5. Teorijska astronomija

Teorijska astronomija koristi širok spektar alata koji uključuje analitičke modele i kompjutersko-numeričke simulacije. Svaka od ovih modela ima svoje prednosti i mane. Analitički modeli proseca generalno su najbolji za uvid u suštinu onoga šta se dešava. Numerički modeli mogu otkriti postojanje fenomena i efekata koji na drugi način ne mogu da se vide. Teoretičari u astronomiji nastoje da stvore teorijske modele i slike iz posmatračkih rezultata ovih modela. Ovo pomaže posmatračima da traže podatke koji mogu da pobiju model ili da pomognu u odabiru između nekoliko alternativnih ili konfliktnih modela. Teoretičari takođe pokušavaju da stvore ili modifikuju modele uzimajući u proračun nove podatke. U ovom slučaju nedoslednosti, osnovna tendencija je da se pokuša sa pravljenjem minimalnih modifikacija modela kako bi odgovarao dobijenim podacima. U nekim slučajevima, velika količina nedoslednih podataka vremenom može dovesti do potpunog nipodaštavanja modela. Teme kojima se bave teoretičari u astronomiji su: zvezdana dinamika i evolucija, formiranje galaksija, strukture materije velikih razmera u svemiru, poreklo kosmičkog zračenja, generalna relativnost i fizička kosmologija,...

Tamna materija i tamna energija su trenutno vodeće teme u astronomiji. Njihovo otkriće i rasprava su nastali za vreme proučavanja galaksija.

6. Podpolja astronomije za specifične astronomske objekte

Kao i u drugim naukama i u astronomiji postoje podpolja istraživanja. Ona se odnose na specifične objekte u svemiru koji su velikom broju astronoma interesantni za proučavanje i na čijim istraživanjima su uključeni. To su:

1. Astronomija Sunca
2. Astronomija planeta
3. Astronomija zvezda
4. Astronomija galaksije (Mlečnog puta)
5. Astronomija ekstragalaksija
6. Kosmologija

6.1. Astronomija Sunca

Slika 6. Ultravioletna slika Sunca

Na udaljenosti od oko osam svetlosnih minuta (144∙106 km), nalazi se najčešće proučavana zvezda Sunce, tipična patuljasta zvezda glavnog niza zvezdane klase G2V. Sunce nije promenljiva zvezda, ali ne podleže periodičnim promenama u aktivnosti poznatim kao ciklusi sunčevih pega. To je 11-o godišnja fluktuacija u broju sunčevih pega. Sunčeve pege su regioni ispod prosečne temperature koji su povezani sa intezitetom magnetne aktivnosti.

Sunce je vremenom stabilno povećavalo svoju luminoznost, povećavalo se za 40% od vremena kad je postala zvezda glavnog niza. Sunce je takođe podvrgnuto periodičnim promenama u luminoznosti koje mogu imati značajan uticaj na Zemlju. Za Maunderov minimum, na primer, veruje se da je prouzrokovao mini ledeno doba u Srednjem veku.

Vidljiva spoljna površina Sunca se zove fotosfera. Iznad ovog sloja nalazi se tanak region poznat je kao hromosfera. Ovo je okruženo prelaznim regionima naglo povećanih temperatura, a zatim i super-zagrejanom koronom.

U centru Sunca je jezgro, masa dovoljno visoke temperature i pritiska za odigravanje nuklearne fuzije. Iznad jezgra je zona radijacije, gde plazma prevodi energiju fluksa putem zračenja. Spoljni slojevi formiraju prenosnu zonu gde gas prenosi energiju primarno preko fizičkog pomeranja gasa. Veruje se da ova prenosna zona formira magnentu aktivnost koja izaziva sunčeve pege.

Solarni vetar plazminih čestica konstantno struji iz Sunca sve dok ne dođe do heliopauze. Ovaj solarni vetar interaguje sa magnetnim omotačem Zemlje, koji kreira Van Alenov pojas zračenja, kao i polarnu svetlost gde linije zemljinog magnentog polja silaze u atmosferu.

6.2. Astronomija planeta

Slika 7. Krater na Marsu

Ova astronomska oblast ispituje sastav planeta, satelita, patuljastih planeta, kometa, asteroida i drugih tela koja orbitiraju oko Sunca, kao i ekstrasolarne planete. Solarni sistem je relativno dobro proučen, uglavnom teleskpskim posmatranjima i kasnije svemirskim letelicama. Ovo je omogućilo dobro razumevanje formiranja i evolucije planetarnog sistema, iako mnoga nova otkrića su i dalje u toku.

Solarni sistem je podeljen na unutrašnje planete, pojas asteroida i spoljašnje planete. Unutrašnje kamenite planete su Merkur, Venera, Zemlja i Mars. Spoljne planete, gasoviti giganti su Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Iza džinova nalazi se patuljasta kamenita planeta Pluton. Iza Neptuna leži Kojperov pojas, i konačno Ortov oblak, koji se proteže oko jedne svetlosne godine.

Planete su formirane iz protoplanetarnog diska koji je okruživao rano Sunce. Kroz proces koji je uključivao gravitacionu privlačnost, sudare i srašćivanje, disk je formirao grupe materije koje su, sa vremenom, postale protoplanete. Pritisak zračenja solarnog vetra je izbacio veći deo nesrasle materije, i samo one planete sa dovoljnom masom su povratile njihove atmosfere. Planete su nastavile da izbacuju preostalu materiju za vreme trajanja perioda intezivnog bombardovanja (kao dokaz tog perioda ostali su udarni krateri na Mesecu). Za vreme ovog perioda, neke od protoplaneta su se sudarile, vodeća hipoteza nastanka Meseca.

Kad planeta dostigne dovoljno veliku masu, materijali različitih gustina odvajaju se za vreme planetarne diferencijacije. Ovaj proces može formirati kameno ili metalno jezgro, okruženo spoljnom površinom. Jezgro uključuje čvrste i tečne regione, i neka planetarna jezgra proizvode sopstveno magnetno polje koje štiti njihovu atmosferu od cepanja solarnog vetra.

Planetarna ili mesečeva unutrašnja toplota nastaje od sudra koje je stvorilo telo (radioaktivni materijali). Neke planete i sateliti akumuliraju dovoljno toplote da pokrenu geološke procese kao što su vulkani i tektonski pokreti. One planete koje akumuliraju ili uspeju da povrate atmosferu mogu se takođe podvrći površinskim erozijama od strane vetra ili vode. Manja tela, bez plimskog grejanja, hlade se brže i njihove geološke aktivnosti prestaju sa izuzetkom udarnih kratera.

6.3. Astronomija zvezda

Slika 8. Planetarna maglina Mrav

Proučavanje zvezda i njihove evolucije je fundamentalno za razumevanje univerzuma. Astrofizika zvezda je utvrđena pomoću posmatranja, teorijskog saznavanja i iz kompjuterskih simulacija okruženja.
Formiranje zvezda se odigrava u gustim regionima prašine i gasa, poznatim kao ogromni molekularni oblaci. Kad su destabilizovani, fragmenti tog oblaka padaju pod uticaj gravitacije, i tako se formiraju protozvezde.

Dovoljno gusto i vruće jezgro će pokrenuti proces fuzije, i tako kreirati zvezdu sa glavnog niza.

Skoro svi teži elementi od vodonika i helijuma su kreirani unutar jezgra zvezda.

Karakteristike zvezde koja nastaje zavisi najviše od njene mase. Što je zvezda masivnija, veća je njena luminoznost, i brže se troši vodonikovo gorivo u jezgru. Vremenom, vodonikovo gorivo se u potpunosti pretvori u helijum, i zvezda počinje da se razvija. Fuzija helijuma zahteva više temperature jezgra, tako da bi zvezda mogla da raste i u veličini i u gustini. Tako nastaje crveni džin. Crveni džin živi kratak vremenski period, pre nego što se helijumsko gorivo u potpunosti potroši. Veoma masivna zvezda takođe može da prođe kroz određene faze evolucije, koje podrazumevaju fuziju težih elemenata.

Konačna sudbina zvezde zavisi od njene mase. Zvezda mase veće od oko osam Sunčevih masa postaje supernova, dok manje zvezde iz planetarnih maglina se razvijaju u bele patuljke. Ostatak supernove je gusta neutronska zvezda, ili, ako je zvezdana masa bila najmanje tri puta veća od Sunčeve, crna rupa. Bliski dvojni sistemi zvezda mogu poći kompleksnijim evolucionim putem, kao što je transfer mase na belog patuljka koji potencijalno može izazvazti supernovu. Planetarne magline i supernove su neophodne za distribuciju metala u međuzvezdano okruženje; bez njih, sve nove zvezde (i njihovi sistemi planeta) bili bi formirani samo iz vodonika i helijuma.

6.4. Astronomija galaksija

Slika 9. Galaksija Mlečni put, umetnički prikaz izgleda ploče (a) i na osnovu vizuelnog posmatranja svemira oko nas (b)

Naš solarni sistem orbitira unutar Mlečnog puta, spiralnoj galaksiji koja je član lokalne grupe galaksija. To je rotirajuća masa gasa, prašine, zvezda i drugih objekata, koje drže na okupu međusobna gravitaciona privlačenja. Pošto je Zemlja locirana u prašinastom delu kraka, postoje mnogi delovi Mlečnog puta koji su za nas nevidljivi.

U centru Mlečnog puta je jezgro, za koji se veruje da je supermasivna crna rupa. Ono je okruženo sa četiri primarna kraka koji se uvijaju od centra ka spolja. Ovo je region aktivnog formiranja zvezda koji sadrži mnogo mladih, populacije II zvezda. Disk je okružen sa sfernim haloom starih, populacije I zvezda, kao i sa relativno gustim koncentracijama zvezda poznatih kao globularna jata.

Između zvezda se nalazi međuzvezdani prostor, prostor retke materije. U najgušćem delu, molekularni oblaci i molekularni vodonik i drugi elementi formiraju regione „zvezdanih porodilišta". Ovo počinje kao nepravilna tamna maglina, koja se koncentriše i opada prilikom formiranja zgusnutih protozvezda.

Kako se pojavljuju masivne zvezde, oni se transformišu u H II region sjajnog gasa i plazme. Zvezdani vetar i ekspozija supernovih iz ovih zvezda najzad služe za širenje oblaka, često napuštajući granice jednog ili više mladih otvorenih jata zvezda. Ova jata se postepeno rasturaju i zvedze se priključuju jatu Mlečnog puta.

Proučavanje materije u Mlečnom putu i drugim galaksijama su demonstrirli da postoji više mase nego što se može izmeriti u vidljivoj materiji. Tamna materija haloa pojavljuje se kao dominantna masa, iako priroda materije diska ostaje neutvrđena.

6.5. Astronomija ekstragalaksija

Slika 10. Jato galaksija

Proučavanje objekata van naše galaksije je grana astronomije koja se interesuje za formiranje i evoluciju galaksija, njihovu morfologiju i klasifikaciju, i ispitivanje aktivnih galaksija. Ovo zadnje je važno za razumevanje velike skale struktura u kosmosu.

Većina galaksija je organizovano u jasne oblike koji omogućavaju pravljenje klasifikacione šeme. Oni su obično podeljeni na spiralne, eliptične i nepravilne galaksije.

Kao što ime kaže, eliptičke galaksije imaju oblik elipse. Zvezde se kreću duž nasumičnih orbita bez preferiranog pravca. Ove galaksije sadrže malo ili nimalo međuzvezdane prašine, par „zvezdanih porodilišta" i generalno starije zvezde. Eliptične galaksije se često nalaze u jezgru galaktičkih jata, i mogu nastati spajanjem velikih galaksija.

Spiralna galaksija je organizovana u ravan, rotirajući disk, obično sa izbočinom ili šipkom u centu i svetle krakove koji orbitiraju izvan. Krakovi su regoni „zvezdana porodilišta" gde masivne mlade zvezde prave plavu nijansu. Spiralne galaksije su tipično okružene sa haloom starijih zvezda. I Mlečni put i Andromedina galaksija su spiralnog tipa.

Nepravilne galaksije su haotične u izgledu, i nisu ni eliptične ni spiralne. Oko četvrtina svih galaksija su nepravilne, i osobenost izgleda tih galaksija možda je rezultat gravitacione interakcije.

Aktivna galaksija je formacija koja emituje značajnu količinu energije zvezda, prašine i gasa, i dobija moć iz zgusnutog dela u jezgru, obično mišljeno da je to supermasivna crna rupa koja emituje zračenje.

Radio galaksija je aktivna galaksija koja je veoma svetla u radio delu spektra, i emituje ogromnu lepezu gasa. Aktivna galaksija koja emituje zračenje visoke energije uključujući Sojfertove galaksije, kvazare i blazare. Kvazari su nasvetliji objekti poznati u svemiru.

Velike strukture u svemiru su reprezentovane od strane grupa i jata galaksija. Ova struktura je organizovana u hijerarhiju grupa, sa najvećim superjatima. Ukupna masa je formirana u nitima i zidovima, ostavljajući velike praznine između njih.

6.6. Kosmologija

Kosmologija (od grčkih reči κοσμος „svet, univerzum" i λογος „nauka") se bavi proučavanjem svemira u celini. Posmatranja objekata velike strukture u svemiru, grana poznata kao fizička kosmologija, doprinela je stvaranju znanja o formiranju i evoluciji kosmosa. Fundamentalna za modernu kosmologiju je dobro poznata teorija o velikom prasku. Koncept velikog praska vodi poreklo još od otkrića pozadinskog mikrotalasnog zračenja 1965. godine.

U pravcu ovog širenja, univerzum se podvrgao nekoliko evolucionim fazama. U veoma ranim momentima, smatra se da je univerzum doživeo veoma brzu kosmičku inflaciju, koja je homogenizovala početne uslove. Nakon toga, nukleosinteza je proizvela izobilje elemenata u ranom svemiru.

Kad su prvi atomi formirani, svemir je počeo da zrači, oslobađajući energiju danas viđenu kao pozadinsko mikrotalasno zračenje. Svemir koji se i dalje širio i ušao je u Tamno doba zbog nedostatka zvezdanih izvora energije.

Hijerarhijska struktura materije počela je da se formira od prvog minuta varijacije u gustini mase. Materija se akumulira u najgušće regione, formirajući oblake gasa i najranije zvezde. Ove masivne zvezde su izazvale reorganizacioni proces i veruje se da su stvorile mnoge teške elemente u ranom svemiru.

Gravitacione agregacije su se nagomilale u duge niti, ostavljajući praznine za sobom. Postepeno, gas i prašina su se spajale i formirale prve primitivne galaksije. Vremenom, one su uvlačile sve više i više materije, i često su bile organizovane u grupe i jata galaksija, a zatim i u super jata velikih dimenzija.

Najvažnije za strukturu univerzuma je postojanje tamne materije i tamne energije. Za njih se danas smatra da su dominantni elementi, čine 96% svemira. Zbog ovog razloga, mnogo napora se troši u pokušajima shvatanja fizike ovih elemenata.

7. Interdisciplinarnost astronomije

Astronomija koristi dostignuća drugih prirodnih nauka, ali i obogaćuje i stimuliše njihov razvoj postavljajući pred njih nove zadatke. Najveće dostignuće modernog doba, izlazak čovečanstva iz kolevke - Zemlje, nezamislivo je bez astronomskih znanja koja su pokrenula i podstakla razvoj kosmičke ere. To dovodi do sve većeg prožimanja astronomije sa drugim naukama, tako da su pored astrofizike, nastale još u XIX veku, počele da se formiraju i druge discipline, kao što su Astrobiologija, Astrohemija, Kosmička hemija, Arehoastronomija ...

Kao što je već rečeno astrofizika se formirala još u XIX veku. Zakoni fizike su univerzalni i nepromenljivi (mada im se granice primenljivosti mogu menjati). Astronomija proučava Vasionu, pojave i objekte u njoj, pri čemu se ona nalazi u stanju evolucije. U Vasioni se materija nalazi u raznovrsnim fizičkim uslovima, nezamislivim u laboratoriji, tako da je za fizičare ona svojevrsna ogromna laboratorija, u kojoj mogu da realizuju i istraže neka od nafundamentalnijih otkrića.

Arehoastronomija je nauka o antičkoj i tradicionalnoj astronomiji i njihovom kulturnom kontekstu, koristeći arheološki i antropološke dokaze.

Astroobiologija je nauka o nastanku i evoluciji bioloških sistema u svemiru, sa delimičnim naglaskom na mogućnost o postojanju vanzemaljskog života.

Nauka o hemikalijama u svemiru, uključuje i njihovo formiranje, interakcije i uništenja zove se Astrohemija. Ove substance se obično nalaze u molekularnim oblacima, iako se oni mogu naći u zvezdama niskih temperatura, braon patuljcima i planetama. Kosmička hemija je nauka o pronađenim hemikalijama u solarnom sistemu. Oba ova polja predstavljaju preklop astronomije i hemije.

8. Amaterska astronomija

Slika 11. Jedan amaterski teleskop

Astronomi amateri posmatraju mnoštvo nebeskih objekata i fenomena, ponekad sa opremom koju su sami napravili. Česti ciljevi posmatranja su Mesec, planete, zvezde, komete, meteorske rojeve, i mnoštvo udaljenih objekata kao što su zvezdana jata, galaksije i magline. Jedna grana amaterske astronomije, amaterska astrofotografija, uključuje prvnjene fotografija noćnog neba. Mnogi amateri često se specijalizuju za posmatranje pojedinih obejkata, tipova objekata, ili događaja koji ih zanimaju.

Većina amatera radi posmatranja u vidljivom delu spektra, ali mali broj njih eksperimentiše sa talasnim dužinama van vidljivog dela spektra. Ovo uključuje upotrebu infracrvenih filtera na konvencionalnim teleskopima, i takođe upotrebljavaju radio teleskope. Pionir amaterske radio astronomije bio je Karl Janski koji je počeo da posmatranebo na radio talasnoj dužini 1930.-ih godina. Astronomi amateri koriste ili ručno napavljene teleskope ili radio teleskope koji su originalno napravljeni za astronomska istraživanja ali su postali dostupni i amaterima.

Astronomi amateri nastavljaju da doprinose istraživanjima u polju astronomije. To je jedna od retkih naučnih disciplina gde amateri mogu da doprinesu razvoju nauke. Amateri mogu da povremenim merenjima redefinišu putanje pojedinih objekata. Takođe mogu da otkriju komete, posmatraju promenljive zvezde. Poboljšanja u digitalnoj tehnologiji dozvoljavaju amaterima da naprave impresivni napredak u astrofotografiji.

9. Zaključak

Astronomija je prirodna nauka koja proučava Vasionu, pojave i objekte u njoj, pri čemu se ona nalazi u stanju evolucije. Takođe je i interdisciplinarna jer koristi dostignuća drugih prirodnih nauka, ali i obogaćuje i stimuliše njihov razvoj postavljajući pred njih nove zadatke. Najbolju sliku i zaključak o tome šta je astronomija dao je Anri Poenkare rekavši:

„Astronomija je korisna zato što nas uzdiže iznad nas samoh, korisna je zato što je veličanstvena, korisna je zato što je prekrasna. Upravo ona nam pokazuje koliko je ništavan čovek telom a koliko je veliki duhom, pošto mu je um u stanju da zanemari bezmerna prostranstva, u kojima mu je telo samo jedna zanemarljiva tačka, i da uživa u njihovoj bezglasnoj harmoniji. Samo tako postajemo svesni svoje moći. I tu ni jedna cena ne može da bude dovoljno visoka jer nas to saznanje čini jačim."

Literatura

[1] M. Dimitrijević, A. Tomić, Astronomija za IV razred gimnazije, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 2001.
[2] E.Chaisson, S.McMillan, Astronomy - A Beginner's Guide to the Univers, A Pearson Company
Upper Saddle River, New Jersey 07458, 2004.
[3] www.wikipedia.org

Zoran Tomić
Kruševac

student II godine na Ekonomskom fakultetu u Nišu.