فيزياء فلكية

	فيزياء
الفروع
	ميكانيكا كلاسيكية ; كهرومغناطيسية ; ديناميكا حرارية · ميكانيكا إحصائية ; بصريات ; فيزياء ذرية · فيزياء جزيئية · ميكانيكا الكم ; النسبية
مجالات البحث
	فيزياء تطبيقية ; فيزياء فلكية ; فيزياء ذرية وجزيئية وبصرية ; نظرية الشواش ; فيزياء حيوية ; فيزياء المواد المكثفة ; فهم فيزياء الارض ; فيزياء الجسيمات ; فيزياء حاسوبية
التجارب السابقة
	مسح الانزياح الأحمر المجري 2dF ; مسح ميكروي ثنائي لكامل السماء ; تجربة اختبار بيل · تجربة بوميرانج · تجارب الكاميرا · تجربة كافنديش · مستكشف الخلفية الكونية · تجربة دافيسون-جيرمر · شقي يونغ · رقاص فوكو· تجربة فرانك-هرتز · مسبار الجاذبية أ · مسبار الجاذبية · جيجر-مارسيدين · تجربة هومستاك · تجربة قطرة الزيت · ميكلسون-مورلي · تجربة النيوترينو· مسح سلووان الرقمي للسماء · تجربة شتيرن-غيرلاخ · مجس ويلكينسون مايكروويف انيسوتروبي
الفهماء
	بور · ديراك · أينشتاين · فاينمان· جاليليو· هيزنبرج · ماكسويل · نيوتن · باولي · رذرفورد · شرودنغر ·بلانك . ويغنر
	هذا الصندوق: ; ; ;

صنف فرعي من	فهم الفلك، فيزياء
يمتهنه	عالم فيزياء فلكية ()
فروع	علوم كوكبية
المواضيع

الفيزياء الفلكية فرع من أفرع فهم الفلك التي توظف مبادئ الفيزياء والكيمياء لدراسة طبيعة الأجسام الفلكية، فضلا عن مواقعها وحركتها في الفضاء. يفهم فهم الفيزياء الفلكية أجساماً كالشمس، النجوم الأخرى، المجرات، كواكب النجوم الأخرى، الوسط البين-نجمي، وإشعاع الخلفية الكونية الميكروي. فيتم دراسة ما تصدره هذه الأجسام من إشعاعات عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. كما يتم دراسة باقي خصائصها مثل السطوع، الكثافة، الحرارة، والهجريب الكيميائي. ولأن الفيزياء الفلكية فهم شديد الاتساع، فإن الفيزيائيين الفلكيين كثيرا ما يطبقون الكثير من أفرع الفيزياء، بما في ذلك الميكانيكا، الكهرومغناطيسية، الميكانيكا الإحصائية، الديناميكا الحرارية، الميكانيكا الكمية، النسبية، الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات، والفيزياء الذرية والجزيئية.

عمليا، تنطوي الأبحاث الفلكية الحديثة على قدر كبير من أفرع الفيزياء النظرية والرصدية. فبعض حقول الفيزياء الفلكية تتضمن محاولات لتحديد خصائص المادة المظلمة، الطاقة المظلمة، والثقوب السوداء، وما إذا كان السفر عبر الزمن ممكنا، أوإمكانية تكون ثقوب دودية، أوإمكانية وجود أكوان موازية، وكذلك أصل الكون وقدره المحتوم. كما تدرس الفيزياء الفلكية النظرية مواضيعاً مثل ولادة النظام الشمسي وتطوره (الديناميكا والتطور النجمي)، ولادة المجرات وتطورها، الهيدروديناميكا المغناطيسية (الأجرام الكبيرة في الكون)، أصل الأشعة الكونية، النسبية العامة والفيزياء الكونية، وكذلك فيزياء الأوتار الكونية وفيزياء الجسيمات الفلكية.

التاريخ

مقارنة من أوائل القرن العشرين بين أطياف العناصر، الشمس، والنجوم

رغم حتى الفيزياء الفلكية قديمة قدم التاريخ المسجل ذاته، إلا أنها ظلت لوقت طويل في عزلة عن فيزياء الأرض. فوفقا للنظرة الأرسطية، اعتبرت الأجسام السماوية كرات لا تتغير، وتتخذ في حركتها مسارا دائريا منتظما، بينما اعتبر العالم الأرضي على أنه العالم الذي يخضع للنمووالاضمحلال، حيث تتخذ الحركة الطبيعية مسارها في خط مستقيم، وتتوقف حين يبلغ الجسم المتحرك هدفه. ومن ثم، تم اعتبار العالم السماوي على أنه مصنوع بشكل أساسي من مواد تختلف عن تلك التي تكوّن الأجسام الأرضية، سواء كانت النار كما عند أفلاطون، أوالأثير كما عند أرسطو. لكن مع حلول القرن السابع عشر، تبنى الفلاسفة الطبيعيون مثل غاليليو،ديكارت،ونيوتن رأيا بأن الأجسام السماوية والأرضية مصنوعة من مواد من نفس النوع وأنها تخضع لنفس القوانين الطبيعية. كان التحدي الذي قابل هؤلاء الفلاسفة هوانعدام وجود الأدوات اللازمة للبرهنة على صحة فرضياتهم.

ظلت أبحاث فهم الفلك لشطر كبير من القرن التاسع عشر متمركزة حول روتين حساب مواقع وحركات الأجرام السماوية. وقد بدأ فرع حديث من فهم الفلك بالظهور، والذي سمي بالفيزياء الفلكية لاحقا، عندما اكتشف ويليام هايد ولاستون وجوزيف فون فراونهوفر بشكل مستقل أنه عند تحليل الضوء القادم من الشمس، لوحظ حتى هناك عدد كبير من الخطوط الداكنة في الطيف (مناطق يقل فيها الضوء أوينعدم). وبحلول العام 1860، برهن الفيزيائي غوستاف كريتشوف والكيميائي روبرت بنزن على حتى الخطوط الداكنة في الطيف الشمسي نظيرة للخطوط اللامعة في أطياف الغازات المعروفة، أي حتى خطوطا محددة تدل على وجود عناصر كيميائية محددة في غلاف الشمس. وبذلك برهن الفهماء على حتى العناصر الكيميائية الموجودة في الشمس والنجوم موجودة أيضا في الأرض.

كان نورمان لوكير من بين الفهماء الذين ساهموا في اتساع حقل دراسة الطيف الشمسي والنجمي، فقد حدد في عام 1868 الخطوط اللامعة والداكنة في الطيف الشمسي. فأثناء عمله مع الكيميائي إدوارد فرانكلاند على فحص طيف العناصر في درجات مختلفة من الحرارة والضغط، لم يجد حتى الخط الأصفر في الطيف الشمسي يناظر أي عنصر معروف. وبذلك ادعى حتى الخط يمثل عنصرا جديدا، أطلق عليه «الهيليوم»، وذلك تيمنا بهيليوس (إله الشمس في الميثولوجيا اليونانية).

في العام 1885، أنشأ إدوارد بيكرنج برنامجا طموحا للتصنيف الطيفي النجمي في مرصد هارفارد، حيث قام فريق من النسوة الحاسوبيات، من أشهرهن وليامانا فليمنغ، أنتونيا ماوري، وآني كانون، بتصنيف الطيف المسجل على ألواح فوتوغرافية. وبحلول عام 1890، تم إنجاز فهرس ضم ما يزيد عن 10000 نجم، وتم تصنيفهم في أكثر من ثلاثين مجموعة طيفية. وباتباع نهج بيكرنج، قام كانون عام 1924 بزيادة مجلدات الفهرس إلى تسعة مجلدات ضمت ما يزيد عن ربع مليون نجم، مطورا بذلك تصنيف هارفارد النجمي الذي تم اعتماده عام 1922 في العالم بأكمله.

وفي عام 1895، أصدر جورج هيل وجيمس كيلر بصحبة مجموعة من المحررين المساعدين من أوروبا والولايات المتحدة «المجلة الفيزيائية الفلكية». وقد كان المقصد من إصدار المجلة حتى يتم سد الفجوة بين مجلات الفيزياء والفلك لتكون هناك نقطة التقاء لنشر أبحاث التطبيقات الفلكية للمطياف، والأبحاث المختبرية المرتبطة ارتباطا وثيقا بالفيزياء الفلكية، والتي تتضمن قياس الأطوال الموجية للأطياف المعدنية والغازية وتجارب الإشعاع والامتصاص، والأبحاث المرتبطة بالنظريات حول الشمس، القمر، الكواكب، المذنبات، النيازك، والسدم، وكذلك أبحاث تجهيز التلسكوبات والمختبرات.

قرب العام 1920، وعقب اكتشاف رسم هرتزبرونغ-راسل الذي استخدم كأساس لتصنيف النجوم وتطورها، تنبأ آرثر إدنغتون باكتشاف ميكانيكية الاندماج النووي في النجوم في ورقته البحثية «بنية النجوم الداخلية». ففي ذلك الوقت، كان مصدر الطاقة النجمية لغزا كاملا، وقد أصاب إدغتون حينما تنبأ بأن مصدر تلك الطاقة هوالاندماج النووي للهيدروجين وتحوله بذلك إلى الهيليوم، مطلقا بذلك طاقة هائلة يتم حسابها وفقا لمعادلة آينشتاين E = mc2. كان ذلك تطورا استثنائيا بشكل خاص، ففي ذلك الوقت لم يكن معروفا حتى الهيدروجين هوالمكون الرئيسي للاندماج النووي والطاقة الحرارية النووية وحتى النجوم.

خطت سيسيليا هيلينا باين عام 1925 أطروحة دكتوراة بكلية رادكليف قامت خلالها بتطبيق نظرية التأين على الأغلفة الجوية النجمية من أجل الربط بين التصنيفات الطيفية ودرجات حرارة النجوم. وبشكل أساسي، اكتشفت سيسيليا حتى الهيدروجين والهيليوم هما المكون الرئيسي للنجوم. وعلى الرغم من فرضية إدنغتون، لم يكن هذا الاكتشاف متسقطا، لدرجة حتى مراجعي أطروحتها أقنعوها بتعديل استنتاجاتها قبل النشر. لكن أبحاثا لاحقة أكدت صحة اكتشافها.

بنهاية القرن العشرين، اتسعت الدراسات الطيفية لتضم الأطوال الموجية التي تمتد من موجات الراديو، مرورا بأطوال الموجات المرئية، الأشعة السينية، وغاما. وفي القرن الواحد والعشرين اتسعت لتضم الرصد القائم على الموجات الثنطقية.

الفيزياء الفلكية الرصدية

صورة لبقايا المستعر الأعظم LMC N 63A، ملتقطة بواسطة أطوال موجية لأشعة سينية (اللون الأزرق)، ضوئية (اللون الأخضر)، وراديوية (اللون الأحمر). الوهج الأزرق للأشعة السينية ناتج عن مواد تصل درجة حرارتها إلىعشرة ملايين درجة مئوية بواسطة موجة صدمة ولدها انفجار المستعر الأعظم.

الفيزياء الفلكية الرصدية فرع من فهم الفلك يتعلق، على عكس الفيزياء الفلكية النظرية، بتسجيل البيانات، ويتعلق بشكل رئيسي باكتشاف آثار ملموسة وقابلة للقياس للنماذج الفيزيائية. فهوفهم يتعلق برصد ومراقبة الأجسام السماوية بواسطة التلسكوبات والمعدات الفلكية الأخرى. ويجرى معظم الرصد الخاص بالفيزياء الفلكية باستخدام الطيف الكهرومغناطيسي.

يدرس فهم الفلك الراديوي أشعة ذات طول موجي يزيد عن بضعة ملليمترات. ومن بين حقول دراسته موجات الراديو، والتي تنبعث عادة عن المواد الباردة مثل الغازات البين-نجمية وغمامات الغبار، إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، والذي ينتج عن الانزياح الأحمر لضوء الانفجار العظيم، النجوم النابضة، والتي تم اكتشافها لأول مرة عند ترددات الموجات الميكروية. بحاجة دراسة هذه الموجات إلى تلسكوبات راديوية كبيرة جدا.
يدرس فهم فلك الأشعة تحت الحمراء أشعة ذات طول موجي يزيد كثيرا عن طول الإشعاعات المرئية الموجي، ويقل عن الطول الموجي للأشعة الراديوية. تجرى عمليات الرصد لهذا الفرع في العادة باستخدام تلسكوبات مماثلة للتلسكوبات البصرية. وفي العادة يتم دراسة الأجسام الأكثر برودة من النجوم (مثل الكواكب) عبر الترددات تحت الحمراء.
فهم الفلك البصري هوأقدم أفرع فهم الفلك. ومعداته الأكثر شيوعا هي التلسكوبات المرتبطة بجهاز اقتران الشحنة أومطياف بصري. يعيق غلاف الأرض الجوي الرصد البصري بعض الشيء، ولذلك تستخدم البصريات التكيّفيّة والتلسكوبات الفضائية للحصول على أعلى جودة ممكنة للصور الملتقطة. في مجال الطول الموجي للأشعة المرئية تكون النجوم واضحة بشكل كبير، وبالإمكان رصد الكثير من الأطياف الكيميائية واستخدامها في دراسة الهجريب الكيميائي للنجومن المجرات، والسدم.
يدرس فهم فلك الأشعة فوق البنفسجية، السينية، وغاما عمليات عالية الطاقة مثل تلك الخاصة بالنباضات الثنائية، الثقوب السوداء، النجوم المغناطيسية، وغيرها. لا تخترق مثل هذه الأشعة غلاف الأرض الجوي بشكل جيد. وهناك طريقتان يتم استخدامهما لرصد هذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي وهي: التلسكوبات الفضائية، وتلسكوبات شيرنكوف الأرضية. من أمثلة النوع الأول من التلسكوبات مسبار روسي لتوقيت أشعة إكس (RXTE)، مرصد تشاندرا الفضائي للأشعة السينية، ومرصد كومبتون لأشعة غاما. ومن أمثلة النوع الثاني نظام التجسيم عالي الطاقة (H.E.S.S) وتلسكوبات شيرنكوف الرئيسية الأرضية لأشعة غاما (MAGIC).

فيما عدا الإشعاعات الكهرومغناطيسية، ثمة أشياء قليلة تنشأ بعيدا ويظل بإمكاننا رصدها من على سطح الأرض. من ضمنها بعض مراصد الموجات الثنطقية صعبة الرصد، ومراصد النيوترينوالتي بنيت خصيصا لدراسة شمسنا. كما يمكننا رصد الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدا عندما تصطدم بغلاف الأرض الجوي.

تختلف المراصد عن بعضها أيضا في مقياس الوقت. فمعظم المراصد البصرية تأخذ ما بين دقائق إلى ساعات، ولذلك فالظاهرة المرصودة التي تتبدل بسرعة تزيد عن ذلك لن يتم رصدها بسهولة. ومع ذلك، فهناك بيانات تاريخية مسجلة عن بعض الظواهر التي تمتد عبر قرون أوآلاف السنين. وعلى الجانب الآخر، يمكن حتى يقاس الزمن المستغرق في الرصد الراديوي بالملي ثانية (كنباض الملي ثانية) أوبجمع بيانات تم تسجيلها عبر سنوات (دراسات تباطؤ النباض). وتكون المعلومات المحصلة من مقاييس الزمن المتنوعة هذه مختلفة كثيرا عن بعضها البعض.

لدى دراسة شمسنا منزلة خاصة في الفيزياء الفلكية الرصدية. فنظرا إلى المسافة الهائلة التي تفصلنا عن باقي النجوم، فإن رصدنا للشمسقد يكون مفصلا بشكل لا يضاهيه رصدنا لأي نجم آخر. كما حتى فهمنا لنجمنا الخاص يعيننا على فهم النجوم الأخرى.

تتم نمذجة الكيفية التي تتغير أوتتطور بها النجوم في العادة بوضع أنواع النجوم المتنوعة في أماكنها المحدة في رسم هرتزبرونغ-راسل، وبذلك يتم تمثيل حالة الجسم النجمي من ولادته وحتى اندثاره.

الفيزياء الفلكية النظرية

تستخدم الفيزياء الفلكية النظرية قطاعا عريضا من الأدوات التي تتضمن نماذج تحليلية (كالنماذج البوليتروبية المستخدمة في تقريب سلوك أحد النجوم) ونماذج المحاكاة الحاسوبية العددية. ولكل من هذه الطرق مميزاته الخاصة. فالنماذج التحليلية مفضلة عموما في التقصي عن ما يحدث في قلب الحدث ذاته. وبإمكان النماذج الرقمية حتى تكشف عن وجود ظاهرة وعن التأثيرات التي لم تكن لتحدث لولاها.

انظر أيضاً

كثافة كونية
فهم كواكب خارج المجموعة الشمسية
التبخر الضوئي
شاول تيوكولسكي

المراجع

^ Keeler, James E. (November 1897), "The Importance of Astrophysical Research and the Relation of Astrophysics to the Other Physical Sciences", The Astrophysical Journal, 6, صفحات 271–288, Bibcode:1897ApJ.....6..271K, doi:10.1086/140401, [Astrophysics] is closely allied on the one hand to astronomy, of which it may properly be classed as a branch, and on the other hand to chemistry and physics.… It seeks to ascertain the nature of the heavenly bodies, rather than their positions or motions in space–what they are, rather than where they are.… That which is perhaps most characteristic of astrophysics is the special prominence which it gives to the study of radiation. CS1 maint: ref=harv (link)
^ "astrophysics". Merriam-Webster, Incorporated. مؤرشف من الأصل فيعشرة يونيو2011. اطلع عليه بتاريخ 22 مايو2011.
↑ "Focus Areas - NASA Science". nasa.gov. مؤرشف من الأصل في 16 مايو2017.
^ "astronomy". Encyclopædia Britannica. مؤرشف من الأصل فيعشرة مايو2015.
^ Lloyd, G.E.R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought. Cambridge: Cambridge University Press. صفحات 134–5. ISBN .
^ Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. صفحة 118.
^ Galilei, Galileo (1989-04-15), Van Helden, Albert (المحرر), Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, Chicago: University of Chicago Press (نشر 1989), صفحات 21, 47, ISBN CS1 maint: ref=harv (link)
^ Edward Slowik (2013) [2005]. "Descartes' Physics". موسوعة ستانفورد للفلسفة. مؤرشف من الأصل في 29 أبريل 2019. اطلع عليه بتاريخ 18 يوليو2015.
^ Westfall, Richard S. (1983-04-29), , Cambridge: Cambridge University Press (نشر 1980), صفحات 731–732, ISBN , مؤرشف من الأصل في 17 ديسمبر 2019 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Burtt, Edwin Arthur (2003) [First published 1924], (الطبعة second revised), Mineola, NY: Dover Publications, صفحات 30, 41, 241–2, ISBN , مؤرشف من الأصل فيخمسة سبتمبر 2019 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Ladislav Kvasz (2013). "Galileo, Descartes, and Newton – Founders of the Language of Physics" (PDF). Institute of Philosophy, الأكاديمية التشيكية للعلوم. اطلع عليه بتاريخ 18 يوليو2015. نسخة محفوظة 11 أغسطس 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Case, Stephen (2015), "'Land-marks of the universe': John Herschel against the background of positional astronomy", Annals of Science, 72, صفحات 417–434, Bibcode:2015AnSci..72..417C, doi:10.1080/00033790.2015.1034588, The great majority of astronomers working in the early nineteenth century were not interested in stars as physical objects. Far from being bodies with physical properties to be investigated, the stars were seen as markers measured in order to construct an accurate, detailed and precise background against which solar, lunar and planetary motions could be charted, primarily for terrestrial applications. CS1 maint: ref=harv (link)
^ Donnelly, Kevin (September 2014), "On the boredom of science: positional astronomy in the nineteenth century", The British Journal for the History of Science, 47, صفحات 479–503, doi:10.1017/S0007087413000915 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht", Annalen der Physik, 185 (2): 275–301, Bibcode:1860AnP...185..275K, doi:10.1002/andp.18601850205 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber die Fraunhofer'schen Linien", Annalen der Physik, 185 (1): 148–150, Bibcode:1860AnP...185..148K, doi:10.1002/andp.18601850115 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Cortie, A. L. (1921), "Sir Norman Lockyer, 1836 – 1920", The Astrophysical Journal, 53: 233–248, Bibcode:1921ApJ....53..233C, doi:10.1086/142602 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Jensen, William B. (2004), " (PDF), Journal of Chemical Education, 81, صفحات 944–945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021/ed081p944, مؤرشف من الأصل (PDF) في ثلاثة يونيو2016 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Hetherington, Norriss S.; McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R. (المحرر), , American Institute of Physics, Center for the History of Physics, مؤرشف من الأصل في September 7, 2015, اطلع عليه بتاريخ 19 يوليو2015 CS1 maint: ref=harv (link)
^ نطقب:List journal
^ Hale, George Ellery (1895), "The Astrophysical Journal", The Astrophysical Journal, 1, صفحات 80–84, Bibcode:1895ApJ.....1...80H, doi:10.1086/140011 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Eddington, A. S. (October 1920), "The Internal Constitution of the Stars", The Scientific Monthly, 11, صفحات 297–303, JSTOR 6491 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Eddington, A. S. (1916). "On the radiative equilibrium of the stars". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 77: 16–35. Bibcode:1916MNRAS..77...16E. doi:10.1093/mnras/77.1.16.
^ Roth, H. (1932), "A Slowly Contracting or Expanding Fluid Sphere and its Stability", فيزيكال ريفيو, 39, صفحات 525–529, Bibcode:1932PhRv...39..525R, doi:10.1103/PhysRev.39.525 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Eddington, A. S. (1988) [1926], Internal Constitution of the Stars, New York: Cambridge University Press, ISBN CS1 maint: ref=harv (link)