천체 물리학

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시리즈의 일부
물리
Stylised atom with three Bohr model orbits and stylised nucleus.svg
기초과학
나뭇가지
조사.

천체물리학은 천체물체와 [1][2]현상을 연구하는 데 물리학과 화학의 방법과 원리를 사용하는 과학이다.이 분야의 창시자 중 한 명이 말했듯이, 천체물리학은 "우주에서의 위치나 움직임보다는 천체의 본질을 확인하는 것을 목적으로 한다"고 말했다.[3]연구 대상 중에는 태양, 다른 별, 은하, 외계 행성, 성간 매체, 우주 마이크로파 [4][5]배경 등이 있습니다.이러한 물체로부터의 방출은 전자기 스펙트럼의 모든 부분에 걸쳐 조사되며, 조사되는 특성에는 광도, 밀도, 온도 및 화학조성이 포함된다.천체물리학은 매우 광범위한 과목이기 때문에, 천체물리학자들은 고전역학, 전자기학, 통계역학, 열역학, 양자역학, 상대성 이론, 핵과 입자 물리학, 그리고 원자 및 분자 물리학을 포함한 많은 물리학과 화학 분야의 개념과 방법을 적용합니다.

실제로, 현대 천문학 연구는 종종 이론과 관찰 물리학 분야에서 상당한 양의 작업을 수반합니다.천체물리학자들이 연구하는 몇몇 분야에는 암흑 물질, 암흑 에너지, 블랙홀, 그리고 다른 천체들의 특성, 그리고 우주의 [4]기원과 궁극적인 운명을 결정하려는 그들의 시도가 포함됩니다.또한 이론적인 천체 물리학자들이 연구한 주제들은 태양계의 형성과 진화, 별의 역학 및 진화, 은하 형성과 진화, 자기유체역학; 우주의 물질의 대규모 구조; 우주선의 기원; 일반 상대성 이론, 특수 상대성 이론, 양자 및 물리 우주론을 포함한다.로지 및 아스트로 입자 물리학.

역사

1900년대 초 원소, 태양 및 별의 스펙트럼 비교

천문학은 지상 물리학 연구와 오랫동안 분리된 고대 과학이다.아리스토텔레스적 세계관에서 하늘의 물체는 원 속의 균일한 운동만이 유일한 운동인 불변의 구인 반면, 지구 세계는 성장과 부패를 거치고 움직이는 물체가 목표에 도달했을 때 자연 운동이 일직선상에 있는 영역이었다.그 결과, 천구는 플라톤에 의해 유지된 불이나 [6][7]아리스토텔레스에 의해 유지된 에테르와 같은 지상권과는 근본적으로 다른 물질로 이루어져 있다고 여겨졌다.17세기 동안,[8] 갈릴레오, [9]데카르트와[10] 뉴튼과 같은 자연 철학자들은 천체와 지구 지역이 비슷한 종류의 물질로 이루어져 있고 동일한 자연 [11]법칙의 적용을 받는다고 주장하기 시작했다.그들의 도전은 이러한 [12]주장을 입증할 도구가 아직 발명되지 않았다는 것이었다.

19세기 동안 천문 연구는 위치를 측정하고 천문학 [13][14]물체의 움직임을 계산하는 일상적인 작업에 초점을 맞췄다.곧 천체 물리학이라고 불리게 될 새로운 천문학은 윌리엄 하이드 울라스톤과 조셉 폰 프라운호퍼가 독립적으로 태양으로부터의 빛을 분해할 때 스펙트럼에서 [15]다수의 어두운 선이 관찰된다는 것을 발견하면서 나타나기 시작했다.1860년까지 물리학자 구스타프 키르히호프와 화학자 로버트 분젠은 태양 스펙트럼의 어두운 선이 알려진 가스의 스펙트럼에서 밝은 선, 즉 독특한 화학 [16]원소에 대응하는 특정 선과 일치한다는 것을 증명했다.키르히호프는 태양 스펙트럼의 어두운 선이 태양 [17]대기의 화학 원소에 의한 흡수에 의해 발생한다고 추정했다.이렇게 해서 태양과 별에서 발견된 화학 원소들이 지구에서도 발견됐다는 것이 증명되었다.

태양과 별의 스펙트럼에 대한 연구를 확장한 사람들 중에는 1868년 태양 스펙트럼의 어두운 선뿐만 아니라 방사선을 검출한 노먼 로키어가 있었다.다양한 온도와 압력에서 원소의 스펙트럼을 조사하기 위해 화학자 에드워드 프랭클랜드와 함께 일하면서, 그는 태양 스펙트럼의 노란색 선을 알려진 원소와 연관지을 수 없었다.그래서 그는 그 선이 그리스의 헬리오스의 [18][19]의인화된 헬륨이라고 불리는 새로운 원소를 나타낸다고 주장했다.

1885년 에드워드 C. 피커링은 하버드 대학 천문대에서 야심찬 항성 스펙트럼 분류 프로그램을 수행했는데, 여성 컴퓨터, 특히 윌리엄리나 플레밍, 안토니아 모리, 애니 점프 캐논 팀은 사진판에 기록된 스펙트럼을 분류했다.1890년까지, 10,000개 이상의 별들의 목록이 그것들을 13가지 스펙트럼 유형으로 묶어서 준비되었다.피커링의 비전에 따라 1924년까지 캐논은 카탈로그를 9권, 25만 개 이상의 별들로 확장하여 1922년 [20]전 세계적으로 사용할 수 있는 하버드 분류 체계를 개발하였다.

1895년에 조지 엘러리 헤일과 제임스 E. 킬러는 유럽과 미국에서 [21]온 10명의 부편집자들과 함께 천체물리학 저널을 창간했다. 분광학과 천문물리학의 [22]국제평론.이 저널은 천문학과 물리학 저널 사이의 격차를 메우고, 분광기의 천문학적인 응용에 관한 논문의 출판의 장을 제공하고자 의도되었다; 금속 및 가스 스펙트럼의 파장 결정과 방사선에 대한 실험을 포함한 천문 물리학과 밀접하게 연관된 실험실 연구에 관한 것이다.태양, 달, 행성, 혜성, 유성 및 성운의 이론과 망원경 및 [21]실험실의 계측에 대해 설명합니다.

1920년경, 별 분류와 그 진화에 여전히 사용되는 헤르츠스프룽-러셀 도표가 발견된 후, 아서 에딩턴은 그의 논문 별의 내부 구성(The Internal Configuration of the Stars)[23][24]에서 별에서 핵융합 과정의 발견과 메커니즘을 예측했다.그 당시 별의 에너지원은 완전히 미스터리였다. 에딩턴은 아인슈타인의 방정식 E = mc에2 따라 엄청난 에너지를 방출하면서 수소를 헬륨으로 융합시켰다고 정확하게 추측했다.이것은 그 당시 핵융합과 열핵 에너지, 그리고 별이 주로 수소로 구성되어 있다는 사실조차 아직 [25]발견되지 않았기 때문에 특히 주목할 만한 발전이었다.

1925년 세실리아 헬레나 페인(나중에 세실리아 페인-가포슈킨)은 래드클리프 대학에서 영향력 있는 박사학위 논문을 썼는데, 이 논문에서 그녀는 스펙트럼 클래스를 [26]별의 온도와 연관시키기 위해 항성 대기에 이온화 이론을 적용했다.가장 중요한 것은, 그녀는 수소와 헬륨이 별의 주요 성분이라는 것을 발견했다는 것이다.에딩턴의 제안에도 불구하고, 이 발견은 너무나 뜻밖의 것이어서 그녀의 논문 독자들은 에딩턴이 출판하기 전에 결론을 수정하도록 설득했다.하지만, 이후의 연구는 그녀의 [27]발견을 확인시켜주었다.

20세기 말까지, 천문 스펙트럼에 대한 연구는 전파에서 광학, X선,[28] 감마 파장에 이르는 파장으로 확장되었다.21세기에는 중력파에 기초한 관측까지 확대되었다.

관측 천체 물리학

초신성 잔해 LMC N 63A는 X선(파란색), 광학(녹색) 및 라디오(빨간색) 파장으로 촬영되었습니다.엑스레이 광선은 초신성 폭발에 의해 발생한 충격파에 의해 섭씨 1000만 도까지 가열된 물질에서 나온다.

관측 천문학은 주로 물리적 모델의 측정 가능한 의미를 발견하는 것과 관련이 있는 이론적인 천체 물리학과 대조적으로 데이터를 기록하고 해석하는 데 관련된 천문학 분야입니다.그것은 망원경이나 다른 천문 기구를 사용하여 천체를 관찰하는 것이다.

천체물리학적 관측의 대부분은 전자기 스펙트럼을 이용하여 이루어진다.

전자기 방사선을 제외하고, 지구에서 먼 거리에서 발생하는 것들은 거의 관찰되지 않을 것이다.몇 개의 중력파 관측소가 지어졌지만, 중력파는 탐지하기가 매우 어렵다.중성미자 관측소 또한 주로 우리의 태양을 연구하기 위해 지어졌다.매우 높은 에너지 입자로 이루어진 우주선은 지구 대기에 부딪히는 것을 관찰할 수 있다.

관측치는 시간 척도에 따라 달라질 수도 있습니다.대부분의 광학 관측은 몇 분에서 몇 시간이 걸리기 때문에 이보다 더 빠르게 변화하는 현상은 쉽게 관찰할 수 없습니다.그러나 일부 물체에 대한 역사적 데이터는 수세기 또는 수 천년에 걸쳐 이용 가능하다.반면에, 무선 관측은 밀리초 시간 척도(밀리초 펄스) 또는 연간 데이터(펄사 감속 연구)로 사건을 볼 수 있다.이러한 다른 시간표에서 얻은 정보는 매우 다릅니다.

우리 태양에 대한 연구는 관측 천체 물리학에서 특별한 위치를 차지하고 있다.다른 모든 별들의 엄청난 거리 때문에, 태양은 다른 어떤 별들과 비교할 수 없을 정도로 자세히 관찰될 수 있습니다.우리의 태양에 대한 이해는 다른 별에 대한 이해의 길잡이 역할을 합니다.

별이 어떻게 변하는지 또는 별의 진화에 대한 주제는 종종 헤르츠스프룽-러셀 다이어그램에 다양한 유형의 별들을 각각의 위치에 배치함으로써 모델화되는데, 이것은 탄생부터 파괴까지의 별의 상태를 나타내는 것으로 볼 수 있다.

이론 천체 물리학

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이론적인 천체물리학자는 분석 모형과 계산 수치 시뮬레이션을 포함한 다양한 도구를 사용합니다.각각의 장점은 있습니다.프로세스의 분석 모델은 일반적으로 진행 중인 일의 핵심을 파악하는 데 더 적합합니다.수치 모델은 그렇지 않으면 [29][30]볼 수 없는 현상과 효과의 존재를 밝힐 수 있다.

천체물리학 이론가들은 이론적인 모형을 만들고 그 모형들의 관찰 결과를 알아내기 위해 노력한다.이를 통해 관측자는 모형을 반박할 수 있는 데이터를 찾거나 여러 대안 또는 충돌하는 모형 중에서 선택할 수 있습니다.

이론가들은 또한 새로운 데이터를 고려하기 위해 모형을 생성하거나 수정하려고 한다.불일치가 있는 경우 일반적으로 데이터를 적합시키기 위해 모형을 최소한으로 수정하려고 시도하는 경향이 있습니다.경우에 따라서는 시간이 지남에 따라 많은 양의 일관되지 않은 데이터가 있으면 모델이 완전히 포기될 수 있습니다.

이론적인 천체 물리학자들이 연구한 주제들은 별의 역학과 진화, 은하 형성과 진화, 자기유체역학, 우주의 물질의 대규모 구조, 우주선의 기원, 일반 상대성 이론과 우주 입자 물리학을 포함한다.천체물리상대성이론은 중력이 조사된 물리현상에 중요한 역할을 하는 대규모 구조의 특성을 측정하는 도구이자 블랙홀 물리학과 중력파 연구의 기초가 된다.

현재 람다-CDM 모델에 포함된 천체 물리학에서 널리 받아들여지고 연구된 이론과 모델은 빅뱅, 우주 팽창, 암흑 물질, 암흑 에너지 그리고 물리학의 기본 이론입니다.

대중화

천체물리학의 뿌리는 17세기 통일물리학의 출현에서 찾을 수 있는데, 통일물리학에서는 같은 법칙이 천계와 [11]지계에 적용되었다.현재의 천체물리학 과학의 기초를 다진 물리학과 천문학 둘 다에 자격을 갖춘 과학자들이 있었다.오늘날, 학생들은 왕립천문학회와 저명한 교수 로렌스 크라우스, 수브라흐마니안 찬드라세카르, 스티븐 호킹, 휴버트 리브스, 칼 세이건, 닐 드그라세 타이슨, 패트릭 무어에 의한 천체물리학의 대중화로 인해 계속해서 천체물리학에 끌리고 있다.초기, 후기, 그리고 현재 과학자들의 노력은 천체물리학의 [31][32][33]역사와 과학을 연구하기 위해 젊은이들을 계속 끌어들이고 있다.

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레퍼런스

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