<< 2. deo

5. Теоријска астрономија

Теоријска астрономија користи широк спектар алата који укључује аналитичке моделе и компјутерско-нумеричке симулације. Свака од ових модела има своје предности и мане. Аналитички модели просеца генерално су најбољи за увид у суштину онога шта се дешава. Нумерички модели могу открити постојање феномена и ефеката који на други начин не могу да се виде. Теоретичари у астрономији настоје да створе теоријске моделе и слике из посматрачких резултата ових модела. Ово помаже посматрачима да траже податке који могу да побију модел или да помогну у одабиру између неколико алтернативних или конфликтних модела. Теоретичари такође покушавају да створе или модификују моделе узимајући у прорачун нове податке. У овом случају недоследности, основна тенденција је да се покуша са прављењем минималних модификација модела како би одговарао добијеним подацима. У неким случајевима, велика количина недоследних података временом може довести до потпуног ниподаштавања модела. Теме којима се баве теоретичари у астрономији су: звездана динамика и еволуција, формирање галаксија, структуре материје великих размера у свемиру, порекло космичког зрачења, генерална релативност и физичка космологија,... Тамна материја и тамна енергија су тренутно водеће теме у астрономији. Њихово откриће и расправа су настали за време проучавања галаксија.

6. Подпоља астрономије за специфичне астрономске објекте

Као и у другим наукама и у астрономији постоје подпоља истраживања. Она се односе на специфичне објекте у свемиру који су великом броју астронома интересантни за проучавање и на чијим истраживањима су укључени. То су:

1. Астрономија Сунца
2. Астрономија планета
3. Астрономија звезда
4. Астрономија галаксије (Млечног пута)
5. Астрономија екстрагалаксија
6. Космологија

6.1. Астрономија Сунца

На удаљености од око осам светлосних минута (144∙106 km), налази се најчешће проучавана звезда Сунце, типична патуљаста звезда главног низа звездане класе G2V. Сунце није променљива звезда, али не подлеже периодичним променама у активности познатим као циклуси сунчевих пега. То је 11-о годишња флуктуација у броју сунчевих пега. Сунчеве пеге су региони испод просечне температуре који су повезани са интезитетом магнетне активности. Сунце је временом стабилно повећавало своју луминозност, повећавало се за 40% од времена кад је постала звезда главног низа. Сунце је такође подвргнуто периодичним променама у луминозности које могу имати значајан утицај на Земљу. За Маундеров минимум, на пример, верује се да је проузроковао мини ледено доба у Средњем веку. Видљива спољна површина Сунца се зове фотосфера. Изнад овог слоја налази се танак регион познат је као хромосфера. Ово је окружено прелазним регионима нагло повећаних температура, а затим и супер-загрејаном короном. У центру Сунца је језгро, маса довољно високе температуре и притиска за одигравање нуклеарне фузије. Изнад језгра је зона радијације, где плазма преводи енергију флукса путем зрачења. Спољни слојеви формирају преносну зону где гас преноси енергију примарно преко физичког померања гаса. Верује се да ова преносна зона формира магненту активност која изазива сунчеве пеге. Соларни ветар плазминих честица константно струји из Сунца све док не дође до хелиопаузе. Овај соларни ветар интерагује са магнетним омотачем Земље, који креира Ван Аленов појас зрачења, као и поларну светлост где линије земљиног магнентог поља силазе у атмосферу.

6.2. Астрономија планета

Ова астрономска област испитује састав планета, сателита, патуљастих планета, комета, астероида и других тела која орбитирају око Сунца, као и екстрасоларне планете. Соларни систем је релативно добро проучен, углавном телескпским посматрањима и касније свемирским летелицама. Ово је омогућило добро разумевање формирања и еволуције планетарног система, иако многа нова открића су и даље у току. Соларни систем је подељен на унутрашње планете, појас астероида и спољашње планете. Унутрашње камените планете су Меркур, Венера, Земља и Марс. Спољне планете, гасовити гиганти су Јупитер, Сатурн, Уран и Нептун. Иза џинова налази се патуљаста каменита планета Плутон. Иза Нептуна лежи Којперов појас, и коначно Ортов облак, који се протеже око једне светлосне године. Планете су формиране из протопланетарног диска који је окруживао рано Сунце. Кроз процес који је укључивао гравитациону привлачност, сударе и срашћивање, диск је формирао групе материје које су, са временом, постале протопланете. Притисак зрачења соларног ветра је избацио већи део несрасле материје, и само оне планете са довољном масом су повратиле њихове атмосфере. Планете су наставиле да избацују преосталу материју за време трајања периода интезивног бомбардовања (као доказ тог периода остали су ударни кратери на Месецу). За време овог периода, неке од протопланета су се судариле, водећа хипотеза настанка Месеца. Кад планета достигне довољно велику масу, материјали различитих густина одвајају се за време планетарне диференцијације. Овај процес може формирати камено или метално језгро, окружено спољном површином. Језгро укључује чврсте и течне регионе, и нека планетарна језгра производе сопствено магнетно поље које штити њихову атмосферу од цепања соларног ветра. Планетарна или месечева унутрашња топлота настаје од судра које је створило тело (радиоактивни материјали). Неке планете и сателити акумулирају довољно топлоте да покрену геолошке процесе као што су вулкани и тектонски покрети. Оне планете које акумулирају или успеју да поврате атмосферу могу се такође подврћи површинским ерозијама од стране ветра или воде. Мања тела, без плимског грејања, хладе се брже и њихове геолошке активности престају са изузетком ударних кратера.

6.3. Астрономија звезда

Проучавање звезда и њихове еволуције је фундаментално за разумевање универзума. Астрофизика звезда је утврђена помоћу посматрања, теоријског сазнавања и из компјутерских симулација окружења. Формирање звезда се одиграва у густим регионима прашине и гаса, познатим као огромни молекуларни облаци. Кад су дестабилизовани, фрагменти тог облака падају под утицај гравитације, и тако се формирају протозвезде. Довољно густо и вруће језгро ће покренути процес фузије, и тако креирати звезду са главног низа. Скоро сви тежи елементи од водоника и хелијума су креирани унутар језгра звезда. Карактеристике звезде која настаје зависи највише од њене масе. Што је звезда масивнија, већа је њена луминозност, и брже се троши водониково гориво у језгру. Временом, водониково гориво се у потпуности претвори у хелијум, и звезда почиње да се развија. Фузија хелијума захтева више температуре језгра, тако да би звезда могла да расте и у величини и у густини. Тако настаје црвени џин. Црвени џин живи кратак временски период, пре него што се хелијумско гориво у потпуности потроши. Веома масивна звезда такође може да прође кроз одређене фазе еволуције, које подразумевају фузију тежих елемената. Коначна судбина звезде зависи од њене масе. Звезда масе веће од око осам Сунчевих маса постаје супернова, док мање звезде из планетарних маглина се развијају у беле патуљке. Остатак супернове је густа неутронска звезда, или, ако је звездана маса била најмање три пута већа од Сунчеве, црна рупа. Блиски двојни системи звезда могу поћи комплекснијим еволуционим путем, као што је трансфер масе на белог патуљка који потенцијално може изазвазти супернову. Планетарне маглине и супернове су неопходне за дистрибуцију метала у међузвездано окружење; без њих, све нове звезде (и њихови системи планета) били би формирани само из водоника и хелијума.

6.4. Астрономија галаксија

Наш соларни систем орбитира унутар Млечног пута, спиралној галаксији која је члан локалне групе галаксија. То је ротирајућа маса гаса, прашине, звезда и других објеката, које држе на окупу међусобна гравитациона привлачења. Пошто је Земља лоцирана у прашинастом делу крака, постоје многи делови Млечног пута који су за нас невидљиви. У центру Млечног пута је језгро, за који се верује да је супермасивна црна рупа. Оно је окружено са четири примарна крака који се увијају од центра ка споља. Ово је регион активног формирања звезда који садржи много младих, популације II звезда. Диск је окружен са сферним халоом старих, популације I звезда, као и са релативно густим концентрацијама звезда познатих као глобуларна јата. Између звезда се налази међузвездани простор, простор ретке материје. У најгушћем делу, молекуларни облаци и молекуларни водоник и други елементи формирају регионе „звезданих породилишта“. Ово почиње као неправилна тамна маглина, која се концентрише и опада приликом формирања згуснутих протозвезда. Како се појављују масивне звезде, они се трансформишу у H II регион сјајног гаса и плазме. Звездани ветар и експозија супернових из ових звезда најзад служе за ширење облака, често напуштајући границе једног или више младих отворених јата звезда. Ова јата се постепено растурају и зведзе се прикључују јату Млечног пута. Проучавање материје у Млечном путу и другим галаксијама су демонстрирли да постоји више масе него што се може измерити у видљивој материји. Тамна материја халоа појављује се као доминантна маса, иако природа материје диска остаје неутврђена.

6.5. Астрономија екстрагалаксија

Проучавање објеката ван наше галаксије је грана астрономије која се интересује за формирање и еволуцију галаксија, њихову морфологију и класификацију, и испитивање активних галаксија. Ово задње је важно за разумевање велике скале структура у космосу. Већина галаксија је организовано у јасне облике који омогућавају прављење класификационе шеме. Они су обично подељени на спиралне, елиптичне и неправилне галаксије. Као што име каже, елиптичке галаксије имају облик елипсе. Звезде се крећу дуж насумичних орбита без преферираног правца. Ове галаксије садрже мало или нимало међузвездане прашине, пар „звезданих породилишта“ и генерално старије звезде. Елиптичне галаксије се често налазе у језгру галактичких јата, и могу настати спајањем великих галаксија. Спирална галаксија је организована у раван, ротирајући диск, обично са избочином или шипком у центу и светле кракове који орбитирају изван. Кракови су регони „звездана породилишта“ где масивне младе звезде праве плаву нијансу. Спиралне галаксије су типично окружене са халоом старијих звезда. И Млечни пут и Андромедина галаксија су спиралног типа. Неправилне галаксије су хаотичне у изгледу, и нису ни елиптичне ни спиралне. Око четвртина свих галаксија су неправилне, и особеност изгледа тих галаксија можда је резултат гравитационе интеракције. Активна галаксија је формација која емитује значајну количину енергије звезда, прашине и гаса, и добија моћ из згуснутог дела у језгру, обично мишљено да је то супермасивна црна рупа која емитује зрачење. Радио галаксија је активна галаксија која је веома светла у радио делу спектра, и емитује огромну лепезу гаса. Активна галаксија која емитује зрачење високе енергије укључујући Сојфертове галаксије, квазаре и блазаре. Квазари су насветлији објекти познати у свемиру. Велике структуре у свемиру су репрезентоване од стране група и јата галаксија. Ова структура је организована у хијерархију група, са највећим суперјатима. Укупна маса је формирана у нитима и зидовима, остављајући велике празнине између њих.

6.6. Космологија

Космологија (од грчких речи κοσμος „свет, универзум“ и λογος „наука“) се бави проучавањем свемира у целини. Посматрања објеката велике структуре у свемиру, грана позната као физичка космологија, допринела је стварању знања о формирању и еволуцији космоса. Фундаментална за модерну космологију је добро позната теорија о великом праску. Концепт великог праска води порекло још од открића позадинског микроталасног зрачења 1965. године. У правцу овог ширења, универзум се подвргао неколико еволуционим фазама. У веома раним моментима, сматра се да је универзум доживео веома брзу космичку инфлацију, која је хомогенизовала почетне услове. Након тога, нуклеосинтеза је произвела изобиље елемената у раном свемиру. Кад су први атоми формирани, свемир је почео да зрачи, ослобађајући енергију данас виђену као позадинско микроталасно зрачење. Свемир који се и даље ширио и ушао је у Тамно доба због недостатка звезданих извора енергије. Хијерархијска структура материје почела је да се формира од првог минута варијације у густини масе. Материја се акумулира у најгушће регионе, формирајући облаке гаса и најраније звезде. Ове масивне звезде су изазвале реорганизациони процес и верује се да су створиле многе тешке елементе у раном свемиру. Гравитационе агрегације су се нагомилале у дуге нити, остављајући празнине за собом. Постепено, гас и прашина су се спајале и формирале прве примитивне галаксије. Временом, оне су увлачиле све више и више материје, и често су биле организоване у групе и јата галаксија, а затим и у супер јата великих димензија. Најважније за структуру универзума је постојање тамне материје и тамне енергије. За њих се данас сматра да су доминантни елементи, чине 96% свемира. Због овог разлога, много напора се троши у покушајима схватања физике ових елемената.

7. Интердисциплинарност астрономије

Астрономија користи достигнућа других природних наука, али и обогаћује и стимулише њихов развој постављајући пред њих нове задатке. Највеће достигнуће модерног доба, излазак човечанства из колевке – Земље, незамисливо је без астрономских знања која су покренула и подстакла развој космичке ере. То доводи до све већег прожимања астрономије са другим наукама, тако да су поред астрофизике, настале још у XIX веку, почеле да се формирају и друге дисциплине, као што су Астробиологија, Астрохемија, Космичка хемија, Арехоастрономија ... Као што је већ речено астрофизика се формирала још у XIX веку. Закони физике су универзални и непроменљиви (мада им се границе применљивости могу мењати). Астрономија проучава Васиону, појаве и објекте у њој, при чему се она налази у стању еволуције. У Васиони се материја налази у разноврсним физичким условима, незамисливим у лабораторији, тако да је за физичаре она својеврсна огромна лабораторија, у којој могу да реализују и истраже нека од нафундаменталнијих открића. Арехоастрономија је наука о античкој и традиционалној астрономији и њиховом културном контексту, користећи археолошки и антрополошке доказе. Астрообиологија је наука о настанку и еволуцији биолошких система у свемиру, са делимичним нагласком на могућност о постојању ванземаљског живота. Наука о хемикалијама у свемиру, укључује и њихово формирање, интеракције и уништења зове се Астрохемија. Ове субстанце се обично налазе у молекуларним облацима, иако се они могу наћи у звездама ниских температура, браон патуљцима и планетама. Космичка хемија је наука о пронађеним хемикалијама у соларном систему. Оба ова поља представљају преклоп астрономије и хемије.

8. Аматерска астрономија

Астрономи аматери посматрају мноштво небеских објеката и феномена, понекад са опремом коју су сами направили. Чести циљеви посматрања су Месец, планете, звезде, комете, метеорске ројеве, и мноштво удаљених објеката као што су звездана јата, галаксије и маглине. Једна грана аматерске астрономије, аматерска астрофотографија, укључује првњене фотографија ноћног неба. Многи аматери често се специјализују за посматрање појединих обејката, типова објеката, или догађаја који их занимају. Већина аматера ради посматрања у видљивом делу спектра, али мали број њих експериментише са таласним дужинама ван видљивог дела спектра. Ово укључује употребу инфрацрвених филтера на конвенционалним телескопима, и такође употребљавају радио телескопе. Пионир аматерске радио астрономије био је Карл Јански који је почео да посматранебо на радио таласној дужини 1930.-их година. Астрономи аматери користе или ручно напављене телескопе или радио телескопе који су оригинално направљени за астрономска истраживања али су постали доступни и аматерима. Астрономи аматери настављају да доприносе истраживањима у пољу астрономије. То је једна од ретких научних дисциплина где аматери могу да допринесу развоју науке. Аматери могу да повременим мерењима редефинишу путање појединих објеката. Такође могу да открију комете, посматрају променљиве звезде. Побољшања у дигиталној технологији дозвољавају аматерима да направе импресивни напредак у астрофотографији.

9. Закључак

Астрономија је природна наука која проучава Васиону, појаве и објекте у њој, при чему се она налази у стању еволуције. Такође је и интердисциплинарна јер користи достигнућа других природних наука, али и обогаћује и стимулише њихов развој постављајући пред њих нове задатке. Најбољу слику и закључак о томе шта је астрономија дао је Анри Поенкаре рекавши: „Астрономија је корисна зато што нас уздиже изнад нас самох, корисна је зато што је величанствена, корисна је зато што је прекрасна. Управо она нам показује колико је ништаван човек телом а колико је велики духом, пошто му је ум у стању да занемари безмерна пространства, у којима му је тело само једна занемарљива тачка, и да ужива у њиховој безгласној хармонији. Само тако постајемо свесни своје моћи. И ту ни једна цена не може да буде довољно висока јер нас то сазнање чини јачим.“

Литература

1. М. Димитријевић, А. Томић, Астрономија за IV разред гимназије, Завод за уџбенике и наставна средства, Београд, 2001.
2. Е.Chaisson, S.McMillan, Astronomy – A Beginner’s Guide to the Univers, A Pearson Company Upper Saddle River, New Jersey 07458, 2004.
3. Wikipedia - Astronomy (prevod)

Zoran Tomic iz Kruševaca

student II godine na Ekonomskom fakultetu u Nišu.