دراسة علم الفلك

يُعتبر علم الفلكفرعًا من العلوم الطبيعية الذي يدرس جميع عناصر الكون بما في ذلك:

1. المجرات
2. الكواكب
3. الأجرام السماوية
4. النظام الشمسي
5. ظواهر الفضاء الخارجي
6. المذنبات
7. النجوم

وتشمل التخصصات الفرعية الرئيسية الفيزياء الفلكية وعلم الكون الفيزيائي وعلم الفلك الشمسي وعلم الكواكب وعلم الفلك النجم .

علم الفلك

علم الفلك هو واحد من أقدم العلوم الإنسانية، وهدفه الرئيسي هو دراسة السماء واستكشاف ما نراه في الكون. يستمتع هواة علم الفلك الرصدي بمراقبة السماء، وهو أول نوع من علم الفلك الذي عرفه البشر. هناك الملايين من الأشخاص في العالم ينظرون باستمرار من حدائقهم الخلفية أو بواسطة الميكروسكوبات الشخصية. ومعظمهم ليسوا مدربين على العلوم، ولكنهم يستمتعون بالنظر إلى النجوم. ومع ذلك، هناك أشخاص يتلقون تدريبا لكسب رزقهم من خلال ممارسة علم الفلك .

نطاق علم الفلك

منذ أواخر القرن التاسع عشر توسع علم الفلك ليشمل الفيزياء الفلكية ، وتطبيق المعرفة الفيزيائية والكيميائية لفهم طبيعة الأجرام السماوية والعمليات الفيزيائية التي تتحكم في تكوينها وتطورها وانبعاثها للإشعاع بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت الغازات وجزيئات الغبار حول النجوم وبينها موضوعا لكثير من الأبحاث .

أظهرت دراسة التفاعلات النووية التي توفر الطاقة التي تشعها النجوم كيف يمكن استنتاج تنوع الذرات الموجودة في الطبيعة من كون يتكون بعد الدقائق الأولى فقط من الهيدروجين والهيليوم ويتبعه الليثيوم. يهتم علم الكون بالظواهر على نطاق واسع، ويدرس تطور الكون وتحول علم الفيزياء الفلكية إلى علم الكونيات من نشاط مضاربي بحت إلى علم حديث يمكن اختبار تنبؤاته .

على الرغم من أوجه تقدمه العظيمة  لا يزال علم الفلك يخضع لقيود رئيسية فهو بطبيعته علم ملاحظات وليس علم تجريبي ، يجب  إجراء جميع القياسات تقريبا على مسافات بعيدة عن الأشياء محل الاهتمام ، مع عدم التحكم في كميات مثل درجة الحرارة أو الضغط أو التركيب الكيميائي هناك بعض الاستثناءات لهذا التحديد ، وهي النيازك (معظمها من حزام الكويكبات ، على الرغم من أن بعضها من القمر أو المريخ) ، وعينات الصخور والتربة التي أعيدت من القمر ، وعينات من مذنب وغبار الكويكبات التي اعادتها المركبات الفضائية الروبوتية وجزيئات الغبار بين الكواكب التي تم جمعها في الستراتوسفير أو فوقها .

يمكن فحصها باستخدام تقنيات مخبرية لتوفير معلومات لا يمكن الحصول عليها بأي طريقة أخرى. في المستقبل ، قد تقوم البعثات الفضائية بإعادة المواد السطحية من المريخ  أو أجسام أخرى ، ولكن يبدو أن الكثير من علم الفلك يقتصر على عمليات المراقبة الأرضية المدعومة بملاحظات من الأقمار الصناعية المدارية ومسبارات الفضاء بعيدة المدى وتكملها النظرية .

فروع علم الفلك

الفيزياء الفلكية

يتعامل فرع علم الفلك الذي يتعامل مع فيزياء الكون، بما في ذلك السمات الفيزيائية للأجرام السماوية، وكذلك تفاعلاتها وسلوكها، ويشمل التخصص الفرعي للفيزياء الفلكية النظرية عدة مجالات

• كائنات مدمجة : يتم دراسة مادة كثيفة للغاية في الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية وتأثيراتها على البيئات، بما في ذلك التراكم .
• علم الكونيات الفيزيائي : أصل وتطور الكون بأكمله ودراسة علم الكونيات هي الفيزياء الفلكية النظرية على نطاق واسع .
• علم الفلك المجري : يتعامل مع هيكل ومكونات مجرتنا والمجرات الأخرى .
• الفيزياء الفلكية عالية الطاقة : يدرس الظواهر التي تحدث في طاقات عالية، بما في ذلك نوى المجرة النشطة والمستعرات الأعظمية وانفجارات أشعة غاما والكوازارات والصدمات .
• الفيزياء الفلكية بين النجوم : دراسة الفضاء الوسط بين النجوم والفضاء الوسط بين المجرات والغبار .
• علم الفلك خارج المجرة : يتضمن النشاط دراسة الأجسام خارج مجرتنا، وخاصة تكوين وتطور المجرة .
• علم الفلك النجمي : تتعلق هذه بتشكيل النجوم، والخصائص الفيزيائية لها، وعمر التسلسل الرئيسي، والتباين، والتطور النجمي والانقراض .
• الفيزياء الفلكية في البلازما : يدرس خصائص البلازما في الفضاء الخارجي .
• الفيزياء الفلكية النسبية: يدرس آثار النسبية الخاصة والنسبية العامة في السياقات الفيزيائية الفلكية، بما في ذلك موجات الجاذبية، والعدسات الثقالية والثقوب السوداء .
• الفيزياء الشمسية: تتفاعل الشمس مع باقي النظام الشمسي والفضاء النجمي .

علوم الكواكب

علم الكواكب هو فرع يهتم بدراسة كواكب النظام الشمسي، وتشمل التخصصات الفرعية لعلوم الكواكب ما يلي:

• علوم الغلاف الجوي: دراسة الأجواء والطقس.
• الكواكب الخارجية: دراسة الكواكب المختلفة خارج النظام الشمسي .
• تشكيل الكواكب: دراسة تشكيل الكواكب والأقمار في سياق تشكيل وتطور النظام الشمسي .
• حلقات الكواكب: دراسة ديناميات واستقرار وتكوين الحلقات الكوكبية .
• الغلاف المغناطيسي:  دراسة المجالات المغناطيسية للكواكب والأقمار .
• أسطح الكواكب: دراسة الجيولوجيا السطحية للكواكب والأقمار .
• الداخلية الكواكب:  دراسة التركيب الداخلي للكواكب والأقمار .
• أجسام النظام الشمسي الصغيرة: دراسة الأجسام الصغيرة المرتبطة بالجاذبية، مثل الكويكبات والمذنبات وأجسام حزام كويبر .

علم الفلك الرصدي

يتم مراقبة الأجرام السماوية باستخدلا مجموعة من الأجهزة الفلكية، بما في ذلك التلسكوبات، وتخصصات فرعية داخل علم الفلك الرصدي. ويتم تحديد مواصفات الأجهزة المستخدمة في هذا المجال عادةً بناءً على طبيعة المهمة المراد تنفيذها

علم الفلك الراديوي

تم اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروويفي، الذي يعتبر دليلاً على نظرية الانفجار الكبير، عن طريق تحليل الأجسام السماوية باستخدام ترددات الراديو، وذلك عندما تزيد الترددات عن ٣٠٠ ميكرومتر .

علم الفلك ما دون المليمتري

  هو العلم الذي يجرى باستخدام أطوال موجية أقل من المليمتر، أي إشعاع تيراهيرتز من الطيف الكهرومغناطيسي بين 200 ميكرومتر و 1 مم، وتستخدم الملاحظات عن هذه الأطوال الموجية لتحديد آليات تكوين وتطور المجرات، وأيضًا عملية تكوين النجوم من الانهيار المبكر إلى الولادة النجمية .

علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء

 تقوم دراسة الأشعة تحت الحمراء والطاقة الحرارية المنبعثة من الأجسام في الكون، والتي تتراوح ما بين 0.7-350 ميكرومتر، بالكشف عن العديد من الأشياء في الكون التي تكون باردة وخافتة، والتي لا يمكن اكتشافها بالضوء المرئي، وذلك باستخدام الأشعة تحت الحمراء .

يساعد في دراسة تطور المجرات في المراحل المبكرة من تاريخ الكون، نتيجة للانفجار العظيم الذي حدث في بداية وجود الكون. ويتوسع الكون وتتحرك معظم المجرات فيه بعيدًا عن بعضها البعض .

علم الفلك البصري

يشمل تلك المجموعة عددًا واسعًا من الملاحظات التي يتم جمعها باستخدام التلسكوبات الحساسة في نطاق المرئي (التلسكوبات البصرية).

علم الفلك بالأشعة السينية

تتناول الدراسة رصد الأشعة السينية والكشف عنها من الأجسام الفلكية بموجات تتراوح بين 0.01-10 نانومتر، حيث يتم امتصاص الأشعة السينية بواسطة الغلاف الجوي، وبالتالي يجب رفع أجهزة الكشف عن الأشعة السينية إلى ارتفاعات عالية باستخدام البالونات والصواريخ الصوتية والأقمار الصناعية .

علم الفلك بأشعة جاما

الملاحظة الفلكية لأشعة جاما أقل من 0.01 نانومتر حيث تجمع مقاريب أشعة جاما وتقيس أشعة جاما الفردية عالية الطاقة من مصادر الفيزياء الفلكية ، يمتصها الغلاف الجوي مما يتطلب إجراء عمليات المراقبة بواسطة بعثات فضائية ، يمكن توليد أشعة جاما عن طريق المستعرات الأعظمية والنجوم النيوترونية والنجوم النابضة والثقوب السوداء .

تم الكشف عن انفجارات أشعة جاما ذات طاقات عالية جدًا، ولكن لم يتم تحديد سببها بعد .
تنتج أشعة غاما في نطاق MeV في التوهجات الشمسية، لكن لا يتمإنتاج أشعة غاما في نطاق GeV في نظامنا الشمسي، وتكون هذه الأشعة مهمة في دراسة المجرات الخارجية وعلم الفلك خارج مجموعتنا الشمسية.

يهتم علم الفلك الإشعاعي الكوني بالأشعة الكونية، والتي تشمل البلازما، وهي إشعاعات عالية الطاقة تنشأ خارج النظام الشمسي بشكل رئيسي.

علم الفلك الشعاعي الكوني

يهتم بدراسة  الأشعة الكونية بما في ذلك البلازما والأشعة الكونية هي إشعاعات عالية الطاقة للغاية ، تنشأ بشكل رئيسي خارج النظام الشمسي. قد ينتجوا زخات من الجسيمات الثانوية التي تخترق وتؤثر على الغلاف الجوي للأرض وحتى تصل في بعض الأحيان إلى السطح ، وتتكون بشكل أساسي من بروتونات عالية الطاقة ونواة ذرية وهي ذات أصل غامض .

تجذب الأشعة الكونية اهتماما كبيرا عمليا ، نظرا للضرر الذي تلحقه بالإلكترونيات الدقيقة والحياة خارج حماية الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي ، وبشكل علمي نظرا لأن طاقات أشعة الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة (UHECRs) قد لوحظت للاقتراب من 3 × 1020 eV ، حوالي 40 مليون مرة طاقة الجسيمات المعجلة بواسطة مصادم هادرون الكبير .

علم الفلك النيوتريني

 يتم مراقبة الأجسام الفلكية باستخدام أجهزة كشف النيوترينو في مراصد خاصة، حيث يتم إنتاج النيوترينوات نتيجة للاضمحلال الإشعاعي لأنواع محددة من العناصر، أو التفاعلات النووية مثل تلك التي تحدث في الشمس، أو في المفاعلات النووية، أو عندما تصطدم الأشعة الكونية بالذرات .

هدف هذا المشروع إلى استخدام موجات الجاذبية في جمع البيانات المتعلقة بالأشياء مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء، والأحداث الكبرى مثل المستعرات الأعظمية، والعمليات بما في ذلك تلك التي تحدث في الكون المبكر بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم .