Astronomi – Hvad er det? Definition og nøglebegreber om universet

Oldtidens historie

De tidlige astronomer brugte kun deres øjne til at se på stjernerne. De lavede kort over stjernebilleder og stjerner af religiøse årsager og kalendere for at finde ud af, hvornår på året det var. Tidlige civilisationer som f.eks. mayaerne og de gamle egyptere byggede enkle observatorier og tegnede kort over stjernernes placering. De begyndte også at tænke over Jordens plads i universet. I lang tid troede man, at Jorden var universets centrum, og at planeterne, stjernerne og solen kredsede om Jorden. Dette er kendt som geocentrisme. Astronomi kommer af græsk astron (ἄστρον), der betyder "stjerne", og nomos (nόμος), der betyder "lov")

De gamle grækere forsøgte at forklare solens og stjernernes bevægelser ved at foretage målinger. En matematiker ved navn Eratosthenes var den første, der målte Jordens størrelse og beviste, at Jorden er en kugle. En anden matematiker ved navn Aristarchus fremsatte en teori om, at solen er centrum, og at jorden bevæger sig rundt om den. Dette er kendt som heliocentrisme. Kun få mennesker mente, at den var rigtig. Resten fortsatte med at tro på den geocentriske model. De fleste af navnene på stjernebilleder og stjerner stammer fra grækerne fra den tid.

Arabiske astronomer gjorde mange fremskridt i middelalderen, herunder forbedrede stjernekort og metoder til at vurdere Jordens størrelse. De lærte også af de gamle ved at oversætte græske bøger til arabisk.

Fra renæssance til moderne tid

I renæssancen troede en præst ved navn Nicolaus Copernicus, at jorden ikke var centrum for alting, da han så på planeternes bevægelser. På baggrund af tidligere værker sagde han, at Jorden var en planet, og at alle planeterne bevægede sig rundt om solen. Dette bragte den gamle idé om heliocentrisme tilbage. Galileo Galilei byggede sine egne teleskoper og brugte dem til at se nærmere på stjernerne og planeterne for første gang. Han var enig med Kopernikus. Den katolske kirke mente, at Galileo tog fejl. Han tilbragte resten af sit liv i husarrest. De heliocentriske idéer blev snart forbedret af Johannes Kepler og Isaac Newton, som opfandt teorien om tyngdekraften.

Efter Galilei lavede man bedre teleskoper og brugte dem til at se fjernere objekter som planeterne Uranus og Neptun. De så også, at stjerner lignede vores sol, men i forskellige farver og størrelser. De så også tusindvis af andre fjerne objekter som f.eks. galakser og stjernetåger.

Moderne æra

I det 20. århundrede efter 1920 skete der store ændringer i astronomien.

I begyndelsen af 1920'erne begyndte man at acceptere, at den galakse, som vi lever i, Mælkevejen, ikke er den eneste galakse. Eksistensen af andre galakser blev fastslået af Edwin Hubble, som identificerede Andromedanæbelen som en anden galakse. Det var også Hubble, der beviste, at universet udvider sig. Der var mange andre galakser på store afstande, og de er på tilbagetog, de bevæger sig væk fra vores galakse. Det var helt uventet.

I 1931 opdagede Karl Jansky radiostråling uden for Jorden, da han forsøgte at isolere en støjkilde i radiokommunikation, hvilket markerede radioastronomiens fødsel og de første forsøg på at bruge en anden del af det elektromagnetiske spektrum til at observere himlen. De dele af det elektromagnetiske spektrum, som atmosfæren ikke blokerede, blev nu åbnet for astronomien, hvilket gjorde det muligt at gøre flere opdagelser.

Åbningen af dette nye vindue til universet førte til opdagelsen af helt nye ting, f.eks. pulsarer, som sendte regelmæssige pulser af radiobølger ud i rummet. Man troede først, at bølgerne var af fremmed oprindelse, fordi pulserne var så regelmæssige, at det tydede på, at der var tale om en kunstig kilde.

I perioden efter 2. verdenskrig opstod der flere observatorier, hvor store og præcise teleskoper blev bygget og drevet på gode observationssteder, normalt af regeringer. Bernard Lovell begyndte f.eks. radioastronomi på Jodrell Bank ved hjælp af overskudsmateriel fra militærets radarudstyr. I 1957 havde stedet det største styrbare radioteleskop i verden. I slutningen af 1960'erne begyndte man ligeledes at opføre observatorier på Mauna Kea på Hawaii, som er et godt sted for synlige og infrarøde teleskoper på grund af den store højde og den klare himmel.

Den næste store revolution inden for astronomi var takket være raketflyvningens fødsel. Det gjorde det muligt at placere teleskoper i rummet på satellitter.

Rumteleskoper gav for første gang i historien adgang til hele det elektromagnetiske spektrum, herunder stråler, som tidligere var blokeret af atmosfæren. Røntgenstråler, gammastråler, ultraviolet lys og dele af det infrarøde spektrum blev alle åbnet for astronomien, efterhånden som observationsteleskoper blev opsendt. Som med andre dele af spektret blev der gjort nye opdagelser.

Fra 1970'erne blev der opsendt satellitter, som blev erstattet af mere præcise og bedre satellitter, hvilket gjorde det muligt at kortlægge himlen i næsten alle dele af det elektromagnetiske spektrum.

Der findes to typer opdagelser: organer og fænomener. Kroppe er ting i universet, hvad enten det er en planet som vores jord eller en galakse som Mælkevejen. Fænomener er begivenheder og hændelser i universet.

Organer

For nemheds skyld er dette afsnit opdelt efter, hvor disse astronomiske legemer findes: de, der findes omkring stjerner, er sollegemer, de, der findes i galakser, er galaktiske legemer, og alt andet større er kosmiske legemer.

Solar

• Planeter
• Asteroider
• Kometer

Galaktisk

• Stjerner

Diffuse objekter:

• Nebulaer
• Klynger

Kompakte stjerner:

• Hvide dværgstjerner
• Neutronstjerner
• Sorte huller

Kosmisk

• Galakser
• Galaktiske klynger
• Superklumper

Fænomener

Udbrudshændelser er begivenheder, hvor der sker en pludselig forandring på himlen, som hurtigt forsvinder. De kaldes "bursts", fordi de normalt er forbundet med store eksplosioner, der producerer et "burst" af energi. De omfatter:

• Supernovaer
• Novas

Periodiske begivenheder er begivenheder, der sker regelmæssigt på en gentagende måde. Navnet periodisk kommer af perioden, som er den tid, det tager en bølge at gennemføre en cyklus. Periodiske fænomener omfatter:

• Pulsarer
• Variable stjerner

Støjfænomener har en tendens til at vedrøre ting, der er sket for længe siden. Signalet fra disse begivenheder hopper rundt i universet, indtil det ser ud til at komme fra alle steder og varierer kun lidt i intensitet. På den måde er det "støj", det baggrundssignal, som gennemsyrer alle instrumenter, der anvendes til astronomi. Det mest almindelige eksempel på støj er statisk støj, som man ser på analoge fjernsyn. Det vigtigste astronomiske eksempel er: kosmisk baggrundsstråling.

Instrumenter

• Teleskoper er det vigtigste værktøj til observation. De tager alt lyset fra et stort område og sender det ind i et lille område. Det svarer til at gøre dine øjne meget store og kraftfulde. Astronomer bruger teleskoper til at se på ting, der er langt væk og svagt synlige. Teleskoper får objekter til at se større, tættere og lysere ud.
• Spektrometre undersøger de forskellige bølgelængder af lys. Det viser, hvad noget er lavet af.
• Mange teleskoper befinder sig i satellitter. De er rumobservatorier. Jordens atmosfære blokerer nogle dele af det elektromagnetiske spektrum, men særlige teleskoper over atmosfæren kan registrere den pågældende stråling.
• Radioastronomi bruger radioteleskoper. Aperture synthesis kombinerer mindre teleskoper til et phased array, som fungerer som et teleskop, der er lige så stort som afstanden mellem de mindre teleskoper.

Teknikker

Der er måder, hvorpå astronomer kan få bedre billeder af himmelen. Lyset fra en fjern kilde når en sensor og bliver målt, normalt af et menneskeøje eller et kamera. For meget svage kilder er der måske ikke nok lyspartikler, der kommer fra kilden til, at den kan ses. En teknik, som astronomer har til at gøre det synligt, er at bruge integration (som svarer til længere eksponeringer i fotografering).

Integration

Astronomiske kilder bevæger sig ikke meget: kun Jordens rotation og bevægelse får dem til at bevæge sig over himlen. Efterhånden som lyspartiklerne når kameraet over tid, rammer de det samme sted, hvilket gør det lysere og mere synligt end baggrunden, indtil det kan ses.

Teleskoper på de fleste observatorier (og satellitinstrumenter) kan normalt følge en kilde, mens den bevæger sig hen over himlen, hvilket får stjernen til at se stille ud for teleskopet og giver mulighed for længere eksponeringer. Desuden kan billederne tages på forskellige nætter, så eksponeringerne strækker sig over timer, dage eller endda måneder. I den digitale tidsalder kan digitaliserede billeder af himlen lægges sammen af en computer, som lægger billederne over hinanden efter at have korrigeret for bevægelser.

Adaptiv optik

Adaptiv optik betyder, at man ændrer spejlets eller linsens form, mens man ser på noget, så man ser det bedre.

Analyse af data

Dataanalyse er processen med at få mere information ud af en astronomisk observation end blot ved at se på den. Observationen lagres først som data. Derefter anvendes der forskellige teknikker til at analysere disse data.

Fourier-analyse

Fourier-analyse i matematik kan vise, om en observation (over en længere periode) ændrer sig periodisk (ændrer sig som en bølge). Hvis det er tilfældet, kan den udtrække frekvenserne og bølgemønstret og finde mange ting, herunder nye planeter.

Pulsarer pulserer regelmæssigt i radiobølger. Det viste sig, at de ligner nogle (men ikke alle) af en type lysstærke kilder i røntgenstråler, der kaldes en binær røntgenkugle med lav masse. Det viste sig, at alle pulsarer og nogle LMXB'er er neutronstjerner, og at forskellene skyldtes det miljø, som neutronstjernen befandt sig i. De LMXB'er, som ikke var neutronstjerner, viste sig at være sorte huller.

Dette afsnit forsøger at give et overblik over de vigtige områder inden for astronomi.

Astronomi i solen

Solastronomi er studiet af Solen. Solen er den tætteste stjerne på Jorden på ca. 92 millioner (92.000.000) miles afstand. Den er den nemmeste at observere i detaljer. Ved at observere Solen kan man hjælpe os med at forstå, hvordan andre stjerner fungerer og bliver dannet. Ændringer i Solen kan påvirke vejret og klimaet på Jorden. En strøm af ladede partikler kaldet solvinden sendes konstant af sted fra Solen. Solvinden, der rammer Jordens magnetfelt, forårsager nordlyset.

Planetarisk astronomi

Planetarisk astronomi er studiet af planeter, måner, dværgplaneter, kometer og asteroider samt andre små objekter, der kredser om stjerner. Planeterne i vores eget solsystem er blevet undersøgt indgående af mange besøgende rumfartøjer såsom Cassini-Huygens (Saturn) og Voyager 1 og 2.

Galaktisk astronomi

Galaktisk astronomi er studiet af fjerntliggende galakser. Studiet af fjerne galakser er en god måde at lære mere om vores egen galakse på, da gasserne og stjernerne i vores egen galakse gør det vanskeligt at observere den. Galaktiske astronomer forsøger at forstå galaksernes struktur og hvordan de dannes ved hjælp af forskellige typer teleskoper og computersimuleringer.

Astronomi med gravitationsbølger

Gravitationsbølgeastronomi er studiet af universet i gravitationsbølgespektret. Hidtil har al den astronomi, der er blevet udført, brugt det elektromagnetiske spektrum. Gravitationsbølger er krusninger i rumtiden, der udsendes af meget tætte objekter, som ændrer form, herunder hvide dværge, neutronstjerner og sorte huller. Da ingen har været i stand til at registrere gravitationsbølger direkte, har gravitationsbølgeastronomien kun haft begrænset betydning.