אסטרופיזיקה – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ שוחזר מעריכות של 77.124.106.123 (שיחה) לעריכה האחרונה של OfekBot |
|||
שורה 2:
]]
'''אסטרופיזיקה''' (מ[[יוונית]]: אסטרון - [[כוכב]]) היא ענף של ה[[אסטרונומיה]] העוסק ב[[פיזיקה]] של [[היקום]], ובפרט בתכונותיהם הפיזיות ([[בהירות]], [[צפיפות החומר|צפיפות]], [[טמפרטורה]], [[הרכב כימי]]) של [[גרם שמים|עצמים אסטרונומיים]] כגון [[כוכב|כוכבים]], [[גלקסיה|גלקסיות]], חורים שחורים וה[[חומר בין-כוכבי|חומר הבין-כוכבי]], ובפעולות הגומלין ביניהם. [[קוסמולוגיה]] הוא ענף באסטרופיזיקה, העוסק בתאוריות בקנה המידה הגדול ביותר, בו [[תורת היחסות הכללית]] של [[אלברט איינשטיין]] משחקת תפקיד מפתח.
אסטרופיזיקה היא תחום רחב מאוד ובמסגרתה נעשה שימוש בתורות פיזיקליות רבות, כגון [[מכניקה]], [[אלקטרומגנטיות]], [[מכניקה סטטיסטית]], [[תרמודינמיקה]], [[מכניקה קוונטית]], [[תורת היחסות|יחסות]], [[פיזיקה מולקולרית]], [[פיזיקה גרעינית]] ו[[פיזיקת חלקיקים]].
סיווג שמה של המחלקה הרלוונטית באוניברסיטה ("אסטרופיזיקה" למול "אסטרונומיה") נובע לעתים קרובות מההיסטוריה של המחלקה ופחות מנושאי הלימוד והמחקר. לדוגמה, בפקולטה ל[[מדעים מדויקים]] של [[אוניברסיטת תל אביב]] פועל "בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה" ובמסגרתו עוסקים החוקרים הן באסטרופיזיקה תאורטית והן בתצפיות אסטרונומיות.
==היסטוריה==
בני אדם עסקו באסטרונומיה לכל אורך ההיסטוריה המתועדת, ולמרות זאת לאורך תקופה ארוכה היא נחשבה לענף נפרד ממדע הפיזיקה. בראיית העולם ה[[אריסטו|אריסטוטלית]], השמימי שויך לשלמות - גופים ברקיע נדמו להיות כדורים מושלמים הנעים במסלולים מעגליים מושלמים - בזמן שהארצי נדמה מועד לחוסר שלמות; שתי הממלכות הללו נראו כלא קשורות זו לזו.
[[אריסטרכוס מסמוס]] (סביבות 310-250 [[לפני הספירה]]) היה הראשון לטעון שאת תנועת גרמי השמים ניתן להסביר על ידי מודל בו כוכבי הלכת ב[[מערכת השמש]] סובבים סביב [[השמש]]. לרוע המזל, בעולם ה[[המודל הגאוצנטרי|גאוצנטרי]] של אותם ימים, התאוריה ה[[המודל ההליוצנטרי|הליוצנטרית]] של אריסטרכוס נחשבה לכופרת במוסכמות, ולמשך מאות שנים ההשקפה לפיה כל גרמי השמיים סובבים סביב [[כדור הארץ]], נותרה ללא עוררין. ב[[המאה ה-16|מאה ה-16]] חידש את התאוריה האסטרונום [[ניקולאוס קופרניקוס]], וב-[[1609]] גילה [[גלילאו גליליי]] את ארבעת ה[[ירח|ירחים]] הבהירים ביותר של [[צדק (כוכב לכת)|צדק]] ותיעד את מסלוליהם סביב כוכב הלכת, אשר סתרו את מערכת האמונות הגאוצנטרית של [[הכנסייה הקתולית]] באותם ימים. כדי להתחמק מעונש חמור נאלץ גלילאו להצהיר שעבודתו היא [[מתמטיקה]] מופשטת, ולא יכולה להיחשב כ[[פילוסופיה]] של הטבע (שם נרדף לפיזיקה), כלומר, אינה מעשית.
הזמינות של מידע תצפיתי מדויק (בעיקר מתצפיותיו של [[טיכו ברהה]]) הובילה ל[[ניסוי|ניסיונות]] למצוא תאוריה שתסביר את התצפיות. בתחילה, נתגלו רק חוקים ניסיוניים, כגון [[חוקי קפלר]] של תנועת כוכבי הלכת שנוסחו בתחילת [[המאה ה-17]]. מאוחר יותר באותה מאה שילב [[אייזק ניוטון]] בין חוקי קפלר לחוקי ה[[דינמיקה (מכניקה)|דינמיקה]] של גלילאו, כאשר גילה כי אותם חוקים השולטים בתנועה על פני כדור הארץ, שולטים גם בתנועתם של גרמי השמים - כוכבי הלכת והירח. [[המכניקה השמימית]] היא השימוש בחוקי ה[[כבידה]] ו[[חוקי ניוטון]] להסברת חוקי קפלר והייתה האיחוד הראשון של ענפי האסטרונומיה והפיזיקה.
פרסום ספרו של ניוטון, [[היסודות המתמטיים של פילוסופיית הטבע]], שינה את ה[[ניווט]] הימי מן הקצה אל הקצה. החל מ-[[1670]], נמדד העולם כולו בציוד מדידה מודרני וב[[שעון|שעונים]] המדויקים ביותר שהיו בנמצא. הצורך בניווט מדויק הוביל לשיפור גדל והולך ברמת הדיוק של התצפיות האסטרונומיות מחד ושל כלי התצפית מאידך, ושיפור זה בתורו הניב כמות גדולה של מידע שהיה זמין ל[[מדען|מדענים]].
בשלהי [[המאה ה-19]] נתגלה שכאשר קרני [[אור]] מהשמש [[שבירה|נשברות]], ניתן להבחין במספר רב של [[קווי ספקטרום]] - אזורים בקשת הצבעים שבהם יש מעט אור או אין בכלל. ניסויים ב[[גז]]ים חמים הראו שאותם קווים מופיעים ב[[ספקטרום]] של גזים, וכל תבנית מתאימה ל[[יסוד כימי]] ייחודי. בצורה זו הוכח שהיסודות הכימיים מהם מורכבת השמש (בעיקר [[מימן]]) הם כאלה שנמצאים גם על כדור הארץ. למעשה, היסוד [[הליום]] נתגלה לראשונה בספקטרום של השמש ורק לאחר מכן על כדור הארץ, ומכך נגזר שמו (הליו ב[[יוונית]] - שמש). במהלך [[המאה ה-20]], השתפר מדע ה[[ספקטרוסקופיה]] (חקירת קווי הספקטרום), בעיקר בעקבות התגבשותה של [[מכניקת הקוונטים]], שהייתה נחוצה להבנת התצפיות האסטרונומיות והניסיוניות.
==אסטרופיזיקה תצפיתית (ניסויית)==
[[תמונה:Pleiades large.jpg|ממוזער|שמאל|300px|ה[[פליאדות (צביר כוכבים)|פליאדות]] (כימה), [[צביר כוכבים]] פתוח ב[[קבוצת כוכבים|קבוצת הכוכבים]] [[שור (קבוצת כוכבים)|שור]]]]
מרבית התצפיות נעשות כיום באמצעות [[הספקטרום האלקטרומגנטי]].
* תצפיות רדיו חוקרות [[קרינה אלקטרומגנטית]] ב[[אורך גל]] גדול מכמה [[מילימטר|מילימטרים]]. [[גלי רדיו]] נפלטים בדרך כלל מעצמים קרים, כגון [[חומר בין-כוכבי]] וענני אבק. [[קרינת הרקע הקוסמית]] היא אור מ[[המפץ הגדול]] שעבר [[היסט לאדום]], ונקלטת בתחום ה[[מיקרוגל]]. ה[[פולסאר|פולסארים]] נתגלו בתחילה באמצעות קרינה זו. התצפיות נעשות באמצעות [[רדיו טלסקופ]].
* תצפיות [[תת-אדום]] חוקרות קרינה שאורך הגל שלה הוא ארוך מכדי להיות גלויה לעין בלתי מזוינת, אך קצר משל גלי רדיו. קרינה כזו נפלטת מעצמים כגון [[כוכב לכת|כוכבי לכת]], שהם קרים יותר מ[[כוכב|כוכבים]]. התצפיות נעשות באמצעות טלסקופים הדומים ל[[טלסקופ|טלסקופים]] אופטיים רגילים.
* תצפיות [[אופטיקה|אופטיות]], בטווח [[אור נראה|האור הנראה]], הן הסוג העתיק ביותר של תצפיות. בטווח זה ניתן לצפות בכוכבים ולהבחין בבירור בקווי ספקטרום, דבר המאפשר לחקור את הרכבם ה[[כימיה|כימי]] של כוכבים, [[גלקסיה|גלקסיות]] ו[[ערפילית|ערפיליות]]. כיום משתמשים בעיקר בטלסקופים המחוברים להתקן [[CCD]] (בדומה ל[[מצלמה דיגיטלית]]) או [[ספקטרוסקופ]]). ה[[אטמוספירה]] של [[כדור הארץ]] מפריעה לתצפיות, אך ניתן לפתור בעיה זו באמצעות טכניקות אופטיות שונות וכן [[טלסקופ חלל|טלסקופים הממוקמים בחלל]].
* תצפיות [[על-סגול]], [[קרני רנטגן]] ו[[קרני גמא]] חוקרות תהליכים עתירי אנרגיה כגון פולסארים [[כוכב זוגי|בינאריים]], [[חור שחור|חורים שחורים]], [[מגנטר|מגנטרים]] ([[כוכב נייטרונים|כוכבי נייטרונים]] עם [[שדה מגנטי]] חזק במיוחד) ועוד. סוגי הקרינה האלו כמעט ואינם חודרים דרך האטמוספירה של כדור הארץ, ולכן התצפיות נעשות באמצעות טלסקופי [[חלל]] ובאמצעות [[טלסקופ צ'רנקוב]] (הקולט [[קרינת צ'רנקוב]] באטמוספירה).
פרט לקרינה אלקטרומגנטית, קיים מספר מועט מאוד של תופעות שמקורן במרחקים גדולים ושניתן לצפות בהן מכדור הארץ. מספר מתקנים לגילוי [[גלי כבידה]] נבנו, אך עדיין לא הניבו תוצאות. גם מתקנים לגילוי חלקיקי [[נייטרינו]] נבנו, בעיקר על מנת לחקור את השמש. לבסוף, ניתן לצפות ב[[קרינה קוסמית]] המורכבת מחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד, כאשר אלה פוגעים באטמוספירה של כדור הארץ. בין השאר, קיים מצפה כזה גם בישראל, על הר [[החרמון]].
התצפיות משתנות גם בסדר הגודל של הזמן שבו הן מבוצעות. נתונים היסטוריים על תצפיות בתחומים מסוימים מקיפים מאות ואף אלפי שנים. רוב התצפיות האופטיות נמשכות ממספר דקות למספר שעות, ולכן קשה לצפות כך בתופעות המשתנות בתדירות גבוהה יותר. באמצעות תצפיות רדיו ניתן להבחין באירועים המשתנים בסדר גודל של מילי-שניות (למשל, על מנת להבחין ב[[פולסאר|פולסארים]] בעלי מחזור סיבוב מהיר במיוחד) ומנגד גם לשלב נתונים שנאספו במשך שנים (למשל, על מנת לחקור את האטת מחזור הסיבוב של פולסארים).
המחקר הנוגע לשמש שלנו תופס מקום מיוחד באסטרופיזיקה תצפיתית, מאחר שהיא הכוכב הקרוב ביותר אלינו. בכוכבים אחרים לא ניתן לצפות באותה רמה של פירוט עקב המרחקים העצומים בהם הם נמצאים.
בנוסף, מתקיים מחקר ניסיוני בתחום הקרוי [[אסטרופיזיקה גרעינית]]. תחום זה עוסק בתהליכים הגרעיניים האחראים על התפתחותם והרכביהם הכימיים של גורמים שמימיים. בעזרת [[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]] ניתן לשחזר במעבדה תנאים רלוונטיים השוררים בכוכבים ולבצע ניסויים של תהליכים גרעיניים.
==אסטרופיזיקה תאורטית (עיונית)==
אסטרופיזיקאים תאורטיים משתמשים במגוון רחב של כלים, וביניהם:
* [[מודל מתמטי|מודלים מתמטיים]], המסוגלים לתת תובנות מעמיקות לגבי תהליכים שונים. דוגמה אחת למודל כזה הוא [[המודל הפוליטרופי]], המקשר בין ה[[לחץ]] בכוכב לבין [[צפיפות החומר|צפיפותו]].
* [[אנליזה נומרית|הדמיות נומריות]] [[חישוב (מדעי המחשב)|חישוביות]], אשר מסוגלות לנבא את קיומן של תופעות שאינן מתגלות באופן ישיר מן המודלים המתמטיים.
המודלים התאורטיים שיוצרים התאורטיקנים מפיקים ניבויים הניתנים לאישוש או הפרכה באמצעות תצפיות. התצפיתנים מחפשים נתונים אשר יאששו או יפריכו את המודלים האלה, או יסייעו בבחירה בין מספר מודלים חלופיים המסבירים את אותה תופעה. לעתים מתגלים בתצפיות נתונים חדשים אשר אינם תואמים את הניבויים הקיימים, ואז מוטל על התאורטיקנים לעשות שינויים בתאוריה הקיימת כדי להסביר גם את הנתונים החדשים. במקרים מסוימים, כמויות גדולות של נתונים הסותרים את ניבויי התאוריה עשויות לגרום לזניחה מוחלטת של מודלים קיימים (ראו גם: [[השיטה המדעית]]).
בין הנושאים הנחקרים על ידי אסטרופיזיקאים תאורטיים: [[דינמיקה כוכבית]] ו[[מחזור חייו של כוכב|אבולוציה כוכבית]]; [[היווצרות גלקסיות]]; ה[[מבנה בקנה-מידה גדול]] של ה[[חומר]] ב[[היקום|יקום]]; מקורות ה[[קרינה קוסמית|קרינה הקוסמית]]; [[יחסות כללית]]; ו[[קוסמולוגיה פיזיקלית]], הכוללת קוסמולוגיית [[תורת המיתרים|מיתרים]] וכן מסקנות [[קוסמולוגיה|קוסמולוגיות]] של [[פיזיקת החלקיקים]]. תורת היחסות הכללית משמשת ככלי להערכת תכונותיהם של מבנים בקנה-מידה גדול, בהם ה[[כבידה]] משחקת תפקיד מפתח, וכן כבסיס לפיזיקה של חורים שחורים ו[[גלי כבידה]].
[[מודל Lambda-CDM]] הוא המודל של קוסמולוגיית [[המפץ הגדול]], המסביר את התצפיות של [[קרינת הרקע הקוסמית]], מבנה היקום בקנה מידה גדול, [[סופרנובה|סופרנובות]] ו[[תאוצה|האצת]] [[התפשטות היקום]]. במודל זה כלולים מודלים אסטרופיזיקליים רבים, ביניהם: המפץ הגדול, [[אינפלציה קוסמית]], [[חומר אפל]] ותאוריות [[פיזיקה|פיזיקליות]] יסודיות אחרות.
מספר דוגמאות לשילוב בין מודלים תאורטיים וכלים תצפיתיים:
{|
|-
| |||