Astronoomia

Astronoomia ajalugu

Vana

Varased astronoomid kasutasid tähtede vaatlemiseks ainult oma silmi. Nad koostasid tähtkujude ja tähtede kaarte religioossetel põhjustel ning kalendreid, et määrata aasta aega. Varased tsivilisatsioonid, näiteks maiad ja muistsed egiptlased, ehitasid lihtsaid observatooriume ja joonistasid tähtede asukoha kaarte. Samuti hakkasid nad mõtlema Maa koha üle universumis. Pikka aega arvasid inimesed, et Maa on universumi keskpunkt ning et planeedid, tähed ja päike käivad ümber selle. Seda nimetatakse geotsentrismiks.

Vanad kreeklased püüdsid päikese ja tähtede liikumist seletada mõõtmiste abil. Matemaatik Eratosthenes oli esimene, kes mõõtis Maa suuruse ja tõestas, et Maa on kera. Teise matemaatiku nimega Aristarchos teooria oli, et päike on keskmes ja Maa liigub ümber selle. See on tuntud kui heliotsentrism. Ainult mõned inimesed arvasid, et see on õige. Ülejäänud uskusid jätkuvalt geotsentrilist mudelit. Enamik tähtkujude ja tähtede nimedest pärineb tolleaegsetelt kreeklastelt.

Araabia astronoomid tegid keskajal palju edusamme, sealhulgas täiustatud tähekaarte ja võimalusi Maa suuruse hindamiseks. Samuti õppisid nad vanadelt, tõlkides kreeka raamatuid araabia keelde.

Renessansiajast kuni tänapäevani

Renessansi ajal arvas preester Nikolaus Kopernik, vaadates planeetide liikumist, et Maa ei ole kõige keskpunkt. Varasematele töödele tuginedes väitis ta, et Maa on planeet ja kõik planeedid liiguvad ümber Päikese. See tõi tagasi vana idee heliotsentrismi. Füüsik nimega Galileo Galilei ehitas oma teleskoobid ja kasutas neid, et vaadata esimest korda lähemalt tähti ja planeete. Ta nõustus Kopernikuga. Katoliku kirik otsustas, et Galileo eksis. Ta pidi oma ülejäänud elu veetma koduarestis. Heliotsentrilisi ideid täiustasid peagi Johannes Kepler ja Isaac Newton, kes leiutasid gravitatsiooniteooria.

Pärast Galileot valmistasid inimesed paremaid teleskoope ja kasutasid neid kaugemate objektide, näiteks planeetide Uraan ja Neptuun, nägemiseks. Samuti nägid nad, kuidas tähed olid meie Päikesele sarnased, kuid eri värvi ja suurusega. Nad nägid ka tuhandeid teisi kaugemaid objekte, näiteks galaktikaid ja udukogusid.

Kaasaegne ajastu

20. sajandil pärast 1920. aastat toimusid astronoomias olulised muutused.

1920. aastate alguses hakati tunnistama, et galaktika, milles me elame, Linnutee, ei ole ainus galaktika. Teiste galaktikate olemasolu tegi kindlaks Edwin Hubble, kes tuvastas Andromeda udukogu kui teise galaktika. Samuti tõestas Hubble, et universum laieneb. Oli palju teisi galaktikaid suurel kaugusel ja need on taandumas, eemaldumas meie galaktikast. See oli täiesti ootamatu.

1931. aastal avastas Karl Jansky raadiosaateid väljaspool Maad, kui ta püüdis isoleerida raadioside müraallikat, mis tähistas raadioastronoomia sündi ja esimesi katseid kasutada taeva vaatlemiseks teist elektromagnetilise spektri osa. Need elektromagnetilise spektri osad, mida atmosfäär ei blokeerinud, avanesid nüüd astronoomiale, mis võimaldas teha rohkem avastusi.

Selle uue akna avanemisega Universumisse avastati täiesti uusi asju, näiteks pulsarid, mis saatsid kosmosesse korrapäraseid raadiolainete impulsse. Esmalt arvati, et need lained on tulnukate päritolu, sest impulsid olid nii korrapärased, et see viitas kunstlikule allikale.

Pärast 2. maailmasõda rajati rohkem observatooriume, kus suured ja täpsed teleskoobid ehitati ja kasutati heades vaatluskohtades, tavaliselt valitsuste poolt. Näiteks Bernard Lovell alustas Jodrell Bankis raadioastronoomiat, kasutades selleks järelejäänud sõjaväe radarseadmeid. Aastaks 1957 oli seal maailma suurim juhitav raadioteleskoop. Samamoodi hakati 1960ndate lõpus ehitama spetsiaalseid observatooriume Mauna Keale Hawaiil, mis on tänu kõrgusele ja selgele taevale hea paik nähtavate ja infrapunaste teleskoopide jaoks.

Järgmine suur revolutsioon astronoomias toimus tänu raketite sünnile. See võimaldas teleskoopide paigutamist satelliitide abil kosmosesse.

Kosmoseteleskoobid võimaldasid esmakordselt ajaloos juurdepääsu kogu elektromagnetilisele spektrile, kaasa arvatud kiirgusele, mida atmosfäär oli seni blokeerinud. Röntgen- ja gammakiirgus, ultraviolettkiirgus ja osa infrapunasest spektrist avanesid astronoomiale, kui vaatlusteleskoope käivitati. Nagu ka teiste spektriosade puhul, tehti uusi avastusi.

Alates 1970ndatest aastatest käivitati satelliite, mis asendati täpsemate ja paremate satelliitidega, mille tulemusel kaardistati taevas peaaegu kõigis elektromagnetilise spektri osades.

Galileo joonistused Kuust. Tema joonistused olid üksikasjalikumad kui kellelgi enne teda, sest ta kasutas Kuu vaatlemiseks teleskoopi.

Avastused

Avastusi on laias laastus kahte liiki: kehad ja nähtused. Kehad on universumis olevad asjad, olgu see siis planeet nagu meie Maa või galaktika nagu meie Linnutee. Nähtused on sündmused ja sündmused Universumis.

Kehad

Lihtsuse huvides on see osa jagatud selle järgi, kus neid astronoomilisi kehi võib leida: need, mis asuvad tähtede ümber, on päikesekehad, need, mis asuvad galaktikate sees, on galaktilised kehad ja kõik muud suuremad on kosmilised kehad.

Solar

• Planeedid
• Asteroidid
• Comets

Galaktiline

• Tähed

Hajutatud objektid:

• Nebulad
• Klastrid

Kompaktsed tähed:

• Valged kääbustähed
• Neutrontähed
• Mustad augud

Kosmiline

• Galaktikad
• Galaktikakogumid
• Superklastrid

Nähtused

Plahvatuslikud sündmused on need, kus taevas toimub järsk muutus, mis kaob kiiresti. Neid nimetatakse purskedeks, sest tavaliselt on need seotud suurte plahvatustega, mis tekitavad energia "plahvatuse". Nende hulka kuuluvad:

• Supernoovad
• Novas

Perioodilised sündmused on need, mis toimuvad regulaarselt ja korduvalt. Nimetus perioodiline tuleneb perioodist, mis on aja pikkus, mis on vajalik laine ühe tsükli läbimiseks. Perioodiliste nähtuste hulka kuuluvad:

• Pulsarid
• Muutlikud tähed

Müra nähtused kipuvad olema seotud asjadega, mis juhtusid kaua aega tagasi. Nende sündmuste signaal põrutab universumis ringi, kuni see tundub tulevat kõikjalt ja varieerub vähe intensiivsuses. Sel moel sarnaneb see "müraga", taustsignaaliga, mis läbib iga astronoomias kasutatavat instrumenti. Kõige tavalisem näide müra kohta on analoogtelevisioonis näha olev staatiline heli. Peamine astronoomiline näide on: Kosmiline taustakiirgus.

Meetodid

Instrumendid

• Teleskoobid on peamine vaatlusvahend. Nad võtavad kogu suure ala valguse ja suunavad selle väikesele alale. See on nagu silmade muutmine väga suureks ja võimsaks. Astronoomid kasutavad teleskoope selleks, et vaadata asju, mis on kaugel ja hämarad. Teleskoobid muudavad objektid suuremaks, lähemale ja heledamaks.
• Spektromeetrid uurivad valguse erinevaid lainepikkusi. See näitab, millest miski koosneb.
• Paljud teleskoobid asuvad satelliitides. Need on kosmoseobservatooriumid. Maa atmosfäär blokeerib mõned elektromagnetilise spektri osad, kuid spetsiaalsed teleskoobid atmosfääri kohal suudavad seda kiirgust tuvastada.

• Raadioastronoomia kasutab raadioteleskoope. Apertuurisüntees ühendab väiksemaid teleskoope, et luua faasitud massiivi, mis töötab nagu teleskoop, mis on sama suur kui väiksemate teleskoopide vaheline kaugus.

Tehnikad

On viis, kuidas astronoomid saavad taevast paremaid pilte. Kaugest allikast tulev valgus jõuab sensorisse ja saab mõõtmist, tavaliselt inimsilma või kaamera abil. Väga hämarate allikate puhul ei pruugi allikast tulevaid valgusosakesi olla piisavalt palju, et seda näha. Üks tehnika, mida astronoomid kasutavad selle nähtavaks tegemiseks, on integratsiooni kasutamine (mis on nagu pikem ekspositsioon fotograafias).

Integratsioon

Astronoomilised allikad ei liigu palju: ainult Maa pöörlemine ja liikumine põhjustab nende liikumist taevas. Kui valgusosakesed jõuavad aja jooksul kaamerasse, tabavad nad sama kohta, muutes selle heledamaks ja nähtavamaks kui tausta, kuni see on nähtav.

Enamiku observatooriumide teleskoobid (ja satelliidiinstrumendid) suudavad tavaliselt jälgida allikat, kui see liigub üle taeva, mis muudab tähe teleskoobi jaoks liikumatuks ja võimaldab pikemat ekspositsiooni. Samuti saab pilte teha erinevatel öödel, nii et ekspositsioonid kestavad tundide, päevade või isegi kuude kaupa. Digitaalajastul saab digiteeritud taevapilte kokku liita arvuti abil, mis pärast liikumise korrigeerimist pilte üle kõrvaldab.

Adaptiivne optika

Adaptiivneoptika tähendab peegli või läätse kuju muutmist, kui vaatate midagi, et seda paremini näha.

Andmete analüüs

Andmeanalüüs on protsess, mille eesmärk on saada astronoomilisest vaatlusest rohkem teavet kui lihtsalt vaatluse teel. Vaatlus salvestatakse kõigepealt andmetena. Seejärel kasutatakse nende andmete analüüsimiseks erinevaid meetodeid.

Fourier' analüüs

Fourier' analüüs matemaatikas võib näidata, kas vaatlus (teatud aja jooksul) muutub perioodiliselt (muutub nagu laine). Kui see on nii, siis saab sellest eraldada sagedused ja lainemustri tüübi ning leida palju asju, sealhulgas uusi planeete.

Väljad

Hea näide väljade kohta on pulsarid, mis pulseerivad regulaarselt raadiolainetega. Need osutusid sarnaseks mõnele (kuid mitte kõigile) röntgenkiirguse heleda allika tüübile, mida nimetatakse madala massiga röntgenkaksikliblikateks (Low-mass X-ray binary). Selgus, et kõik pulsarid ja mõned LMXB-d on neutrontähed ja et erinevused tulenevad keskkonnast, milles neutrontäht leiti. Need LMXB-d, mis ei olnud neutrontähed, osutusid mustadeks aukudeks.

Selles osas püütakse anda ülevaade astronoomia olulistest valdkondadest, nende tähtsusajast ja nende kirjeldamiseks kasutatavatest terminitest. Tuleb märkida, et uusaja astronoomia on jagunenud peamiselt elektromagnetilise spektri järgi, kuigi on mõningaid tõendeid, et see on muutumas.

Väljad keha järgi

Päikese astronoomia

Päikese astronoomia on Päikese uurimine. Päike on Maale lähim täht, mis asub umbes 92 miljoni (92 000 000) kilomeetri kaugusel. Seda on kõige lihtsam üksikasjalikult jälgida. Päikese vaatlemine aitab meil mõista, kuidas teised tähed töötavad ja tekivad. Muutused Päikesel võivad mõjutada ilmastikut ja kliimat Maal. Päikeselt lähtub pidevalt laetud osakeste voog, mida nimetatakse päikesetuuleks. Päikesetuul, mis tabab Maa magnetvälja, põhjustab põhjavalguse. Päikese uurimine aitas inimestel mõista, kuidas toimib tuumasüntees.

Planeediastronoomia

Planeediastronoomia on planeetide, kuude, kääbusplaneetide, komeetide ja asteroidide ning muude tähtede ümber tiirlevate väikeste objektide uurimine. Meie Päikesesüsteemi planeete on põhjalikult uuritud paljude külalisrakettide, näiteks Cassini-Huygensi (Saturn) ja Voyager 1 ja 2 abil.

Galaktiline astronoomia

Galaktiline astronoomia on kaugete galaktikate uurimine. Kaugete galaktikate uurimine on parim viis meie enda galaktika tundmaõppimiseks, sest meie enda galaktika gaasid ja tähed muudavad selle vaatlemise keeruliseks. Galaktikaastronoomid püüavad erinevate teleskoopide ja arvutisimulatsioonide abil mõista galaktikate struktuuri ja nende tekkimist.

Gravitatsioonilaine astronoomia

Gravitatsioonilainete astronoomia on universumi uurimine gravitatsioonilaine spektris. Seni on kogu senine astronoomia kasutanud elektromagnetilist spektrit. Gravitatsioonilained on lained aegruumis, mida kiirgavad väga tihedad objektid, mis muudavad oma kuju, mille hulka kuuluvad valged kääbused, neutrontähed ja mustad augud. Kuna keegi ei ole suutnud gravitatsioonilaineid otseselt avastada, on gravitatsioonilainete astronoomia mõju olnud väga piiratud.

Seotud leheküljed