اخترفیزیک شاخه ای از علوم فضایی است که قوانین فیزیک و شیمی را برای درک جهان و جایگاه ما در آن به کار می گیرد.
این رشته به بررسی موضوعاتی مانند تولد، زندگی و مرگ ستارگان، سیارات، کهکشان ها، سحابی ها و سایر اجرام در کیهان می پردازد. دو علم برادرانه وجود دارد، نجوم و کیهان شناسی، اگرچه خطوط بین این شاخه ها می تواند محو شود.
به دقیق ترین معنی:
فیزیک نجومی تئوری های فیزیکی را برای اجرام و ساختارهای کوچک تا متوسط در جهان ایجاد می کند.
ستاره شناسی موقعیت، روشنایی، حرکات و سایر خصوصیات اجرام سماوی را اندازه گیری می کند.
کیهان شناسی بزرگترین ساختارهای فضا و جهان به عنوان یک کل را پوشش می دهد.
متصل: برای یک اخترفیزیکدان چه چیزی لازم است؟
بیشتر ▼: 20 زن پیشرو در نجوم و اخترفیزیک
در عمل، این سه زمینه یک خانواده نزدیک را تشکیل می دهند.
در مورد موقعیت سحابی یا نوع نوری که از آن ساطع می شود بپرسید و ستاره شناس ممکن است اولین کسی باشد که پاسخ می دهد. بپرسید که سحابی از چه چیزی ساخته شده و چگونه شکل گرفته است، و یک اخترفیزیکدان می تواند بفهمد. بپرسید که چگونه داده ها با شکل گیری جهان مطابقت دارد و احتمالاً یک کیهان شناس درگیر خواهد شد. یا همه آنها می توانند برای بررسی هر سه موضوع درگیر شوند.
اخترفیزیک و ناسا
اخترفیزیکدانان به دنبال درک جهان و جایگاه ما در آن هستند.
بر اساس وب سایت ناسا، در ناسا، اهداف کار اخترفیزیکی آن «کشف نحوه عملکرد جهان، مطالعه چگونگی شروع و تکامل آن، و جستجوی حیات در سیارات اطراف ستاره‌های دیگر» است.
ناسا می گوید کار اخترفیزیکی آن به سه موضوع اصلی می پردازد:
با اسحاق نیوتن شروع شد
در حالی که نجوم یکی از قدیمی ترین علوم است، اخترفیزیک نظری با اسحاق نیوتن آغاز شد.
قبل از نیوتن، ستاره شناسان با استفاده از مدل های پیچیده ریاضی بدون پایه فیزیکی، حرکات «اجرام آسمانی» را که در آن زمان نامیده می شد، توصیف کردند. نیوتن نشان داد که یک نظریه واحد، با توصیف آنچه که ما اکنون به عنوان گرانش می شناسیم، به طور همزمان مدار قمرها و سیارات در فضا و مسیر گلوله روی زمین را توضیح می دهد. این به مجموعه شواهدی برای این نتیجه شگفت‌انگیز (در آن زمان) اضافه کرد که «بهشت» و زمین تابع قوانین فیزیکی یکسانی هستند.
با این حال، شاید آنچه مدل نیوتن را بیش از همه از مفاهیم قبلی جدا می کند، این است که نظریه او پیش بینی کننده و همچنین توصیفی است. بر اساس انحرافات در مدار اورانوس، ستاره شناسان موقعیت سیاره جدیدی را پیش بینی کردند که بعدها مشاهده شد و نپتون نام گرفت.
رویدادهای مهم در اخترفیزیک
ما نمی‌توانیم مستقیماً با اجرام کیهانی دور تعامل داشته باشیم، اما می‌توانیم تشعشعاتی را که از خود ساطع می‌کنند مشاهده کنیم، و بسیاری از اخترفیزیک‌ها به مطالعه این تابش و کار برای توضیح مکانیسم‌های پشت آن می‌پردازند.
اولین ایده ها در مورد ماهیت ستارگان در اواسط قرن نوزدهم از علم پر رونق تجزیه و تحلیل طیفی پدیدار شد، که یک پشتوانه اساسی در علم فضایی است، که به معنای مشاهده فرکانس های خاص نور است که هر یک از مواد هنگام گرم شدن جذب و ساطع می کنند.
طیف سنجی اولیه اولین شواهدی را ارائه کرد که ستاره ها حاوی موادی هستند که در زمین نیز وجود دارند. طیف‌سنجی نشان می‌دهد که برخی از سحابی‌ها کاملاً گازی هستند، در حالی که برخی شامل ستاره‌ها هستند. این بعدها به تقویت این ایده کمک کرد که برخی از سحابی ها اصلاً سحابی نیستند - آنها کهکشان های دیگر هستند!
در اوایل دهه 1920، سیسیلیا پین، ستاره شناس و اخترفیزیکدان آمریکایی، با استفاده از طیف سنجی کشف کرد که ستارگان عمدتاً هیدروژن هستند (حداقل تا سنین بالا). با مطالعه طیف ستارگان، اخترفیزیکدانان همچنین توانسته اند سرعت حرکت آنها به سمت یا دور شدن از زمین را نیز تعیین کنند.
صدایی که وسیله نقلیه ساطع می کند فرق می کند چه به سمت ما حرکت کند و چه از ما دور شود و نور به دلیل چیزی به نام شیفت داپلر تأثیر مشابهی دارد که در آن طیف ستارگان چه به سمت ما حرکت کنند یا از ما دور شوند، تغییر می کند. در دهه 1930، با ترکیب تغییر داپلر انیشتین و نسبیت عام، ادوین هابل شواهد محکمی ارائه کرد که جهان در حال انبساط است. این نیز توسط نظریه انیشتین پیش بینی شد و با هم اساس نظریه بیگ بنگ را تشکیل دادند.
متصل: «ستاره‌ها از چه ساخته شده‌اند» داستان زنی را روایت می‌کند که پشت یک علم ستاره‌ای قرار دارد
در اواسط قرن نوزدهم، فیزیکدانان لرد کلوین (ویلیام تامسون) و گوستاو فون هلمهولتز حدس زدند که فروپاشی گرانشی می تواند خورشید را تامین کند، اما در نهایت متوجه شدند که انرژی تولید شده از این طریق تنها 100000 سال دوام می آورد. پنجاه سال بعد، E = mc معروف انیشتین2 این معادله به اخترفیزیکدانان اولین ایده آنها را در مورد اینکه این منبع انرژی ممکن است چیست داد (اگرچه معلوم شد که فروپاشی گرانشی نقش مهمی ایفا می کند).
با ظهور فیزیک هسته ای، مکانیک کوانتومی و فیزیک ذرات بنیادی در نیمه اول قرن بیستم، امکان فرموله کردن نظریه هایی در مورد اینکه چگونه همجوشی هسته ای می تواند ستارگان را تامین کند، فراهم شد. این نظریه ها چگونگی شکل گیری، زندگی و مرگ ستارگان را توصیف می کنند و توزیع مشاهده شده انواع مختلف ستارگان، طیف، درخشندگی، سن و سایر ویژگی های آنها را با موفقیت توضیح می دهند.
طبق نظریه بیگ بنگ، اولین ستارگان تقریباً به طور کامل هیدروژن بودند. فرآیند همجوشی هسته‌ای که به آنها انرژی می‌دهد، اتم‌های هیدروژن را می‌شکند و عنصر سنگین‌تر هلیم را تشکیل می‌دهد. در سال 1957، تیمی از اخترشناسان از زن و شوهر مارگارت و جفری باربیج، همراه با فیزیکدانان ویلیام آلفرد فاولر و فرد هویل، نشان دادند که چگونه با افزایش سن ستارگان، عناصر سنگین‌تری تولید می‌کنند که به نسل‌های آینده ستاره‌ها منتقل می‌کنند. در مقادیر روزافزون
تنها در آخرین مراحل زندگی ستارگان جدیدتر است که اجزای سازنده زمین مانند آهن (32.1 درصد)، اکسیژن (30.1 درصد) و سیلیکون (15.1 درصد) تولید می شود. یکی دیگر از این عناصر کربن است که همراه با اکسیژن بیشتر جرم موجودات زنده از جمله ما را تشکیل می دهد. به همین دلیل است که ممکن است شنیده باشید که اخترفیزیکدانان می گویند که همه ما از غبار ستاره ای ساخته شده ایم زیرا اشکال حیات کربنی هستیم.
اخترفیزیک به عنوان یک حرفه
اگر رویای مطالعه ستارگان را دارید بدانید که اخترفیزیکدان شدن به سالها رصد، آموزش و کار نیاز دارد. اما می توانید در هر سنی با عضویت در یک باشگاه نجوم، شرکت در رویدادهای نجوم محلی، گذراندن دوره های آنلاین رایگان نجوم و اخترفیزیک، و اطلاع از آخرین اخبار در این زمینه (حتی می توانید این کار را در وب سایتی مانند Space انجام دهید) شروع کنید. com).
اگر به دنبال شغل خود ادامه می دهید، بیشتر آنها با مدرک لیسانس مرتبط در کالج شروع می کنند و در نهایت به سمت مدرک کارشناسی ارشد یا دکترا در اخترفیزیک کار می کنند. سپس بسیاری در اخترفیزیک موقعیت فوق دکتری گرفتند.
اخترفیزیکدانان می توانند برای دولت، آزمایشگاه های دانشگاه و گاهی اوقات سازمان های خصوصی کار کنند.
چند نکته اضافی برای دنبال کردن حرفه ای در اخترفیزیک:
در سرتاسر دبیرستان دروس ریاضی و علوم را بخوانید: فراموش نکنید که در کلاس های علمی متنوع شرکت کنید. نجوم و اخترفیزیک اغلب عناصر زیست شناسی، شیمی و سایر علوم را برای مطالعه بهتر طیف گسترده ای از پدیده ها در جهان با هم ترکیب می کنند. همچنین، مراقب باشگاه های مدرسه، کار داوطلبانه، مشاغل تابستانی یا دوره های کارآموزی موجود در ریاضیات یا علوم باشید.
یک مدرک لیسانس در ریاضیات یا علوم دنبال کنید: در حالی که مدرک لیسانس در اخترفیزیک مسیر خوبی است، اما مسیرهای زیادی وجود دارد که می تواند شما را به این رشته برساند. برای مثال می توانید علوم کامپیوتر را مطالعه کنید که در هنگام تجزیه و تحلیل داده ها مهم است. اگر به این گزینه فکر می کنید، با مشاور گرایش دبیرستان یا دانشگاه خود صحبت کنید تا بدانید کدام برنامه های آموزشی برای شما بهترین هستند.
از فرصت های پژوهشی استفاده کنید: بسیاری از دانشگاه‌ها آزمایشگاه‌هایی دارند که دانشجویان در آنها در تحقیقات شرکت می‌کنند - و حتی گاهی اوقات منتشر می‌کنند. آژانس هایی مانند ناسا نیز دوره های کارآموزی را برای دانشجویان ارائه می دهند.
تکمیل مدرک کارشناسی ارشد یا دکترا در اخترفیزیک: بر اساس دفتر آمار کار ایالات متحده، در حالی که برخی از آنها مدرک دارند، اکثر اخترفیزیکدانان دارای مدرک دکترا هستند.
در اوایل سال 2015، ناتالی هینکل، اخترفیزیکدان سیاره‌ای، مصاحبه‌ای طولانی با Lifehacker انجام داد که به خوانندگان اطلاعاتی در مورد پاداش‌ها و چالش‌های یک محقق اخترفیزیک ارائه داد. او سال‌های طولانی را که در تحقیقاتش گذرانده است، تغییرات شغلی مکرر، ساعات کاری و اینکه یک زن در این زمینه چگونه است، توضیح داد. او همچنین بینش های جالبی را در مورد کار روزانه خود به اشتراک گذاشت، که برای برخی از خوانندگان شگفت آور است، این که او در واقع زمان کمی را در مقابل یک تلسکوپ صرف می کند.
«بیشتر وقتم را صرف برنامه نویسی می کنم. اکثر مردم تصور می کنند که ستاره شناسان تمام وقت خود را در تلسکوپ می گذرانند، اما این تنها بخش بسیار کوچکی از کار است، اگر اصلاً باشد. هینکل به لایف هکر گفت: من مشاهداتی انجام می دهم، اما در چند سال گذشته فقط دو بار در مجموع حدود دو هفته مشاهده کرده ام.
هنگامی که داده ها را دریافت کردید، باید آنها را کاهش دهید (یعنی قسمت های بد را حذف کنید و برای اطلاعات واقعی پردازش کنید)، معمولاً آن را با داده های دیگر ترکیب کنید تا تصویر کامل را ببینید، و سپس یک سند در مورد یافته های خود بنویسید. او گفت: «از آنجایی که هر رصد معمولاً داده‌هایی از چندین ستاره ارائه می‌کند، لازم نیست تمام وقت خود را در مقابل تلسکوپ صرف کنید تا کار کافی داشته باشید.
گزارش های اضافی از الیزابت هاول، مشارکت کننده Space.com. این صفحه در 13 ژانویه توسط نویسنده ارشد space.com چلسی گود به روز شد.