معلومات عن تخصص الفيزياء الفلكية

ما هو تخصص الفيزياء وعلم الفلك

يعد علم الفيزياء الفلكية فرعا من فروع علوم الفضاء، حيث يتم استخدام القوانين الخاصة بالفيزياء والكيمياء لتفسير وفهم ولادة وحياة وموت النجوم والكواكب والمجرات والسدم والكون. ويتألف هذا العلم من فرعين، هما علم الكونيات وعلم الفلك، ويعتبر من فروع الفيزياء الفلكية.

يتضمن حل تخصصات الفيزياء وعلم الفلك الجوانب التالية: تتعامل الدورة التدريبية مع بعض الأسئلة الأساسية حول الكون، مثل كيف بدأ الكون وكيف تشكل وكيف يعمل. وهدفها الرئيسي هو محاولة العثور على إجابات لهذه الأسئلة المثيرة للاهتمام. تعتبر الدورة درجة علمية في الفيزياء وعلم الفلك تساعد الطلاب على فهم العلاقة بين قوانين فيزياء الكون وتطبيقها على مقاييس زمنية ومكانية مختلفة. فعلى سبيل المثال، تدرس علم الكونيات أصل وتطور ومصير الكون، بينما يركز علم الفلك الفيزيائي على النجوم الملؤها. وعلم الفلك هو دراسة الكواكب المجاورة لنا.

وعلى الرغم من التركيز الكبير في التخصصات الأخرى، تركز فيزياء الجسيمات وتكنولوجيا النانو وفيزياء المادة المكثفة على مجالات الذرات والجزيئات الصغيرة، ويتم ذلك من خلال دراسة فيزياء المواد بشكل أساسي رغم تنوعها المدهش، ومع ذلك فإنها تحتوي على محتوى نظري وتجريبي.

وكما توقعت من هذا التنوع، فإن فروع معينة من الفيزياء مثل فيزياء الطاقة النووية والفيزياء الطبية مرتبطة بشكل وثيق بالتطبيقات في الصناعة والمجتمع، ويتاح العديد من درجات الفيزياء وعلم الفلك للدراسة.

والمعني الدقيق لها هو دراسة علم الفلك الوضعية واللمعان والحركة ، وخصائص أخرى حيث يقوم علم الفيزياء الفلكية بتطوير نظرية فيزيائية للبنية الصغيرة والمتوسطة للكون ، في حين يتم على نطاق واسع بحث الكون نظريا وتجريبيا عن الهيكل الأكبر والكون بأكمله ، لذا فإن هذه المجالات مترابطة. عندما يتم سؤال علماء الفلك عن مكان أو نوع السديم ، فإنهم قد يجيبون عن الطبيعة وتكوين السديم أولا ، بينما يستخدم علماء الفيزياء الفلكية البيانات المناسبة حول تكوين الكون. جميع هذه القضايا مرتبطة بالفيزياء الفلكية

نيوتن و الفيزياء الفلكية

يسعى علماء الفيزياء الفلكية إلى فهم الكون، وفقًا لموقع ناسا على الإنترنت، حيث يهدف العلماء في وكالة ناسا إلى “اكتشاف كيف يعمل الكون واستكشاف كيفية نشأته وتطوره، والبحث عن الحياة على الكواكب حول النجوم الأخرى

على الرغم من أن علم الفلك يعتبر أحد أقدم العلوم، قدم إسحاق نيوتن نظريته الفيزيائية الفلكية، حيث استخدم علماء الفلك نماذج رياضية معقدة لا تمتلك أساسا ماديا لوصف حركة الأجرام السماوية. أظهر نيوتن أن النظرية تشرح حركة الأقمار الصناعية والكواكب في الفضاء، وكذلك حركة قذائف المدفعية على الأرض. وقد قدم هذا دليلا صادما يشير إلى أن السماء والأرض تخضعان لنفس قوانين الفيزياء.

ولكن ربما يكون الاختلاف الأكثر وضوحًا بين نموذج نيوتن والنماذج السابقة هو أنه تنبئي وصفي و بناءً على انحراف مدار أورانوس ، توقع علماء الفلك موقع كوكب جديد ، ثم رصدوا وأطلقوا عليه اسم نبتون وهذه التنبؤية والوصفية هي السمات المميزة للعلم الناضج ، و تندرج الفيزياء الفلكية في هذه الفئة.

معالم في الفيزياء الفلكية

نظرًا لأن الطريقة الوحيدة التي نتفاعل بها مع الأشياء البعيدة هي من خلال مراقبة الإشعاع المنبعث منها ، فإن العديد من الفيزياء الفلكية مرتبطة بالنظريات التي تشرح آلية إنتاج الإشعاع ، وتقدم أفكارًا حول كيفية استخراج معظم المعلومات منها حيث ظهرت الأفكار الأولى حول خصائص النجوم في منتصف القرن التاسع عشر ، عندما كانت الطفرة ناتجة عن التحليل الطيفي ، مما يعني مراقبة الترددات المحددة للضوء الذي تمتصه وتنبعث منه مواد معينة عند تسخينها و من خلال توجيه واختبار النظريات الجديدة ، لا يزال التحليل الطيفي ضروريًا لعلوم الفضاء الثلاثة.

أظهر التحليل الطيفي المبكر أول دليل على وجود المواد التي توجد على سطح الأرض في بعض النجوم، وأن بعض السدم عبارة عن غازات خالصة، في حين أن البعض الآخر يحتوي على نجوم في وقت لاحق. وأكد هذا الأمر فكرة أن بعض السدم الكونية ليست سدمًا على الإطلاق، بل هي مجرات أخرى.

في أوائل العشرينيات من القرن الماضي، استخدمت سيسيليا باين مقياس الطيف لاكتشاف أن النجوم هي في الأساس هيدروجين (على الأقل حتى تصبح قديمة) حيث يسمح طيف النجوم أيضا لعلماء الفيزياء الفلكية بتحديد سرعة حركة النجوم باتجاه الأرض أو بعيدا عنها، ومثلما يختلف صوت السيارة وهي تتجه نحونا أو تبتعد عنا، فإن طيف النجوم سيتغير أيضا بنفس الطريقة بسبب تأثير انزياح دوبلر. وفي الثلاثينيات من القرن الماضي، من خلال الجمع بين تأثير دوبلر ونظرية آينشتاين العامة للنسبية، قدم إدوين هابل دليلا قويا على أن الكون يتمدد، وهذا ما تنبأت به نظرية آينشتاين أيضا، وشكلوا معا أساس نظرية الانفجار العظيم.

في منتصف القرن التاسع عشر أيضا ، تنبأ الفيزيائيان اللورد كلفن (ويليام طومسون) وجوستاف فون هيلمهولتز بأن انهيار الجاذبية يمكن أن يوفر الطاقة للشمس ، لكنهم أدركوا في النهاية أن الطاقة المولدة بهذه الطريقة يمكن أن تستمر لمدة 100000 عام فقط. وبعد خمسين عاما ، أصبحت E = mc² معادلة آينشتاين الشهيرة ، حيث قدمت علماء الفيزياء الفلكية أول دليل على مصدر الطاقة الحقيقي (على الرغم من أن الانهيار الثقالي يلعب دورا مهما) مع تطور الفيزياء النووية وميكانيكا الكم وفيزياء الجسيمات في النصف الأول من القرن العشرين. أصبح من الممكن تقديم نظريات حول كيفية توفير النجوم بالطاقة من خلال الاندماج النووي ، حيث تشرح هذه النظريات كيف يتم تكوين النجوم وكيف يعيشون ويموتون وتفسر بنجاح توزيع النجوم المرصودة والأطياف واللمعان والعمر وغيرها من الخصائص.

علم الفلك الفيزيائي هو دراسة النجوم والأجرام البعيدة الأخرى في الكون، ولكنه أيضا يتعامل مع مكونات قريبة من مصدرها. ووفقا لنظرية الانفجار العظيم، فإن النجوم الأولية كانت تتألف بشكل أساسي من الهيدروجين، وتتم عملية الاندماج النووي التي تحطم ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم الأثقل. وفي عام 1957، قدم فريق من علماء الفلك، بما في ذلك جيفري ومارجريت بوربيدج وويليام ألفريد فاولر وفريد هويل، كيفية إنتاج العناصر الأثقل والأكثر تعقيدا مع تطور النجوم ونقلها إلى الأجيال اللاحقة من النجوم. ويزداد العدد تدريجيا مع إنتاج العناصر المكونة للأرض في مراحل نهاية حياة النجوم الحديثة، مثل الحديد بنسبة 32.1٪، والأكسجين بنسبة 30.1٪، والسيليكون بنسبة 15.1٪، ومن بين هذه العناصر الكربون، الذي يشكل جزءا كبيرا من الكائنات الحية بالاشتراك مع الأكسجين، بما في ذلك نحن. لذلك، يعلمنا علم الفلك الفيزيائي أننا، على الرغم من أننا لسنا جميعا نجوما، إلا أننا جميعا مصدرنا هو غبار النجوم.

كيف تصبح عالما في الفيزياء الفلكية

يتطلب أن تصبح عالمًا في الفيزياء الفلكية سنوات من المراقبة والتدريب والعمل ومع ذلك ، يمكنك الانضمام إلى نادي علم الفلك ، والمشاركة في أحداث علم الفلك المحلية ، وأخذ دورات مجانية عبر الإنترنت في علم الفلك والفيزياء الفلكية ، ومتابعة آخر الأخبار في هذا المجال على مواقع مثل الفضاء ، حتى بدءًا من المدرسة الابتدائية والثانوية.

يجب على الطلاب في الجامعات السعي للحصول على درجة الدكتوراه في الفيزياء الفلكية ومن ثم العمل في وظائف ما بعد الدكتوراه في هذا المجال، حيث يُمكن لعلماء الفيزياء الفلكية العمل في مؤسسات حكومية ومختبرات جامعية وأحيانًا في المنظمات الخاصة.