularnim oblacima kao i galaktičkih jezgara.[21] Neki molekuli snažno zrače u infracrvenom, što se može koristiti za proučavanje hemije u svemiru, kao i otkrivanje vode u kometama[22]
Istorijski gledano, optička astronomija, takođe zvana astronomija vidljive svetlosti, je najstariji oblik astronomije, iz razloga što je prvi instrument kojim je posmatrano nebo —ljudsko oko.[23] Posmatranja teleskopom da bi se sačuvala su isprva crtana rukom i pravljene su skice. U kasnom devetnaestom veku, posmatranja su počela da se beleže pomoćufotografije. Savremene slike se izrađuju pomoću digitalnih detektora, posebno detektora koji koristepravougaonu matricu senzora (engleski:charge-coupled device). Iako se sama vidljiva svetlost prostire od oko 4000Å do 7000Å (400 nm do 700 nm),[23] ista oprema koja se koristi na ovim talasnim dužinama se koristi i za posmatranjeblisko-ultraljubičastih iblisko-infracrvenih delova spektra.
Ultraljubičasta astronomija se uglavnom odnosi na posmatranje uultraljubičastim talasnim dužinama otprilike između 100 i 3200Å (10 do 320 nm).[20] Svetlo na ovim talasnim dužinama upija Zemljina atmosfera, tako da se osmatranja na njima moraju vršiti iz visokih slojeva atmosfere ili iz svemira. Ultraljubičasta astronomija je najbolja za proučavanje toplotnog zračenja i spektralnih emisionih linija toplih plavihzvezda (tipa OB) koje su veoma sjajne u ovom delu spektra. To uključuje i plave zvezde u drugim galaksijama. Ostali objekti koji se često posmatraju u ultraljubičastom svetlu uključujuplanetarne magline,ostatke supernovih, i aktivna galaktička jezgra.[20] Međutim, ultraljubičasto svetlo lako upijameđuzvezdana prašina, i merenja ultraljubičastog zračenja objekata moraju biti ispravljana zbog ovog efektaekstinkcije.[20]
Astronomija iks-zraka ili rendgenska astronomija je proučavanje astronomskih objekata na talasnim dužinama iks-zraka. Tipično, objekti odašilju iks-zrake kaosinhrotronsko zračenje (proizvedeno od elektrona koji se kreću oko linija magnetskog polja), toplotno zračenje retkih gasova (zakočno zračenje) na temperaturama iznad 107 (10 miliona) Kelvina, i toplotno zračenje gustih gasova (zračenje crnog tela) na temperaturama iznad 107Kelvina.[20] Budući da iks-zrake upija Zemljina atmosfera, sva posmatranja iks-zraka moraju se obavljati visokoletećim balonima,raketama ili svemirskim opservatorijama. Značajni izvori iks-zraka surendgenske binarne zvezde,pulsari, ostaci supernova,eliptične galaksije,galaktička jata, i aktivna galaktička jezgra[20].
Astronomijagama-zraka je proučavanje astronomskih objekata u najkraćim talasnim dužinama elektromagnetskog spektra. Gama-zraci mogu biti posmatrani direktno putem satelita kao što suKomptonova opservatorija gama zraka ili specijalizovanih teleskopa zvanih atmosferski Čerjenkovljevi teleskopi.[20] Čerjenkovljevi teleskopi zapravo ne detektuju gama zrake direktno već prepoznaju bleskove vidljive svetlosti proizvedene kada gama zrake upija Zemljina atmosfera.[24]
Većina izvora gama-zračenja su zapravoeksplozije gama-zraka, objekti koji proizvode gama zračenje za nekoliko milisekundi do nekoliko hiljada sekundi pre nego što nestanu. Samo 10% izvora gama-zraka su stalni izvori. Oni uključuju pulsare,neutronske zvezde, i kandidate zacrne rupe, kao što su aktivna galaktička jezgra.[20]
Područja posmatračke astronomije van elektromagnetskog spektra
Kosmički zraci sastoje se iz čestica velike energije koji se mogu videti kada uđu u Zemljinu atmosferu i interaguju sa česticama u njoj. Očekuje se da će neki budući detektori neutrina biti osetljivi i na neutrine nastale kada kosmički zraci ulete u Zemljinu atmosferu.[20]
Detekcijagravitacionih talasa je novo polje astronomije, u kojem se pokušavaju naći gravitacioni talasi. Detektori kao što je LIGO (engleski:Laser Interferometer Gravitational Observatory) već postoje, ali kako se gravitacioni talasi ekstremno teško mogu posmatrati,[25] ove opservatorije još nisu imale rezultata. Detekcija i posmatranje gravitacionih talasa će pomoći dalji razvoj teorije, kao i proučavanje izuzetno kompaktnih objekata u svemiru.
Planetarna astronomija ima velike koristi od direktnog posmatranja pomoću svemirskih letelica i misija donošenja uzoraka materijala sa planeta i ostalih nebeskih tela u Sunčevom sistemu. Ovo podrazumeva misije sa daljinskim senzorima, robotizovanim vozilima koja mogu da obave eksperimente na površini planete, udarnih objekata koji omogućavaju daljinsko posmatranje materijala unutar nebeskih tela, kao i misije za vraćanje uzoraka koje omogućavaju neposredno, laboratorijsko ispitivanje.
Jedna od najstarijih oblasti u astronomiji, i u celokupnoj nauci, je merenje položaja nebeskih tela. Istorijski gledano, poznavanje tačnih položaja Sunca, Meseca, planeta i zvezda je oduvek bilo važno unebeskoj navigaciji.
Pažljiva merenja položaja planeta je dovelo do saznanja i razumevanja gravitacione sile u svemiru, i mogućnosti da se utvrde prošli i budući položaji planeta sa velikom preciznošću, polje poznato kaonebeska mehanika. Skora praćenjanebeskih tela koji prolaze blizu Zemlje će nam omogućiti da predvidimo susrete i potencijalne sudare Zemlje sa tim objektima.
Za vreme1990-ih godina, astrometrijska tehnika merenja zvezdanih kolebanja je korišćena za otkrivanjevansolarnih planeta koje orbitiraju oko obližnjih zvezda.
Teorijska astronomija koristi širok spektar alata koji uključujeanalitičke modele i računarskenumeričke simulacije. Svaki od ovih modela ima svoje prednosti i mane. Analitički modeli proseca generalno su najbolji za uvid u suštinu onoga šta se dešava. Numerički modeli mogu otkriti postojanje fenomena i efekata koji na drugi način ne mogu da se vide.[26][27]
Teoretičari u astronomiji nastoje da stvore teorijske modele i shvate šta bi bili njihovi posmatrani rezultati. Ovo pomaže posmatračima da traže podatke koji mogu da potvrde ili pobiju model ili da pomognu u odabiru između nekoliko alternativnih ili sukobljenih modela. Teoretičari takođe pokušavaju da stvore ili izmene modele uzimajući u obzir nove podatke. U slučaju nedoslednosti, osnovna tendencija je da se pokuša sa pravljenjem minimalnih modifikacija modela kako bi odgovarao dobijenim podacima. U nekim slučajevima, velika količina nedoslednih podataka vremenom može dovesti do potpunog odbacivanja modela.
Tamna materija itamna energija su trenutno među vodećim temama u astronomiji, i trenutno su to samo teorijski modeli nastali tokom proučavanja galaksija pri pokušaju da se objasne određeni posmatrački podaci.
Na udaljenosti od oko osam svetlosnih minuta (149.476.000 km), nalazi se najčešće proučavana zvezda,Sunce, tipičnazvezdaglavnog nizazvezdane klaseG2V i stara oko 4,6 milijardi godina. Sunce nijepromenljiva zvezda, ali podleže periodičnim promenama u aktivnosti poznatim kaoSunčev ciklus. To je 11-godišnja fluktuacija u brojuSunčevih pega. Sunčeve pege su oblasti potprosečne temperature koje su povezane sa intenzivnom magnetnom aktivnošću.[28]
Sunce je vremenom povećavalo svoju luminoznost, povećavši je za oko 40% od vremena kad je postalo zvezda glavnog niza. Sunce takođe ima periodične promene u luminoznosti koje mogu imati značajan uticaj na Zemlju.[29] ZaMaunderov minimum, na primer, veruje se da je prouzrokovaomini ledeno doba usrednjem veku.[30]
Vidljiva spoljna površina Sunca se zovefotosfera. Iznad ovog sloja nalazi se tanka oblast poznata kaohromosfera. Ovo je okruženo prelaznom oblašću naglo povećanih temperatura, a zatim i super-zagrejanomkoronom.
U središtu Sunca je jezgro, prostor dovoljno visoke temperature i pritiska za odigravanjenuklearne fuzije. Iznad jezgra jeradijaciona zona, gde plazma provodi energiju putem zračenja. Spoljni slojevi formirajukonvektivnu zonu gde gas prenosi energiju prvenstveno prekokonvekcije. Veruje se da granica između radijacione i konvektivne zone stvara magnetnu aktivnost Sunca, koja između ostalog izaziva i Sunčeve pege.[28]
Istraživanje planeta daje podatke o sastavu i orbitamaplaneta,satelita,patuljastih planeta,kometa,asteroida i drugih tela koja orbitiraju oko Sunca, kao ivansolarne planete. Sunčev sistem je relativno dobro proučen, uglavnom teleskopskim posmatranjima i kasnije svemirskim letelicama. Ovo je omogućilo dobro razumevanje nastajanja i razvoja ovog planetarnog sistema, iako su mnoga nova otkrića i dalje u toku.[31]
Crna tačka na vrhu jepijavica koja se penje uza zid kratera naMarsu. Pokretni, rotirajući stubMarsove atmosfere (uporedljiv sa zemaljskimtornadom) napravio je dugačku tamnu senku (NASA).
Planete su stvorene izprotoplanetarnog diska koji je okruživao proto-Sunce. Kroz proces koji je uključivao gravitaciono privlačenje, sudare i akreciju, disk je stvarao zgrušnjenja materije koje su, vremenom, postaleprotoplanete. Pritisak zračenjaSunčevog vetra je izbacio veći deo preostale materije, a samo planete sa dovoljnom masom su zadržale svoje atmosfere. Planete su nastavile da izbacuju preostalu materiju za vreme trajanja perioda intenzivnog bombardovanja (kao dokaz tog perioda ostali suudarni krateri na Mesecu). Za vreme ovog perioda, neke od protoplaneta su se sudarile, što jevodeća hipoteza nastanka Meseca.[33]
Jednom kada planeta dostigne dovoljno veliku masu, materijali različitih gustina odvajaju se tokomplanetarne diferencijacije. Ovaj proces može stvoriti kameno ili metalno jezgro, okruženo omotačem i spoljnom površinom. Jezgro može imati čvrste i tečne oblasti, i neka planetarna jezgra proizvode sopstvenomagnetno polje koje štiti njihovu atmosferu da je ne oduva Sunčev vetar.[34]
Unutrašnja toplota planete ili satelita nastaje od sudara koji su stvorili telo, od radioaktivnih materijala (npr.uran,torijum ili26aluminijum), iliplimskog zagrevanja. Neke planete i sateliti nakupe dovoljno toplote da se pokrenu geološki procesi kao što suvulkani i tektonski pokreti. One planete koje nakupe ili uspeju da povrateatmosferu mogu takođe podleći površinskoj eroziji od strane vetra ili vode. Manja tela, bez plimskog zagrevanja, hlade se brže i njihove geološke aktivnosti prestaju sa izuzetkom udarnih kratera.[35]
Proučavanjezvezda injihovog razvoja je u osnovi razumevanja svemira. Znanja o zvezdama su dobijena pomoću posmatranja, teorijskog istraživanja i iz računarskih simulacija.
Stvaranje zvezda se odigrava u gustim oblastima prašine i gasa, poznatim kaomolekularni oblaci. Kada su destabilizovani, delovi tog oblaka mogu da kolabiraju pod uticajem gravitacije, da bi formiraliprotozvezde. Dovoljno gusto i vruće jezgro će pokrenuti procesfuzije, i tako stvoritizvezdu glavnog niza.[36]
Karakteristike zvezde koja nastaje zavise najviše od njene mase. Što je zvezda masivnija, veća je njena luminoznost, i brže se troši vodonik u jezgru. Vremenom, vodonik se u potpunosti pretvori u helijum, i zvezda počinje da semenja. Fuzija helijuma zahteva veće temperature jezgra, tako da zvezda narasta i u veličini i u gustini jezgra. Tako nastajecrveni džin. Crveni džin živi kratak vremenski period, pre nego što se helijum u jezgru u potpunosti potroši. Veoma masivne zvezde takođe mogu da prođe kroz određene faze razvoja koje podrazumevaju fuziju težih elemenata.
Konačna sudbina zvezde zavisi od njene mase. Zvezda mase veće od oko osamSunčevih masa postajesupernova, dok se manje zvezde formirajuplanetarnu maglinu i pretvore ubele patuljke. Ostatak supernove je gustaneutronska zvezda, ili, ako je zvezdana masa bila najmanje tri puta veća od Sunčeve,crna rupa.[37] Bliski dvojni sistemi zvezda mogu poći kompleksnijim evolucionim putem, kao što je prenos mase na belog patuljka koji potencijalno može izazvati supernovu. Planetarne magline i supernove su neophodne za širenje metala u međuzvezdano okruženje; bez njih, sve nove zvezde (i njihovi sistemi planeta) bili bi stvoreni samo iz vodonika i helijuma.
Posmatrana struktura spiralnih krakovaMlečnog puta.
NašSunčev sistem orbitira unutarMlečnog puta,spiralne prečkaste galaksije koja je članLokalne grupe galaksija. To je rotirajuća masa gasa, prašine, zvezda i drugih objekata, koje drže na okupu međusobna gravitaciona privlačenja. Pošto se Zemlja nalazi u prašinastom spoljašnjem kraku, postoje mnogi delovi Mlečnog puta koji su za nas nevidljivi.
U središtu Mlečnog puta je jezgro, šire (deblje) u odnosu na okolni disk galaksije. Jezgro ima izduženi oblik (oblik prečke) i sadrži u centru, kako se veruje,supermasivnu crnu rupu. Ono je okruženo sa četiri primarna kraka koji se uvijaju od centra ka spolja. Ovo je region aktivnog formiranja zvezda koji sadrži mnoštvo mladih zvezda,populacije I. Disk je okružen loptastim haloom starihpopulacije II, kao i relativno gustim koncentracijama zvezda poznatih kaoglobularna jata.[38]
Kako se pojavljuju masivnije zvezde, one pretvaraju oblak uH II region, oblast sjajnog jonizovanog gasa i plazme.Zvezdani vetar i eksplozije supernovih od ovih najmasivnijih zvezda služe za širenje oblaka, često ostavljajući iza sebe jedno ili više mladihotvorenih jata zvezda. Ova jata se postepeno rasturaju i zvezde se priključuju populaciji Mlečnog puta kao pojedinačne zvezde.
Proučavanje kretanja materije u Mlečnom putu i drugim galaksijama je dokazalo da u njima postoji više mase nego što se može izmeriti u vidljivoj materiji.Halo tamne materije izgleda da je dominantna masa, iako priroda ove tamne materije ostaje nepoznata.[40]
Ova slika pokazuje nekoliko plavih objekata oblika petlje, koji su višestruke slike iste galaksije, umnožene dejstvomgravitacionog sočiva koji pravi jato (žutih) galaksija blizu središta slike. Sočivo proizvodi gravitaciono polje jata koje iskrivljuje svetlost tako da uvećava i iskrivljuje sliku udaljenijeg objekta.
Većina galaksija je organizovana u jasne oblike koji omogućavaju njihovo klasifikovanje. One su obično podeljene naspiralne,eliptične inepravilne galaksije.
Kao što im ime kaže,eliptične galaksije imaju oblikelipse. Zvezde se kreću duž nasumičnih orbita bez preovlađujućeg pravca. Ove galaksije sadrže malo ili nimalo međuzvezdane prašine, malozvezdanih porodilišta i uglavnom starije zvezde. Eliptične galaksije se često nalaze u jezgrima galaktičkih jata, i mogu nastati spajanjem velikih galaksija.
Spiralna galaksija je organizovana u ravan, rotirajući disk, obično sa izbočinom ili prečkom u središtu i svetlim krakovima koji se šire prema ivici. Krakovi su oblastizvezdanih porodilišta kojima masivne mlade zvezde daju plavu nijansu. Spiralne galaksije su tipično okružene haloom starijih zvezda. IMlečni put iAndromedina galaksija su spiralne galaksije.
Nepravilne galaksije su haotičnog izgleda, i nisu ni eliptične ni spiralne. Oko četvrtina svih galaksija su nepravilne, i osobenost izgleda tih galaksija možda je rezultat gravitacionih interakcija. One su, po pravilu, galaksije manjih dimenzija, u poređenju sa spiralnim i eliptičnim.
Aktivna galaksija je galaksija koja emituje značajnu količinu svoje energije iz izvora koji nisu zvezde, prašina i gas; već iz zgusnute oblasti u jezgru, za koju se obično misli da je supermasivna crna rupa koja emituje zračenje zbog materijala koji u nju upada.
Radio-galaksija je aktivna galaksija koja je veoma svetla uradio delu spektra, i izbacuje ogromne oblake gasa. Aktivne galaksije koje emituju zračenje visoke energije uključujuSejfertove galaksije,kvazare iblazare. Kvazari su nasvetliji poznati objekti u svemiru.[42]
Tokom ovog širenja, svemir je prošao kroz nekoliko evolucionih faza. U veoma ranim momentima, smatra se da je svemir doživeo veoma brzuinflaciju, koja je ujednačila početne uslove. Nakon toga,nukleosinteza je proizvela obilje elemenata u ranom svemiru. (Vidi jošnukleokosmohronologija.)
Kad su nastali prvi atomi, svemir je postao providan za zračenje, oslobađajući energiju koju danas vidimo kao pozadinsko mikrotalasno zračenje. Svemir koji se i dalje širio ušao je u Tamno doba zbog nedostatka zvezdanih izvora energije.[44]
Hijerarhijska struktura materije počela je da se stvara od malenih varijacija u gustini mase. Materija se akumulira u najgušće oblasti, stvarajući oblake gasa inajranije zvezde. Ove masivne zvezde su izazvalerejonizaciju i veruje se da su stvorile većinu težih elemenata (težih od vodonika i helijuma) u ranom svemiru.
Gravitacione skupine su se nagomilale u duge niti, ostavljajući praznine za sobom. Postepeno, skupine gasa i prašine su se spajale i stvorile prve primitivne galaksije. Vremenom, one su uvlačile sve više i više materije, i često su bile organizovane ugrupe i jata galaksija, a zatim i u superjata velikih dimenzija.[45]
Smatra se da je osnovno za strukturu svemira postojanjetamne materije itamne energije. Za njih se danas smatra da čine 96% mase svemira, mada ne postoji ni najmanje saznanje o njihovoj fizičkoj prirodi. Zbog ovog razloga, mnogo napora se troši u pokušajima shvatanja njihove fizike.[46]
Astronomija i astrofizika su razvile značajne međudisciplinarne veze sa drugim naukama.Arheoastronomija ietnoastronomija proučavaju drevne i tradicionalne astronomije u njihovom kulturnom kontekstu, koristeći arheološke i antropološke dokaze.Astrobiologija je nauka o nastanku i evoluciji bioloških sistema u svemiru, sa posebnim naglaskom na mogućnost postojanja vanzemaljskog života.
Proučavanje atoma,molekula i jedinjenja u svemiru, uključujući njihov nastanak, interakcije i uništenje zove seastrohemija. Ove supstance se obično nalaze umolekularnim oblacima, iako se mogu naći i u zvezdama niskih temperatura, smeđim patuljcima i planetama.Kosmohemija je proučavanje elemenata, molekula i jedinjenja pronađenih u Sunčevom sistemu, uključujući poreklo elemenata i raspored odnosaizotopa. Oba ova polja predstavljaju spoj astronomije i hemije.
Astronomi amateri mogu da sami izrade svoju opremu, i prave astronomska okupljanja.
Astronomija je jedna od nauka kojoj amateri mogu najviše da doprinesu.[47]
Astronomi amateri posmatraju razne nebeske objekte i pojave, ponekadopremom koju su sami napravili. Najčešći ciljevi su Mesec, planete, zvezde, komete, meteorski rojevi, te razniobjekti dubokog neba kao što su zvezdana jata, galaksije i magline. Jedna grana amaterske astronomije, amaterskaastrofotografija, uključuje pravljenje fotografija noćnog neba. Mnogi amateri se specijalizuju u posmatranju određenih objekata, vrsta objekata, odnosno vrsta događaja koji ih zanimaju.[48][49]
Većina amatera radi na vidljivim talasnim dužinama, ali postoje i oni koji eksperimentišu sa talasnim dužinama van vidljivog spektra. To uključuje korišćenje infracrvenih filtera na konvencionalnim teleskopima, kao i korišćenje radio-teleskopa. Pionir amaterske radioastronomije jeKarl Janski koji je počeo da osmatra nebo na radio-talasnim dužinama1930-ih. Jedan broj astronoma amatera koristiti bilo teleskope napravljene u samogradnji ili teleskope koji su prvobitno izgrađeni za astronomska istraživanja, a koji su sada dostupni amaterima (npr.Teleskop od jedne milje).[50][51]
Astronomi amateri i dalje naučno doprinose astronomiji. Zapravo, to je jedna od retkih naučnih disciplina u kojoj amateri još uvek mogu da učine značajne doprinose. Amateri, recimo, mogu da vrše posmatranjaokultacija koja se koriste za usavršavanje orbita malih planeta. Oni takođe mogu otkriti komete, i obavljati redovna posmatranjapromenljivih zvezda. Poboljšanja u digitalnoj tehnologiji omogućila su amaterima da ostvare impresivan napredak u oblasti astrofotografije.[52][53]
Mada je astronomija načinila ogromne korake u razumevanju prirode svemira i njegovog sadržaja, postoje važna pitanja koja su još uvek ostala otvorena. Odgovori na njih mogu zahtevati izgradnju novih instrumenata na Zemlji i u svemiru, i moguće nova otkrića u teoretskoj i eksperimentalnoj fizici.
Šta je poreklo rasporeda zvezdanih masa? To jest, zašto astronomi uvek vide isti raspored zvezdanih masa —inicijalnu funkciju mase — bez obzira na početne uslove?[54] Potrebno je bolje razumevanje procesa stvaranja zvezda i planeta.
Ima livanzemaljskog života u svemiru? Posebno, ima li drugog inteligentnog života? Ako ima, šta je objašnjenje zaFermijev paradoks? Postojanje vanzemaljskog života ima važne naučne i filozofske implikacije.[55][56]
Kakva je priroda tamne materije i tamne energije? Izgleda da one dominiraju evolucijom i sudbinom svemira, pa ipak mi još uvek ne znamo kakva je njihova priroda.[57]
Zašto je svemir nastao? Zašto su, na primer, fizičke konstanteraspoređene tako da dozvoljavaju postojanje života? Može li to biti rezultatkosmološke prirodne selekcije? Šta je uzrokinflacije koja je učinila naš svemir homogenim?[58]
Unsöld, Albrecht; Bodo Baschek, W.D. Brewer (translator) (2001). The New Cosmos: An Introduction to Astronomy and Astrophysics. Berlin, New York: Springer. ISBN978-3-540-67877-9.
