astrofísica

La Astrofísica se ocupa de los fundamentos físicos de la investigación de los fenómenos celestes y es una rama de la astronomía . Como una extensión de la astronomía clásica (que consiste principalmente en astrometría y mecánica celeste ), constituye hoy grandes áreas de investigación astronómica .

historia

origen

Muchos historiadores fechan el comienzo de la fusión de la astronomía y la física a principios del siglo XVII, más precisamente con el descubrimiento de las leyes de Kepler . Uno de los primeros en creer que Johannes Kepler fue el primer astrofísico fue su antiguo maestro y amigo Michael Mästlin . En una carta a Kepler escribió: “Creo que uno debería ignorar las causas físicas y debería tratar de explicar las cuestiones astronómicas sólo de acuerdo con el método astronómico con la ayuda de causas e hipótesis astronómicas, no físicas. En otras palabras, los cálculos requieren una base astronómica en el área de geometría y aritmética ".

Tanto Kepler como Galileo Galilei estudiaron la obra de William Gilbert , médico y físico de la Inglaterra del siglo XVII. Gilbert fue el primero en diferenciar claramente entre magnetismo y electricidad estática . Investigó la carga eléctrica de muchas sustancias y estaba convencido de que la Tierra en su conjunto debe verse como un solo imán con dos polos. En su mente, el magnetismo era el "alma" de la tierra, a partir de la cual desarrolló toda una "filosofía magnética". Sin embargo, muchos científicos de la época no se tomaron en serio los descubrimientos de Kepler, Galileo y Gilbert. Esto llevó a que se descuidara su trabajo y, en última instancia, pasaron dos siglos más antes de que se abandonaran los puntos de vista alquímicos .

La hora real del nacimiento de la astrofísica está indicada por muchos científicos naturales hoy en día con la confirmación de la visión copernicana del mundo por Friedrich Wilhelm Bessel y Thomas James Henderson y Friedrich Georg Wilhelm Struve en 1838 utilizando las primeras mediciones de paralaje de estrellas trigonométricas . La fotometría estelar , que mide el brillo aparente de las estrellas, y desarrollada casi en paralelo al análisis de espectro de Joseph von Fraunhofer , Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen, también formó parte de la base de esa ciencia, que hoy se conoce como astrofísica. Ya en 1814, Fraunhofer descubrió líneas oscuras en el espectro del sol , las líneas de Fraunhofer , sin poder explicar su origen.

“La astrofísica actual , yo. H. La exploración de las estrellas con métodos físicos comenzó cuando G. Kirchhoff y G. Bunsen descubrieron el análisis del espectro y la interpretación de las líneas de Fraunhofer en el espectro solar en Heidelberg en 1859 ".

- A. Unsöld, B. Baschek : El nuevo cosmos: Introducción a la astronomía y la astrofísica, séptima edición

“Ya en 1860 G. Kirchhoff formuló los fundamentos de la teoría de la radiación, en particular el teorema de Kirchhoff , que define las relaciones entre emisión y absorción de radiación en equilibrio termodinámico . Esta frase, junto con el principio de Doppler , formó todo el marco conceptual de la astrofísica durante cuarenta años ".

- A. Unsöld, B. Baschek : El nuevo cosmos: Introducción a la astronomía y la astrofísica, séptima edición

Mayor desarrollo

Los hallazgos de Kirchhoff y Bunsen finalmente llevaron a una aplicación inmediata de las tecnologías recién adquiridas por los astrónomos a mediados del siglo XIX. Ya en 1863, Angelo Secchi publicó estudios basados ​​en los hallazgos de Kirchhoff y Bunsen. Dos astrónomos ahora muy conocidos también emprendieron sus estudios y publicaron trabajos pioneros sobre el tema de la astrofísica durante este período: Lewis Morris Rutherfurd de Nueva York y William Huggins de Londres. Durante un eclipse solar en la India el 18 de agosto de 1868 descubrió a Pierre Janssen en la corona del sol mediante observación química mediante análisis espectral, un elemento (entonces) aún no conocido: el helio .

En el transcurso de los años siguientes, muchos científicos reconocidos se ocuparon de la investigación física básica esencial y, por lo tanto, llevaron a cabo investigaciones básicas interdisciplinarias para la astrofísica que existía hoy. En su libro Sobre la conservación de la fuerza (1847), Hermann von Helmholtz formuló la ley de conservación de la energía con más detalle que Julius Robert von Mayer en 1842 y, por lo tanto, contribuyó significativamente al reconocimiento de este principio inicialmente muy controvertido. Con esto, Helmholtz proporcionó los principios de la energía gravitacional . Antoine Henri Becquerel , el descubridor de la radiactividad, colocó la primera piedra para medir la desintegración de los isótopos en 1896. George Howard Darwin , hijo de Charles Darwin , estudió el efecto de las mareas en el sistema solar con métodos matemáticos a partir de 1882 y se convirtió en un reconocido experto en este campo. En 1899, John Joly propuso un método para determinar la edad de la tierra a partir del contenido de sodio de los océanos, basado en la idea de que su concentración aumentaría constantemente debido a la erosión de la tierra. Luego estimó que la edad de la tierra era de 80 a 100 millones de años. En 1903 propuso un método mejor, estimando la edad de la tierra a partir de la desintegración radiactiva del radio (en un artículo de Nature). En 1907, Bertram Boltwood midió la edad de las rocas a través de la desintegración radiactiva del uranio en plomo ( datación del uranio-plomo ).

Zonas clásicas

Astrofísica teórica

La astrofísica teórica intenta predecir o simular fenómenos celestes utilizando modelos. Muchos procesos astrofísicos pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales parciales para las que solo se puede encontrar una solución analítica exacta en situaciones excepcionales. Por lo tanto, un método generalizado en astrofísica son los cálculos numéricos ( numéricos ) y las simulaciones , que llevarían días o semanas con una PC estándar (2008). En la práctica, por lo tanto, a menudo se utilizan supercomputadoras o clústeres . Los resultados obtenidos de esta manera se comparan con las observaciones y se comprueba si coinciden.

Astrofísica observacional

M 57 , nebulosa planetaria

El método más importante es el análisis espectral de la radiación electromagnética , mediante el cual el rango de observación se extiende desde ondas de radio de onda larga ( radioastronomía ) hasta rayos gamma de onda corta y, por tanto, de alta energía en unas 20 potencias de diez. Desde la tierra , además de la luz visible , se pueden observar los rangos de frecuencia de las ondas de radio y algunas partes del rango infrarrojo. La mayor parte de la luz infrarroja, la luz ultravioleta, así como los rayos X y los rayos gamma solo se pueden observar desde los satélites, ya que la atmósfera terrestre actúa como filtro.

Si las estrellas se clasifican de acuerdo con clases espectrales y clases de luminosidad , se pueden ingresar en un diagrama de Hertzsprung-Russell (HRD). La ubicación en el HRD determina casi todas las propiedades físicas de la estrella.

El diagrama de brillo de color (FHD) se puede utilizar para determinar la distancia .

Además de las estrellas individuales, se observan principalmente galaxias y cúmulos de galaxias . Para este propósito, los telescopios terrestres , a menudo conectados para formar grupos, como B. Se utilizan HEGRA , así como telescopios espaciales como el telescopio espacial Hubble . Con frecuencia también se lanzan satélites con detectores y telescopios. Los astrofísicos también están interesados ​​en el fondo de radiación cósmica.

Astrofísica de laboratorio

Durante mucho tiempo, la astrofísica no conoció casi ningún experimento de laboratorio . Sin embargo, el desarrollo de telescopios nuevos y más potentes a partir del cambio de milenio finalmente condujo al surgimiento de la rama de la astrofísica de laboratorio. Esto crea y estudia moléculas previamente desconocidas. Sobre la base de los espectrogramas obtenidos en el laboratorio y con la ayuda de grandes radiotelescopios, estas moléculas pueden detectarse en las nubes de gas interestelar. Esto a su vez permite sacar conclusiones sobre los procesos químicos que tienen lugar allí durante los nacimientos de estrellas, por ejemplo. Solo hay alrededor de 20 grupos de investigación de astrofísica de laboratorio en todo el mundo, en Alemania en la Universidad de Kassel , la Universidad Friedrich Schiller de Jena y la Universidad de Colonia . También hay laboratorios que se ocupan de la formación de planetas, como la Universidad de Braunschweig y la Universidad de Duisburg-Essen . Además de las simulaciones en computadoras para la colisión y el crecimiento de partículas de polvo, aquí también se realizan algunos experimentos de laboratorio, que luego se continúan en ingravidez , entre otras cosas .

Relación con otras ramas de la física.

La astrofísica depende en principio de observaciones y mediciones, porque los experimentos construidos están excluidos debido al tamaño de los objetos de investigación y la no reproducibilidad de eventos cosmológicos únicos (Big Bang). Muchas de estas medidas tienen un gran error relativo debido a su pequeño tamaño (por ejemplo, tamaños de objetos o distancias angulares). Las variables determinadas indirectamente a partir de esto (por ejemplo, masas estelares, edades de las estrellas o distancias) se asocian en consecuencia con altas inexactitudes. Para otras medidas, como B. Espectroscopía de la atmósfera estelar o mediciones de radar a la luna o en el sobrevuelo de objetos, o por métodos estadísticos (muchas mediciones independientes), sin embargo, también se pueden lograr altos niveles de precisión . A pesar de esta diferencia fundamental con todas las demás subdisciplinas físicas, los astrofísicos utilizan métodos y leyes de otras áreas de la física, en particular de la física nuclear y de partículas (como detectores para medir ciertas partículas a ciertas energías) o están comenzando a desarrollar la astrofísica nuclear . En astrofísica teórica, por otro lado, la analogía con la física del plasma es particularmente cercana, ya que muchos fenómenos astronómicos como atmósferas estelares o nubes de materia pueden describirse como plasmas en una buena aproximación.

Ver también

literatura

enlaces web

Wikcionario: Astrofísica  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones
Commons : Astrofísica  - colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

  1. ↑ a b Albrecht Unsöld , Bodo Baschek: El nuevo cosmos: Introducción a la astronomía y la astrofísica . 7ª edición. Springer, 2002, ISBN 3-540-42177-7 , págs. 166 ff .
  2. ↑ Una estimación de la edad geológica de la tierra , Scientific Transactions Royal Dublin Society