astrofisica

L' Astrofisica si occupa dei fondamenti fisici della ricerca sui fenomeni celesti ed è una branca dell'astronomia . Come estensione dell'astronomia classica (costituita principalmente da astrometria e meccanica celeste ) costituisce oggi vaste aree di ricerca astronomica .

storia

origine

Molti storici datano l'inizio della fusione tra astronomia e fisica all'inizio del XVII secolo, più precisamente alla scoperta delle leggi di Keplero . Uno dei primi a credere che Johannes Kepler fosse il primo astrofisico fu il suo insegnante e amico di lunga data Michael Mästlin . In una lettera a Keplero scrisse: “Penso che si dovrebbero ignorare le cause fisiche e si dovrebbe cercare di spiegare le questioni astronomiche solo secondo il metodo astronomico con l'aiuto di cause e ipotesi astronomiche, non fisiche. In altre parole, i calcoli richiedono una base astronomica nell'area della geometria e dell'aritmetica ".

Sia Keplero che Galileo Galilei hanno studiato il lavoro di William Gilbert , medico e fisico nell'Inghilterra del XVII secolo. Gilbert è stato il primo a distinguere chiaramente tra magnetismo ed elettricità statica, ha studiato la carica elettrica di molte sostanze ed era convinto che la terra nel suo insieme debba essere vista come un unico magnete con due poli. Nella sua mente, il magnetismo era l '"anima" della terra - da cui ha sviluppato un'intera "filosofia magnetica". Tuttavia, molti scienziati dell'epoca non presero sul serio le scoperte di Keplero, Galileo e Gilbert. Ciò portò a trascurare il loro lavoro e alla fine trascorsero altri due secoli prima che le visioni alchemiche venissero abbandonate.

L'ora effettiva di nascita dell'astrofisica è oggi indicata da molti scienziati naturali con la conferma della visione copernicana del mondo di Friedrich Wilhelm Bessel e Thomas James Henderson nonché di Friedrich Georg Wilhelm Struve nel 1838 mediante le prime misurazioni della stella trigonometrica parallassi . Anche la fotometria stellare , che misurava la luminosità apparente delle stelle, e sviluppata quasi parallelamente all'analisi dello spettro di Joseph von Fraunhofer , Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen, faceva parte delle basi di quella scienza, oggi nota come astrofisica. Già nel 1814, Fraunhofer scoprì le linee scure nello spettro del sole , le linee di Fraunhofer , senza essere in grado di spiegare la loro origine.

“L'attuale astrofisica , io. H. L'esplorazione delle stelle con metodi fisici iniziò quando G. Kirchhoff e G. Bunsen scoprirono l' analisi dello spettro e l'interpretazione delle linee di Fraunhofer nello spettro solare a Heidelberg nel 1859. "

- A. Unsöld, B. Baschek : The new cosmos: Introduction to astronomy and astrophysics, 7th edition

“Già nel 1860 G. Kirchhoff formulò le basi della teoria della radiazione, in particolare il teorema di Kirchhoff , che definisce le relazioni tra emissione e assorbimento della radiazione in equilibrio termodinamico . Questa frase, insieme al principio Doppler , ha formato l'intero quadro concettuale dell'astrofisica per quarant'anni ".

- A. Unsöld, B. Baschek : The new cosmos: Introduction to astronomy and astrophysics, 7th edition

Ulteriori sviluppi

Le scoperte di Kirchhoff e Bunsen alla fine portarono a un'applicazione immediata delle nuove tecnologie acquisite dagli astronomi a metà del XIX secolo. Già nel 1863 Angelo Secchi pubblicò studi basati sui risultati di Kirchhoff e Bunsen. Anche due oggi molto noti astronomi intrapresero i loro studi e pubblicarono lavori innovativi sul tema dell'astrofisica durante questo periodo: Lewis Morris Rutherfurd da New York e William Huggins da Londra. Durante un'eclissi solare in India il 18 agosto 1868, Pierre Janssen scoprì nella corona del sole mediante osservazione chimica mediante analisi spettrale, un elemento (allora) non ancora noto: l' elio .

Nel corso degli anni successivi, molti noti scienziati si sono occupati della ricerca fisica di base essenziale e quindi hanno svolto una ricerca di base interdisciplinare per l'astrofisica che esisteva oggi. Nel suo libro On the Conservation of Force (1847), Hermann von Helmholtz formulò la legge di conservazione dell'energia in modo più dettagliato di Julius Robert von Mayer nel 1842 e contribuì così in modo significativo al riconoscimento di questo principio inizialmente molto controverso. Con questo, Helmholtz ha fornito i principi per l'energia gravitazionale . Antoine Henri Becquerel , lo scopritore della radioattività, pose la prima pietra per misurare il decadimento degli isotopi nel 1896. George Howard Darwin , figlio di Charles Darwin , studiò l'effetto delle maree sul sistema solare con metodi matematici dal 1882 e divenne un esperto riconosciuto in questo campo. Nel 1899 John Joly propose un metodo per determinare l'età della terra dal contenuto di sodio degli oceani, basato sull'idea che la sua concentrazione sarebbe aumentata costantemente a causa dell'erosione sulla terra. Ha quindi stimato che l'età della terra sia compresa tra 80 e 100 milioni di anni. Nel 1903 propose un metodo migliore, stimando l'età della terra dal decadimento radioattivo del radio (in un articolo di Nature). Nel 1907, Bertram Boltwood misurò l'età delle rocce attraverso il decadimento radioattivo dell'uranio in piombo ( datazione uranio-piombo ).

Sotto-aree classiche

Astrofisica teorica

L'astrofisica teorica cerca di prevedere o simulare i fenomeni celesti utilizzando modelli. Molti processi astrofisici possono essere descritti da equazioni alle derivate parziali per le quali una soluzione analitica esatta può essere trovata solo in situazioni eccezionali. Un metodo molto diffuso in astrofisica è quindi calcoli numerici ( NUMERICI ) e simulazioni che richiederebbero giorni o settimane con un PC standard (2008). In pratica, quindi, vengono spesso utilizzati supercomputer o cluster . I risultati ottenuti in questo modo vengono confrontati con le osservazioni e verificato se concordano.

Astrofisica osservativa

M 57 , nebulosa planetaria

Il metodo più importante è l' analisi spettrale della radiazione elettromagnetica , per cui l'osservazione gamma si estende da onde lungo onde radio ( Radio astronomia ) a onda corta e quindi raggi gamma di alta energia per circa 20 potenze di dieci. Dalla terra , oltre alla luce visibile , si possono osservare le gamme di frequenza delle onde radio e alcune parti della gamma dell'infrarosso. La maggior parte della luce infrarossa, luce ultravioletta, così come i raggi X e raggi gamma può essere osservata solo dai satelliti, poiché l' atmosfera terrestre agisce da filtro.

Se le stelle sono classificate secondo classi spettrali e classi di luminosità , possono essere inserite in un diagramma Hertzsprung-Russell (HRD). La posizione nell'HRD determina quasi tutte le proprietà fisiche della stella.

Il diagramma colore-luminosità (FHD) può essere utilizzato per determinare la distanza .

Oltre alle singole stelle, si osservano soprattutto galassie e ammassi di galassie . A tal fine, i telescopi terrestri - spesso collegati per formare ammassi - come B. HEGRA , così come telescopi spaziali come il telescopio spaziale Hubble vengono utilizzati. Spesso vengono lanciati anche satelliti con rilevatori e telescopi. Gli astrofisici sono anche interessati allo sfondo della radiazione cosmica.

Astrofisica di laboratorio

Per molto tempo l'astrofisica non ha conosciuto quasi nessun esperimento di laboratorio . Tuttavia, lo sviluppo di nuovi e più potenti telescopi dall'inizio del millennio alla fine ha portato alla nascita del ramo dell'astrofisica di laboratorio. Questo crea e studia molecole precedentemente sconosciute. Sulla base degli spettrogrammi ottenuti in laboratorio e con l'ausilio di grandi radiotelescopi, queste molecole possono poi essere rilevate in nubi di gas interstellari. Ciò a sua volta consente di trarre conclusioni sui processi chimici che avvengono durante la nascita delle stelle, per esempio. Ci sono solo una ventina di gruppi di ricerca di laboratorio di astrofisica in tutto il mondo, in Germania presso l' Università di Kassel , l' Università Friedrich Schiller di Jena e l' Università di Colonia . Esistono anche laboratori che si occupano della formazione dei pianeti, come l' Università di Braunschweig e l' Università di Duisburg-Essen . Oltre alle simulazioni su computer per la collisione e la crescita di particelle di polvere, qui vengono effettuati anche alcuni esperimenti di laboratorio, che vengono poi proseguiti in assenza di gravità , tra le altre cose .

Relazione con altri rami della fisica

L'astrofisica dipende in linea di principio dalle osservazioni e dalle misurazioni, perché gli esperimenti costruiti sono esclusi a causa delle dimensioni degli oggetti di ricerca e della non riproducibilità di eventi cosmologici unici (Big Bang). Molte di queste misurazioni hanno un grande errore relativo a causa delle loro piccole dimensioni (ad esempio dimensioni degli oggetti o distanze angolari). Le quantità determinate indirettamente da ciò (ad esempio masse stellari, età o distanze) sono di conseguenza associate a elevate imprecisioni. Per altre misurazioni, come B. Spettroscopia dei atmosfera stella o radar misurazioni a luna o nel flyby di oggetti, o mediante metodi statistici (molte misurazioni indipendenti) può anche raggiungere elevati livelli di precisione . Nonostante questa differenza fondamentale rispetto a tutte le altre sotto-discipline fisiche, gli astrofisici usano metodi e leggi di altre aree della fisica, in particolare dalla fisica nucleare e delle particelle (come i rivelatori per misurare determinate particelle a determinate energie) o stanno iniziando a sviluppare l'astrofisica nucleare . In astrofisica teorica, invece, l'analogia con la fisica del plasma è particolarmente stretta, poiché molti fenomeni astronomici come le atmosfere stellari o le nuvole di materia possono essere descritti come plasmi in buona approssimazione.

Guarda anche

letteratura

link internet

Wikizionario: Astrofisica  - spiegazioni di significati, origini delle parole, sinonimi, traduzioni
Commons : Astrofisica  - raccolta di immagini, video e file audio

Prove individuali

  1. ↑ a b Albrecht Unsöld , Bodo Baschek: The new cosmos: Introduzione all'astronomia e all'astrofisica . 7a edizione. Springer, 2002, ISBN 3-540-42177-7 , pagg. 166 ff .
  2. ↑ Una stima dell'età geologica della terra , Scientific Transactions Royal Dublin Society