Astronomie: definice a přehled hvězd, planet a vesmíru

Starověké

První astronomové se na hvězdy dívali pouze očima. Z náboženských důvodů sestavovali mapy souhvězdí a hvězd a pro určení ročního období sestavovali kalendáře. Rané civilizace, například Mayové a staří Egypťané, stavěly jednoduché observatoře a kreslily mapy poloh hvězd. Začali také přemýšlet o místě Země ve vesmíru. Dlouho si lidé mysleli, že Země je středem vesmíru a že planety, hvězdy a Slunce obíhají kolem ní. Tomuto názoru se říká geocentrismus.

Staří Řekové se snažili vysvětlit pohyby Slunce a hvězd pomocí měření. Matematik jménem Eratosthenes byl první, kdo změřil velikost Země a dokázal, že Země je koule. Teorie jiného matematika jménem Aristarchos zněla, že Slunce je ve středu a Země se pohybuje kolem něj. Tato teorie je známá jako heliocentrismus. Jen několik lidí si myslelo, že je správná. Zbytek nadále věřil v geocentrický model. Většina názvů souhvězdí a hvězd pochází od tehdejších Řeků.

Arabští astronomové dosáhli ve středověku mnoha pokroků, včetně zdokonalených hvězdných map a způsobů odhadu velikosti Země. Učili se také od starověkých vědců překládáním řeckých knih do arabštiny.

Od renesance po moderní dobu

V době renesance se kněz Mikuláš Koperník na základě pozorování pohybu planet domníval, že Země není středem všeho dění. Na základě předchozích prací tvrdil, že Země je planeta a všechny planety se pohybují kolem Slunce. Tím se vrátila stará myšlenka heliocentrismu. Fyzik jménem Galileo Galilei sestrojil vlastní dalekohled a poprvé se s jeho pomocí podíval na hvězdy a planety zblízka. Souhlasil s Koperníkem. Katolická církev rozhodla, že se Galileo mýlí. Zbytek života musel strávit v domácím vězení. Heliocentrické myšlenky brzy zdokonalili Johannes Kepler a Isaac Newton, kteří vynalezli teorii gravitace.

Po Galileovi se začaly vyrábět lepší dalekohledy, které umožnily pozorovat vzdálenější objekty, například planety Uran a Neptun. Viděli také, že hvězdy jsou podobné našemu Slunci, ale mají různé barvy a velikosti. Viděli také tisíce dalších vzdálených objektů, jako jsou galaxie a mlhoviny.

Moderní doba

Ve 20. století po roce 1920 došlo v astronomii k významným změnám.

Na počátku 20. let 20. století se začalo uznávat, že galaxie, ve které žijeme, tedy Mléčná dráha, není jedinou galaxií. Existenci dalších galaxií vyřešil Edwin Hubble, který identifikoval mlhovinu v Andromedě jako jinou galaxii. Byl to také Hubble, kdo prokázal, že se vesmír rozpíná. Ve velkých vzdálenostech se nacházelo mnoho dalších galaxií, které se vzdalují, vzdalují se od naší galaxie. To bylo zcela nečekané.

V roce 1931 objevil Karl Jansky při pokusu o izolaci zdroje šumu v radiokomunikacích rádiové záření mimo Zemi, což znamenalo zrod radioastronomie a první pokusy o využití jiné části elektromagnetického spektra k pozorování oblohy. Ty části elektromagnetického spektra, které atmosféra neblokuje, se nyní otevřely astronomii, což umožnilo učinit další objevy.

Po otevření tohoto nového okna do vesmíru byly objeveny zcela nové věci, například pulsary, které vysílaly do vesmíru pravidelné pulsy rádiových vln. Nejprve se předpokládalo, že tyto vlny jsou mimozemského původu, protože pulzy byly tak pravidelné, že to naznačovalo umělý zdroj.

V období po 2. světové válce přibylo hvězdáren, kde se na dobrých pozorovacích místech stavěly a provozovaly velké a přesné dalekohledy, obvykle vládami. Například Bernard Lovell zahájil radioastronomii v Jodrell Bank s využitím zbytků vojenského radarového vybavení. Do roku 1957 byl na tomto místě největší řiditelný radioteleskop na světě. Podobně se koncem 60. let 20. století začaly budovat specializované observatoře na Mauna Kea na Havaji, která je díky své vysoké nadmořské výšce a jasné obloze vhodným místem pro viditelné a infračervené dalekohledy.

Další velký převrat v astronomii nastal díky zrodu raketové techniky. Ta umožnila umístit dalekohledy do vesmíru na družicích.

Vesmírné teleskopy poprvé v historii umožnily přístup k celému elektromagnetickému spektru včetně záření, které bylo blokováno atmosférou. S vypuštěním pozorovacích dalekohledů se astronomům otevřelo rentgenové záření, gama záření, ultrafialové světlo a části infračerveného spektra. Stejně jako v jiných částech spektra byly učiněny nové objevy.

Od 70. let 20. století byly vypouštěny satelity, které byly nahrazovány přesnějšími a lepšími družicemi, díky čemuž byla obloha zmapována téměř ve všech částech elektromagnetického spektra.

Objevy se obecně dělí na dva typy: tělesa a jevy. Tělesa jsou věci ve vesmíru, ať už jde o planetu, jako je naše Země, nebo galaxii, jako je naše Mléčná dráha. Jevy jsou události a děje ve vesmíru.

Tělesa

Pro větší pohodlí byla tato část rozdělena podle místa, kde se tato astronomická tělesa nacházejí: tělesa nacházející se kolem hvězd jsou sluneční tělesa, tělesa uvnitř galaxií jsou galaktická tělesa a všechna ostatní větší tělesa jsou kosmická tělesa.

Solární

• Planety
• Asteroidy
• Komety

Galaktický

• Hvězdy

Difúzní objekty:

• Nebuňky
• Klastry

Kompaktní hvězdy:

• Bílí trpaslíci
• Neutronové hvězdy
• Černé díry

Cosmic

• Galaxie
• Kupy galaxií
• Superklastry

Fenomén

Výbuchy jsou události, při nichž dojde k náhlé změně na obloze, která rychle zmizí. Nazývají se bursty, protože jsou obvykle spojeny s velkými explozemi, které vytvářejí "výbuch" energie. Patří mezi ně např:

• Supernovy
• Novas

Periodické události jsou takové, které se opakují pravidelně. Název periodický pochází z termínu perioda, což je doba, za kterou vlna dokončí jeden cyklus. Mezi periodické jevy patří např:

• Pulsary
• Proměnné hvězdy

Hlukové jevy se obvykle vztahují k věcem, které se staly před dlouhou dobou. Signál z těchto událostí se odráží ve vesmíru, až se zdá, že přichází odevšad, a jeho intenzita se mění jen málo. Tím se podobá "šumu", signálu na pozadí, který prostupuje každým přístrojem používaným v astronomii. Nejběžnějším příkladem šumu je statická elektřina, kterou můžeme pozorovat u analogových televizorů. Hlavním astronomickým příkladem je např: záření kosmického pozadí.

Nástroje

• Dalekohledy jsou hlavním nástrojem pozorování. Přijímají veškeré světlo z velké oblasti a umisťují ho na malou plochu. To je jako když si uděláte velmi velké a výkonné oči. Astronomové používají dalekohledy k pozorování věcí, které jsou vzdálené a slabé. Díky dalekohledům se objekty zdají být větší, bližší a jasnější.
• Spektrometry zkoumají různé vlnové délky světla. To ukazuje, z čeho se něco skládá.
• Mnoho teleskopů je umístěno v satelitech. Jsou to vesmírné observatoře. Zemská atmosféra blokuje některé části elektromagnetického spektra, ale speciální dalekohledy nad atmosférou mohou toto záření detekovat.

• Radioastronomie využívá radioteleskopy. Hypertextová syntéza kombinuje menší teleskopy a vytváří fázovou soustavu, která funguje jako teleskop velký jako vzdálenost mezi menšími teleskopy.

Techniky

Astronomové mohou získat lepší snímky oblohy. Světlo ze vzdáleného zdroje se dostane na senzor a je změřeno, obvykle lidským okem nebo fotoaparátem. V případě velmi slabých zdrojů nemusí ze zdroje vycházet dostatek světelných částic, aby byly vidět. Jednou z technik, kterou mají astronomové k dispozici pro zviditelnění, je použití integrace (což je něco jako delší expozice ve fotografii).

Integrace

Astronomické zdroje se příliš nepohybují: jejich pohyb po obloze způsobuje pouze rotace a pohyb Země. Jak světelné částice v průběhu času dopadají na kameru, dopadají na stejné místo, které se tak stává jasnějším a viditelnějším než pozadí, až je možné jej spatřit.

Dalekohledy na většině observatoří (a satelitní přístroje) mohou obvykle sledovat zdroj při jeho pohybu po obloze, takže se hvězda jeví dalekohledu jako nehybná a umožňuje delší expozici. Snímky lze také pořizovat v různých nocích, takže expozice trvají hodiny, dny nebo dokonce měsíce. V digitální éře lze digitalizované snímky oblohy sčítat pomocí počítače, který snímky po korekci pohybu překrývá.

Adaptivní optika

Adaptivníoptika znamená změnu tvaru zrcadla nebo čočky při pozorování, abyste něco lépe viděli.

Analýza dat

Analýza dat je proces, při kterém z astronomického pozorování získáme více informací než pouhým pozorováním. Pozorování se nejprve uloží jako data. Tato data se poté analyzují různými technikami.

Fourierova analýza

Fourierova analýza v matematice může ukázat, zda se pozorování (v průběhu určitého časového úseku) periodicky mění (mění se jako vlna). Pokud ano, může extrahovat frekvence a typ vlnového vzoru a najít mnoho věcí včetně nových planet.

Dobrým příkladem jsou pole pulsarů, které pravidelně pulzují v rádiových vlnách. Ukázalo se, že jsou podobné některým (ale ne všem) typům jasných zdrojů v rentgenovém záření, které se nazývají rentgenové dvojhvězdy s nízkou hmotností. Ukázalo se, že všechny pulsary a některé LMXB jsou neutronové hvězdy a že rozdíly jsou způsobeny prostředím, ve kterém se neutronová hvězda nachází. Ukázalo se, že ty LMXB, které nebyly neutronovými hvězdami, jsou černé díry.

V této části se pokusíme podat přehled důležitých oblastí astronomie, období jejich významu a pojmů, které se pro ně používají. Je třeba poznamenat, že astronomie v novověku byla rozdělena především podle elektromagnetického spektra, i když existují určité důkazy, že se to mění.

Pole podle těla

Sluneční astronomie

Sluneční astronomie se zabývá studiem Slunce. Slunce je nejbližší hvězda k Zemi, vzdálená přibližně 92 milionů (92 000 000) mil. Je nejsnáze podrobně pozorovatelné. Pozorování Slunce nám může pomoci pochopit, jak fungují a vznikají ostatní hvězdy. Změny na Slunci mohou ovlivnit počasí a klima na Zemi. Ze Slunce je neustále vysílán proud nabitých částic zvaný sluneční vítr. Sluneční vítr narážející na magnetické pole Země způsobuje polární záři. Studium Slunce pomohlo lidem pochopit, jak funguje jaderná fúze.

Planetární astronomie

Planetární astronomie se zabývá studiem planet, měsíců, trpasličích planet, komet a asteroidů a dalších malých objektů, které obíhají kolem hvězd. Planety naší sluneční soustavy byly podrobně studovány mnoha návštěvnickými sondami, jako například Cassini-Huygens (Saturn) a Voyager 1 a 2.

Galaktická astronomie

Galaktická astronomie se zabývá studiem vzdálených galaxií. Studium vzdálených galaxií je nejlepším způsobem, jak poznat naši vlastní galaxii, protože plyny a hvězdy v naší galaxii znesnadňují její pozorování. Galaktická astronomie se snaží pochopit strukturu galaxií a způsob jejich vzniku pomocí různých typů dalekohledů a počítačových simulací.

Astronomie gravitačních vln

Astronomie gravitačních vln je studium vesmíru ve spektru gravitačních vln. Doposud veškerá astronomie, která byla prováděna, využívala elektromagnetické spektrum. Gravitační vlny jsou vlnění v časoprostoru vyzařované velmi hustými objekty měnícími tvar, mezi které patří bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry. Protože se nikomu nepodařilo gravitační vlny přímo detekovat, byl dopad astronomie gravitačních vln velmi omezený.