نجوم و اختر شناسی

همه چیز درباره نجوم و اخترشناسی اخترشناسی که در زبان یونانی از ترکیب اجزای astronomia = astron + nomos (به معنای قانون ستارگان) تشکیل شده است علم اشیاء سماوی (مانند ستارگان، سیارات، ستاره‏های دنباله‏دار‎، کهکشان ها و پدیده‏هایی است که منشاء آنها در خارج از جو زمین است (مانند پدیده شفق قطبی (Aurora) و تشعشعات پس زمینه ای فضا). این رشته با رشته هایی مانند فیزیک، شیمی و فیزیک حرکت ارتباط تنگاتنگ دارد و همچنین با رشته فضاشناسی فیزیکی (پیدایش و تکامل جهان) ارتباط نزدیکی دارد. اخترشناسی یکی از قدیمی ترین علوم است. ستاره شناسان در تمدن های اولیه بشری به دقت آسمان شب را بررسی می کردند و ابزارهای ساده ستاره شناسی از همان ابتدا شناخته شده بودند. با اختراع تلسکوپ، تحولی عظیم در این رشته ایجاد شد و دوران ستاره شناسی جدید آغاز گردید.
در قرن ۲۰، رشته اخترشناسی به دو رشته اخترشناسی شهودی و فیزیک کیهان نظری تبدیل شد.
در اخترشناسی شهودی به دنبال جمع آوری داده ها و پردازش آنها و همچنین ساخت و نگهداری ابزارهای اخترشناسی هستیم. در فیزیک کیهان نظری به دنبال کسب اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از مدل های تحلیلی و تحلیل های کامپیوتری هستیم.
این دو رشته در کنار یکدیگر رشته های کامل را ایجاد می کنند که اخترشناسی نظری نام دارد و به دنبال توصیف یافته های شهودی است. با استفاده از یافته های اخترشناسی می توان نظریه های بنیادین فیزیک مانند نظریه نسبیت عام را آزمایش کرد.
در طول تاریخ، اخترشناسان آماتور در بسیاری از کشف های مهم ستاره شناسی نقش داشته اند و اخترشناسی یکی از محدود رشته هایی است که در آن افراد آماتور نقشی بسیار فعال دارند و مخصوصاً در کشف و مشاهده پدیده های گذرا و محلی امیدوارکننده ظاهر شده اند. علم ستاره شناسی مدرن را نباید با علم احکام نجوم (طالع بینی) مقایسه کنید چرا که در طالع بینی اعتقاد بر آن است که امور انسان ها با موقعیت اشیاء سماوی در ارتباط است.
اگرچه اخترشناسی و طالع بینی دو رشته ای هستند که منشأ یکسانی دارند اما اغلب متفکران بر این باورند که این دو رشته از هم جدا شده اند وتفاوت های بسیاری بین آنها وجود دارد. .

تاریخچه اختر شناسی و علم نجوم

در ابتدا، اخترشناسی تنها مشاهده و پیش بینی حرکت اجرام سماوی با چشم غیرمسلح بود. در برخی نقاط مانند استون‏هنج، تمدن های اولیه اشیاء زیادی ساخته بودند که به نظر می آید با اهداف اخترشناسی ساخته شده بودند.
این مشاهدات علاوه بر جنبه تشریفاتی شان، در پیش بینی زمان تغییر فصل ها کاربرد فراوانی داشت. پیش بینی فصول برای کاشت محصولات و بررسی طول سال اهمیت زیادی داشت.
با ایجاد تمدن های بابل، مصر باستان ، تمدن هلینک (یونان باستان) ، هند و چین، مشاهدات اخترشناسی جمع آوری شدند و نظراتی در مورد اساس پیدایش کیهان و طبیعت آن ارائه شد.
همچنین، نظریاتی در مورد حرکت سیاره ها، خورشید، ماه و زمین براساس علم فلسفه مطرح شد. از میان این نظریه ها می توان به حدس هایی در مورد طبیعت کروی زمین و ماه و حرکت و چرخش کره زمین در آسمان اشاره کرد. قبل از اختراع تلسکوپ، کشف های اخترشناسی مهمی رخ داد که برخی از آنها عبارت‌اند از: تمایل محوری یا کج بودن حالت گرفتگی در ۱۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح توسط چینی ها مطرح شد.
بابلی ها و آشوری ها کشف کردند که کسوف یا خسوف (پدیده گرفت) در یک دایره با نام دایره ساروس تکرار می شود. ۲۰۰ سال قبل از میلاد، هیپارکوس ابعاد ماه و فاصله آن از زمین را تخمین زد. در طی قرون وسطی، اخترشناسی شهودی در اروپای قرون وسطی تا قرن ۱۳ به ندرت دیده می شد. با این وجود، اخترشناسی شهودی در امپراتوری ایران و دیگر ممالک اسلام به اوج خود رسید. ستاره شناسان مسلمان بسیاری از ستارگان را نام گذاری کردند که امروزه هنوز از این نام ها استفاده می شود.

انقلاب علمی

طی دوران رنسانس، نیکلاس کوپرنیک مدل خورشید محوری را برای سامانه خورشیدی (منظومه شمسی) پیشنهاد کرد. گالیلئو گالیله و ژوهانس کپلر پیشنهاد وی را بسط داده و آن را اصلاح کردند. گالیله تلسکوپ را اختراع کرد تا بتواند مشاهدات خود را به صورت دقیق تری انجام دهد.
کپلر اولین کسی بود که با بیان اینکه خورشید در مرکز قرار دارد و بقیه سیاره ها به دور آن می چرخند مدل تقریباً کاملی را ارائه کرد. با این وجود کپلر نتوانست برای قوانینی که ارائه نمود نظریه ای تهیه کند. در نهایت ایزاک نیوتن با ارائه قوانین حرکت اجرام سماوی و قانون گرانش حرکت سیاره ها را توصیف کرد. نیوتن مخترع تلسکوپ انعکاسی است.
کشفیات جدید باعث شد که ابعاد و کیفیت تلسکوپ بهبود بیابد. نیکلاس لوییس لاسیل نقشه‌های بیشتری از موقعیت ستارگان در فضا را ارائه نمود. ویلیام هرشل نقشه گسترده ای از خوشه های سماوی و تهیه کرد و در سال ۱۷۸۱ توانست سیاره اورانوس را کشف کند که اولین سیاره کشف شده توسط انسان محسوب می شود. در سال ۱۸۳۷ برای اولین بار فردریچ بسل فاصله ستاره ۶۱Cygni را مشخص کرد. در قرن نوزدهم میلادی، توجه دانشمندانی چون لئونارد اولر، الکسیس کلاد کلایرات و جین دالمبرت به مسئله سه جسمی باعث شد پیش بینی های دقیق تری در مورد حرکت ماه و ستارگان انجام شود. ژوزف لوییس لاگرانژ و پیرسیمون لاپلاس این کار را تکمیل کردند و میزان انحراف اقمار و سیاره ها از وضعیت اصلی‌شان را تخمین زدند.
با اختراع طیف نگار و عکاسی افق های جدیدی به روی اخترشناسی باز شد. در طی سال های ۱۸۱۴ و ۱۸۱۵ ژوزف وان فرانوفر در طیف نور خورشید حدود ۶۰۰ نوار را مشاهده کرد و در سال ۱۸۵۹، گوستاو کیرشهف این نوارها را به حضور عناصر مختلف در جو خورشید نسبت داد. معلوم شد که بقیه ستارگان به ستاره منظومه شمسی (خورشید) شباهت زیادی دارند اما در ابعاد مختلف و با دماها و عناصر درونی متفاوتی دیده می شوند . قرار داشتن زمین در کهکشان راه شیری، به عنوان مجموعه ای از ستاره ها و سیاره ها، در قرن بیستم کشف گردید و هم‌زمان وجود دیگر کهکشان های خارجی در فضا تأیید شد و بلافاصله پدیده انبساط عالم عامل اصلی وجود فاصله زیاد بین زمین و دیگر کهکشان‌ها اعلام شد.
همچنین در اخترشناسی مدرن وجود اجرام خارجی زیادی مانند اختر نماها ، و کهکشان های رادیویی را تأیید کرد و با استفاده از این مشاهدات نظریه های فیزیکی ارائه نمود که برخی از آنها این اجرام را براساس اجرام دیگر مانند ستاره‌های نوترونی و سیاه چاله‌ها توصیف می کنند. کیهان‌شناسی فیزیکی در طی قرن ۲۰ میلادی پیشرفتهای زیادی را تجربه کرد و نظریه مهبانگ (بیگ بنگ یا انفجار بزرگ) براساس شواهد کشف شده در علوم اخترشناسی و فیزیک مانند تشعشعات پس زمینه‌ای مایکرویو کیهانی، قانون هابل و تشکیل هسته مهبانگ قوت یافت.

مشاهدات اخترشناسی

در بابل و یونان باستان، اخترشناسی بیشتر اخترسنجی بود و موقعیت ستاره ها و سیاره ها در آسمان مورد توجه زیادی قرار داشت. بعدها، تلاش های اخترشناسانی چون آیزاک نیوتن و یوهانس کپلر علم مکانیک سماوی را پدید آورد و اخترسنجی بر پیش بینی حرکت آن دسته از اجرام سماوی که میانشان نیروی جاذبه گرانشی وجود داشت تمرکز یافت. این پیشرفت به طور خاص در مورد منظومه شمسی به کار گرفته شد. امروزه موقعیت و حرکت اجرام به آسانی تعیین می شود و اخترشناسی مدرن بر مشاهده و درک طبیعت فیزیکی اجرام سماوی تأکید دارد.

روش های جمع آوری داده

در اخترشناسی، اطلاعات موجود براساس شناسایی و تحلیل نور و انواع دیگر تشعشات الکترومغناطیسی شکل می گیرد. انواع دیگر پرتوهای کیهانی نیز مورد بررسی قرار می گیرند و تحقیقاتی در حال انجام است تا در آینده نزدیک بتوانیم امواج جاذبه گرانشی را شناسایی و تحلیل کنیم. امروزه، آشکارسازهای نوترینو در مشاهده نوترینوهای خورشید و نوترینوهایی که از سوپرنواها ساطع می شوند کاربرد زیادی دارند.
طیف الکترومغناطیسی می تواند اطلاعات زیادی راجع به اخترشناسی را در اختیارمان قرار دهد.
در بخش هایی از طیف که فرکانس اندک است، اخترشناسی رادیویی، ساطع شدن امواجی با طول موجهای میلی متری و دکامتری را کشف می کند. گیرنده های رادیو تلسکوپی همانند گیرنده های رادیویی معمولی هستند اما حساسیت بسیار زیادی دارد. مایکرویوها بخش میلی متری طیف رادیویی را تشکیل می دهند و در مطالعات تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان کاربرد وسیعی دارند.
در اخترشناسی فروسرخ و اخترشناسی فرا فروسرخ با آشکارسازی و تحلیل امواج فروسرخ (با طول موجی بزرگ‌تر از طول موج قرمز) سروکار داریم. معمولاً برای این کار از تلسکوپ استفاده می شود اما در کنار آن به یک آشکارساز حساس نیز احتیاج داریم. بخارآب موجود در جو زمین امواج فروسرخ را جذب می کند و بنابراین مراکز مشاهده امواج فروسرخ می بایست در مکان های بلند و خشک و یا خارج از جو کره زمین ساخته شوند. تلسکوپ های فضایی به انتشار گرما در جو زمین، شفافیت جو زمین حساس نیستند و وقتی از آنها استفاده می کنیم دیگر با دردسرهای مشاهده در طول موج های فروسرخ روبرو نمی شویم. مشاهدات فروسرخ در مشاهده مناطقی از کهکشان که پوشیده از گرد و غبار هستند بسیار کارآمد هستند.
تلسکوپ سوبارو (چپ) ورصدخانه کک (وسط) درماونا کیا، هر دو نموونه های از یک رصدخانه هستند که در طول موجهای نزدیک مادون قرمز و مرئی کار می کنند. تجهیزات تلسکوپ مادون قرمز ناسا(راست) نمونه ای از یک تلسکوپ است که رنها با طول موجهای نزدیک مادون قرمز کار می کند.
در طول تاریخ، اغلب داده های اخترشناسی با استفاده از اخترشناسی نور تهیه شده اند. در اخترشناسی نور، با استفاده از عناصر نوری (مانند آینه، عدسی، آشکارسازهای CCD و فیلم های عکاسی) طول موج های نور را در محدوده فروسرخ تا فرابنفش بررسی می کنیم. نور مرئی (طول موج‌هایی که توسط چشم انسان دیده می شوند و در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قرار دارند) در میانه این محدوده قرار دارد. تلسکوپ مهم‌ترین ابزار مشاهدات اخترشناسی است که دارای طیف نگار و دوربین‌های الکترونیکی است.
برای مشاهده منابع پرانرژی از اخترشناسی انرژی بالا کمک می گیریم که اخترشناسی اشعه X، اخترشناسی پرتو گاما، اخترشناسی فرابنفش (UV) و همچنین مطالعات مربوط به نوترینوها و پرتوهای کیهانی را شامل می شود. اخترشناسی رادیویی و نوری با استفاده از رصدخانه‌های زمینی انجام می شود زیرا در این طول موج ها، جو زمین به اندازه کافی شفاف است.
جو زمین در طول موج های مورد مطالعه در اخترشناسی اشعه X، اخترشناسی پرتو گاما، اخترشناسی UV و اخترشناسی فرا فروسرخ (به جز در مورد چند «پنجره» طول موج) شفافیت کافی را ندارد و بنابراین تحقیقات و مشاهدات در مورد این علوم باید از طریق بالن‌های تحقیقاتی یا رصدخانه‌های فضایی صورت پذیرد. پرتوهای قوی اشعه گاما براساس رگبارهای هوایی عظیمی که تولید می کنند شناسایی می شوند و مطالعه پرتوهای کیهانی زیرمجموعه ای از اخترشناسی محسوب می شود.

اخترشناسی سیارات

براساس مشاهدات مستقیم از طریق فضاپیماها و سفرهای فضایی و نمونه برداری از سیارات پیشرفت خوبی را تجربه کرده است. مأموریت های فضایی و استفاده از سیاره‌پیماهای مجهز به حس‌گرهای قوی به ما کمک می کند از مواد تشکیل دهنده سطح سیاره نمونه برداری کنیم و همچنین با استفاده از حس‌گرها مواد لایه‌های عمیق تر را شناسایی کرده و در نهایت مواد را برای بررسی بیشتر به زمین منتقل کنیم.

اخترشناسی و مکانیک اجرام آسمانی

یکی از قدیمی ترین زمینه های تحقیقاتی در علم اخترشناسی و همه علوم عالم، اندازه گیری موقعیت و مکان اجرام سماوی در آسمان است. همواره در طول تاریخ، درک مناسب از موقعیت خورشید، ماه، ستارگان و سیارات در تعیین موقعیت افراد بر روی زمین (ملوانان و کشتی‌ها) نقش داشته است.
اندازه گیری دقیق موقعیت مکانی سیارات به درک ما از نظریه انحراف وسعت داده و اکنون می توانیم در مورد گذشته و آینده سیارات با دقت زیاد اظهارنظر کنیم. علمی که به این مباحث می پردازد را علم مکانیک اجرام آسمانی گویند. امروزه با ردیابی اجرام آسمانی در نزدیکی زمین می توانیم احتمال برخورد این اجرام با یکدیگر یا جو زمین را بررسی کنیم.
اندازه گیری میزان سرعت زاویه‌ای ستاره های نزدیک به کره زمین یکی از اساسی ترین کارها در تعیین نردبان فاصله کیهانی است که برای اندازه گیری مقیاس جهان طراحی شده است. اندازه گیری سرعت زاویه‌ای ستاره‌های مجاور عامل مهمی در آگاهی از ویژگی‌های ستاره‌های دور محسوب می‌شود چرا که این ویژگی ها قابل مقایسه هستند. محاسبه سرعت شعاعی و حرکت واقعی سینماتیک حرکت این مجموعه اجرام در کهکشان راه شیری را آشکار می‌سازد. همچنین از یافته‌های اخترشناسی در اندازه گیری توزیع ماده تیره در کهکشان استفاده می شود.
در دهه ۱۹۹۰ (میلادی) روش اخترشناسی که در محاسبه تکانه‌های ستارگان به کار می رفت باعث کشف سیاره هایی از خارج از منظومه شمسی شد که به دور خورشید گردش می کنند.

مطالعات میان رشته ای

اخترشناسی با بسیاری از رشته های علمی مهم ارتباط تنگاتنگ دارد. برخی از این علوم عبارت‌اند از:
▪ فیزیک کیهانی: مطالعه فیزیک جهان پیرامون شامل ویژگیهای فیزیکی (درخشندگی، چگالی، دما و ترکیب شیمیایی) اجرام آسمانی.بیولوژی کیهانی: مطالعه پیدایش و تکامل سیستم های بیولوژیکی در دنیا.اخترشناسی باستانی: مطالعه اخترشناسی قدیم در بافت فرهنگی آن با استفاده از مشاهدات باستان‌شناسی و مردم‌شناسی.شیمی کیهانی: مطالعه مواد شیمیایی موجود در فضا به خصوص ابرهای گازی مولکولی و نحوه تشکیل، تعامل و مرگ آنها. بنابراین این رشته با رشته های شیمی و اخترشناسی مباحث مشترکی دارد.

اجرام سماوی

▪ اخترشناسی خورشید

خورشید ستاره ای است که بیشترین تحقیقات علمی بر روی آن تمرکز یافته است. خورشید یکی از توالی های اصلی ستاره‌های کوتوله طبقه ستارگان G۲V است که حدود ۶/۴ گیگا سال عمر دارد. خورشید ستاره‌ای متغیر نیست اما در چرخه فعالیت آن تغییرات متناوبی صورت می گیرد که به حلقه نقطه ای خورشیدی معروف است. در واقع در هر ۱۱ سال در عدد نقطه ای خورشید نوساناتی رخ می دهد. نقاط خورشیدی نواحی هستند که در آنها دما کمتر از دمای میانگین خورشید است و فعالیت های مغناطیسی شدیدی در این مکان ها رخ می دهد.
میزان درخشندگی خورشید با افزایش عمر آن افزایش یافته است و از زمانی که به یک ستاره توالی اصلی تبدیل شد تاکنون به درخشندگی آن ۴۰ درصد افزوده شده است. همچنین در درخشندگی خورشید تغییراتی ایجاد می شود که اثرات قابل ملاحظه ای بر کره زمین دارد. دوران حداقل ماندر، باعث ایجاد پدیده عصر یخبندان کوچک در قرون وسطی شده است.
سطح خارجی خورشید را فتوسفر گویند. در قسمت بالایی این لایه منطقه ای با نام کروموسفر قرار دارد. این ناحیه هم توسط یک ناحیه گذرا که دمای آن به سرعت افزایش می یابد احاطه شده و در نهایت تاج های بسیار داغ و گدازنده خورشید قرار دارند.
در مرکز خورشید، دما و فشار کافی برای وقوع پدیده جوش هسته‌ای وجود دارد. در بالای این هسته، ناحیه ای به نام ناحیه تشعشع قرار دارد که در آن ماده پلاسما انرژی را با استفاده از تشعشات منتقل می کند. لایه بعدی ناحیه همرفت است که در آن ماده گازی شکل انرژی را با استفاده از جابجایی فیزیکی گاز منتقل می کند. گفته می شود این ناحیه همرفت عامل ایجاد نقاط خورشیدی هستند که در این نقاط فعالیت مغناطیسی شدیدی را ملاحظه می کنیم .
طوفان های خورشیدی مواد پلاسما همواره به سمت خارج خورشید جریان دارند و در ناحیه هلیوپاز متوقف می شوند. طوفان های خورشیدی با مگنتوسفر کره زمین تعامل دارند و کمربند تشعشعی وان آلن را ایجاد می کنند. همچنین پدیده شفق قطبی که ناشی از نفوذ میدان مغناطیسی زمین در جو زمین است متأثر از تعامل مگنتوسفر و طوفان های خورشیدی است.

علم سیارات

این رشته اخترشناسی مجموعه سیارات، اقمار طبیعی، سیارات کوتوله، ستارگان دنباله‌دار، شبه ستارگان و دیگر اجرام سماوی که به دور خورشید می چرخند و همچنین سیارات خارج از سلطه خورشید را بررسی می کند. منظومه شمسی با استفاده از تلسکوپ ها و در نهایت سفینه های فضایی به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. این اطلاعات بدست آمده منبع خوبی برای درک بهتر از نحوه پیدایش و تکامل این منظومه سیارات محسوب می شود اما هنوز باید تحقیقات را به طور گسترده ادامه دهیم.
نقطه سیاه رنگی که در بالای تصویر دیده می شود یک گردباد است که دیواره ای متحرک را در سطح مریخ ایجاد کرده است. این ستون متحرک و چرخان جو مریخ (که با گردبادهای زمینی (تورنادوها) قابل مقایسه است) نور طولانی و سیاه رنگی را به وجود آورده است.
منظومه شمسی از سیارات داخلی، کمربند شبه ستاره و سیارات خارجی تشکیل شده است. سیارات خاکی عبارت‌اند از: تیر، زهره، زمین و مریخ. سیارات ابرگاز خارجی عبارت‌اند از: مشتری، زحل، اورانوس و نپتون.
این سیارات از یک صفحه دیسک مانند سیاره ای بدوی تشکیل شده اند که در اطراف خورشید قرار داشته است. به علت وجود جاذبه، برخورد و اتحاد، دیسک مجموعه ای هایی از ماده تبدیل شد که همان سیارات بدوی بودند. سپس فشار تشعشعات طوفان های خورشیدی بخش اعظم ماده را به حاشیه راند و تنها سیاراتی که از جرم کافی برخوردار بودند در جو گازی باقی ماندند. این سیارات در طی دورانی که در آن بمباران های شدیدی صورت می گرفت، و از شواهد آن می توان به دره های ناشی از بمباران در سطح ماه اشاره کرد، مواد موجود در اطراف خود را جذب یا آنها را دور ساختند. در طی این دوران احتمالاً برخی از سیارات بدوی با یکدیگر برخورد کردند و برای مثال نظریه برخورد بزرگ نحوه شکل گیری ماه را تشریح می کند.
وقتی سیاره به جرم مورد نظر و مناسب دست پیدا می کند، در طی پدیده تفکیک سیاره‌ای، مواد با چگالی مختلف در داخل سیاره پخش می شوند. در طی این فرآیند یک هسته سنگی یا فلزی تشکیل شده و اطراف آن را مواد مختلف احاطه می کنند. هسته می تواند حاوی مواد جامد یا مایع باشد و برخی از هسته‌های سیارات دارای میدان مغناطیسی مخصوص به خودهستند که جوآنها را از طوفان‌های خورشیدی مصون نگاه می‌دارد .
گرمای داخلی ماه یا سیاره براثر برخورد مواد رادیواکتیو (مانند اورانیوم و توریم و۲۶Al ) و یا گرمای ناشی از مد تولید می شود. دربرخی از سیارات واقمار آنهاگرمای کافی برای وقوع پدیده هایی مانند آتشفشان و تکتونیک وجود دارد . سطح سیاراتی که دارای جو هستند دراثر حرکت آب وباد دچار فرسودگی می شود. اجرام کوچک‌تر که از گرمای ناشی از مد بهره مند نیستند به سرعت سرد می شوند واغلب فعالیت های عادی شان متوقف می‌شود.

اخترشناسی ستارگان (ستاره شناسی)

سحابی سیاره‌ای مورچه. دفع گاز از ستاره مرکزی در حال مرگ برخلاف الگوهای بی نظم انفجارات معمولی الگوهای متقارن نشان می هد.
مطالعه ستارگان و تکامل ستارگان در درک بهتر از نحوه تکامل عالم بسیار مفید است .درک اختر فیزیک ستارگان با مشاهدات فضایی ، درک نظریات مختلف و شبیه سازی کامپیوتری امکان پذیر است .
فرایند شکل گیری ستارگان درمحل هایی که حاوی گرد و غبارغلیظ هستند وبه ابرهای مولکولی عظیم یا سحابی سیاه شهرت دارند رخ می دهد. تکه ابرها درحالت ناپایداری وتحت تأثیر جاذبه ستارگان اولیه را تشکیل می دهند. براثر پدیده جوش هسته ای یک هسته داغ وبه اندازه کافی چگال تشکیل شده و درنهایت به یک ستاره توالی اصلی تبدیل می شود.
ویژگی های ستاره ای که به وجود آمده است به جرم اولیه ستاره بستگی دارد . هرچه جرم اولیه بیشتر بوده باشد ، درخشندگی ستاره و سرعت مصرف سوخت هیدروژن در هسته آن بیشتر است . با گذشت زمان سوخت هسته بیشتری نیاز است و بنابراین هسته حجیم تر و چگال تر می‌شود. درنتیجه این واکنش ها یک غول قرمز تولید می شود که تا زمان مصرف شدن همه سوخت هلیم عمر می کند. ستاره های بزرگ در فرایندهای جوش هسته ای از عناصر سنگین تر هم استفاده می‌کنند و فازهای تکاملی دیگری به این فازها اضافه می شود.
سرنوشت ستاره به جرم آن بستگی دارد و ستارگانی که جرم آنها بیش از ۴/۱ برابر جرم خورشید است به سوپرنوا تبدیل می شوند درحالیکه ستارگان کوچک‌تر به سحابی های سیاره ای ودرنهایت به کوتوله های سفید تبدیل می شوند. جسم باقی مانده از سوپرنوا یک ستاره نوترونی چگال است واگر جرم ستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد سوپرنوا به یک سیاه چاله تبدیل می شود.

اخترشناسی کیهانی

ساختار رصد شده بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری.
منظومه شمسی درون کهکشان راه شیری درحال چرخش است که کهکشانی مارپیچی و بسته است که یکی از اعضای اصلی کهکشان های Local Group محسوب می شود. منظومه شمسی مجموعه‌ای از گاز ، غبار ، ستارگان و دیگر اجرام است که نیروی جاذبه آنها را درکنار هم قرار داده است. ازآنجا که زمین در بازوی خارجی پرگرد وغبار کهکشان راه شیری قرار دارد بخش عظیمی از این کهکشان از دیده‌مان پنهان است.
درمرکز کهکشان راه شیری یک برآمدگی میله مانند قرار دارد که گمان میرود یک سیاه چاله بسیار بزرگ باشد در اطراف هسته چهار بازوی مارپیچ قرار دارند. دراین ناحیه بسیاری از ستارگان شکل می گیرند و مملو از ستارگان جوان و نسل دوم ستارگان است . دراطراف دیسک ، یک شبه کره کهکشانی مسن تر که نسل اول ستارگان محسوب می‌شوند و همچنین مجموعه‌ای از خوشه‌های دایره‌ای نسبتاً چگال قرار دارد.
درمیان ستارگان یک واسط بین ستاره‌ای قرار دارد که ناحیه‌ای است حاوی مواد پراکنده. درچگال ترین قسمت ، ابرهای مولکولی از جنس هیدروژن ودیگر عناصر نواحی تشکیل ستاره را تشکیل می دهند. سحابی های تیره نامنظم (که در محدوده‌ای که توسط طول جینز مشخص می‌شود تمرکز یافته‌اند) ستارگان نوزاد فشرده را تشکیل می دهند.
با تشکیل ستارگان با جرم زیادتر ابر تبدیل به ناحیه HII می شود که درآن گازهای درخشنده و پلاسما قراردارند. طوفان های ستاره ای و انفجار سوپرنواها باعث پراکنده شدن ابر می‌شوند و درنهایت یک یا چند خوشه باز از ستارگان تشکیل می‌شوند. این خوشه ها در کنار هم کهکشان راه شیری را تشکیل داده اند . مطالعات سینماتیک ماده درکهکشان راه شیری و دیگر کهکشان ها نشان می دهد که جرم نامرئی درآنها بیش از جرم مرئی است بیشتر جرم کهکشان را هاله‌های سیاه تشکیل می دهند طبیعت این ماده سیاه رنگ هنوز برای دانشمندان نامشخص است .

کهکشان ها و خوشه ها

مطالعه اجرامی که درخارج از کهکشان راه شیری قرار دارند به یک علم جدید تبدیل شده که شاخه ای از اخترشناسی محسوب می شود. دراین علم نحوه پیدایش و تکامل کهکشان ها، ساختار و طبقه بندی آنها ، کهکشان های فعال وگروه ها و خوشه های کهکشانی مورد بررسی قرار می گیرند . بررسی گروه ها وخوشه‌های کهکشانی در درک بهتر از ساختار کلی کیهان نقش مهمی ایفا می کند.
اغلب کهکشان ها دارای شکل منحصر به فردی هستند که طبقه بندی آنها را آسان می‌کند. به طورکلی کهکشان ها به انواع مارپیچ، بیضوی ، و نامنظم تقسیم بندی می شوند.
همانطورکه از نام کهکشان بیضوی پیداست سطح مقطع این کهکشان بیضی شکل است . ستارگان در مدارهای تصادفی به دور کهکشان می‌چرخند. دراین کهکشان‌ها غبار میان ستاره‌ای وجود ندارد و یا به ندرت یافت می‌شود و نقاط تولید ستاره دراین نوع کهکشان بسیار کم هستند. ستارگان این کهکشان عموماً مسن هستند کهکشان بیضوی عموماً درمرکز خوشه‌های کهکشانی یافت می‌شوند و ممکن است در اثر ترکیب کهکشان بزرگ به‌وجود آیند.
کهکشان مارپیچ معمولاً از یک صفحه دوار مسطح تشکیل شده که یک برآمدگی میله مانند در مرکز آن قرار دارد و بازوهای نورانی مارپیچی از آن خارج می شوند. این بازوها نواحی پر گرد و غباری هستند که درناحیه تولید ستاره قرار دارند و این مناطق ستاره‌های جوان بسیار بزرگ رنگ آبی را در برابر دیدگان‌مان قرار می‌دهند. کهکشان‌های مارپیچ با هاله‌ای از ستاره‌های پیر احاطه شده‌اند. کهکشان‌های راه شیری و آندرومدا کهکشان‌های مارپیچ هستند.
شکل ظاهری کهکشان‌های نامنظم درهم پیچیده است واین نوع از کهکشان در دسته‌بندی بیضوی و مارپیچ جای نمی‌گیرند. حدود یک چهارم کهکشان‌ها نامنظم هستند و شکل نامنظم آنها ناشی از تعامل گرانشی با محیط اطراف است.
کهکشان فعال کهکشان هایی هستند که عمده انرژی که از آنها ساطع می شود از منبعی به جز ستارگان و گرد و غبار تامین می‌شود. درمرکز این کهکشان ها هسته ای فشرده قرار دارد که گفته می‌شود یک سیاه چاله بسیار عظیم است که به علت جذب اجرام انرژی زیادی را تولید می کند. کهکشان رادیویی نوعی کهشکان فعال است که در بخش رادیویی طیف بسیار درخشان بوده و زبانه های پرانرژی گاز را متساعد می کند. از میان کهکشان های فعالی که تشعشات پرانرژی ساطع می کنند می توان به کهکشان های سیفرت ، اخترنماها و بلازارها اشاره کرد . گفته می شود که اختر نماها درخشنده ترین اشیا عالم هستند.
ساختار عظیم کیهان بر اساس گروهها و خوشه‌های کهکشانی شکل گرفته است. دراین ساختار بزرگ‌ترین واحد کیهانی ابرخوشه‌ها هستند. مجموعه مواد به فیلامان‌ها و دیواره‌های کهکشانی تبدیل می‌شوند ودر میان آنها فضاهای خالی باقی می‌ماند.

کیهان شناسی

مشاهده ساختار عظیم عالم در علم کیهان شناسی فیزیکی مطرح می شود و گام موثری در درک بهتر پیدایش وتکامل کیهان محسوب می شود. درکیهان شناسی مدرن نظریه انفجار بزرگ مورد پذیرش قرار گرفته و اعلام شده که دربرهه ای از زمان انفجار بزرگ رخ داده با انبساط فضا درطول ۷/۱۳ گیگا سال جهان به شکل فعلی آن مبدل شده است . مفهوم انفجار بزرگ با کشف تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان درسال ۱۹۶۵ مطرح شد .
در طول مدت تکامل جهان چندین مرحله تکاملی را تجربه کرد . در ابتدا جهان به سرعت انبساطی کیهانی را تجربه کرد که شرایط اولیه را همگن کرد . سپس با تشکیل هسته انفجار بزرگ عناصر اولیه جهان آغازین تولید شدند.
هنگامی که اولین اتم های تشکیل دهنده فضا شفاف شدند توانستند امواجی را از خود ساطع کنند امواجی که امروزه به صورت تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان مشهور هستندسپس جهان درحال انبساط به علت عدم وجود منابع انرژی کیهانی وارد عصر تیره و تار خود شد.
با وقوع تغییرات اندک در چگالی اجرام ، ساختار سلسله مراتبی ماده شکل گرفت . موادی که در نواحی چگال جمع شده بودند ابرهای گاز و ستارگان اولیه را تشکیل دادند. این ستاره های عظیم باعث ایجاد مجدد فرایند یونیزاسیون شده و بسیاری از عناصر سنگین جهان آغازین را به وجود آوردند.
توده های گرانشی به فیلامان تبدیل شده و فضایی بین این فیلامان ها به صورت خالی باقی ماند. به تدریج گرد وغبار با یکدیگر ترکیب شده واولین کهکشان ها به وجود آمدند. باگذشت زمان این کهکشان ها مواد بیشتری را به درون خود کشیدند و گروه ها و خوشه های کهکشانی و درنهایت ابرخوشه های عظیم شکل گرفتند.
یکی از مفاهیم اصلی در ساختار عالم ، ماده تاریک یا انرژی تاریک است. ماده تاریک عنصر اصلی تشکیل دهنده دنیاست و ۹۶درصد چگالی جهان را تشکیل می دهد.امروزه تلاش زیادی برای درک فیزیک این ماده واجزا تشکیل دهنده آن صورت میگیرد .

اخترشناسی غیر حرفه ای (آماتوری)

به طور کلی اخترشناسان آماتور با استفاده از تلسکوپ های ساخت خودشان بسیاری از پدیده های کیهانی واجرام سماوی را مشاهده می‌کنند. آنها بیشتر به دنبال رصد کردن ماه ، سیارات ، ستارگان، دنباله دارها، باران های شهابی وبسیاری از اجرام موجود درعمق فضا مانند خوشه های ستاره ای ، کهکشان ها وسحابی ها هستند. یکی از شاخه های اخترشناسی آماتوری ، عکس برداری کیهانی است که طی آن فرد آماتور از آسمان شب عسکبرداری می کند. بسیاری از افراد آماتور تلاش می کنند درمشاهده اجرام خاص تبحر لازم را کسب کنند و با توجه به علاقه فردی خود کار مشاهده خود را تخصصی ترکنند.
اغلب آماتورها مشاهدات خود را در طول موج های مرئی انجام می دهند و تعداد محدودی هم این کار را درمورد طول موج های نامرئی تجربه می کنند. آنها در تلسکوپ خود از فیلترهای فروسرخ استفاده می کنند ویا از تلسکوپ های رادیویی کمک میگیرند . کارل گوته یانسکی یکی از پیشگامان اخترشناسی رادیویی آماتوری است که در دهه ۱۹۳۰ آسمان را در طول موج های رادیویی مشاهده کرد .تعدادی از افراد آماتور از تلسکوپهای دست ساز یا تلسکوپ های رادیویی که برای تحقیقات اختر شناسی ساخته می شوند ودراختیار افراد آماتور قرار می گیرند استفاده می کنند. ("مثلاً " تلسکوپ یک مایلی ).
اخترشناسان آماتور در پیشرفت های علم اخترشناسی سهم بسزایی داشته اند . این رشته یکی از معدود رشته هایی است که در آن افراد آماتور ایفای نقش می کنند. آنها می توانند دربرخی اندازه گیری ها شرکت کرده و در اصلاح مدار سیارات کوچک مفید واقع شوند. همچنین افراد آماتور درکشف دنباله دارها و رصد ستاره های متغیر نقش بسزایی دارند . پیشرفت های حاصل شده در زمینه تکنولوژی دیجیتال به افراد آماتور اجازه می دهد تا در رشته عسکبرداری کیهانی به موفقیت های چشمگیری دست پیدا کنند.

سوالات اساسی در اخترشناسی

اگرچه دررشته اخترشناسی تلاش های بسیاری برای درک بهتر طبیعت جهان ومحتوای آن صورت گرفته است اما هنوز سوالهای بی پاسخی در پیش رویمان قرار دارند شاید پاسخگویی به این سوالات مستلزم ساخت ابزارهای رصد جدید و پیشرفت های تازه در زمینه فیزیک نظریه و تجربی باشد.
آیا سیارات خاکی در اطراف بقیه ستارگان (به جز خورشی ) هم قرار دارند ؟ اخترشناسان از وجود ستارگان بزرگ واجرامی در اطراف ستاره ها اطمینان حاصل کرده اند . بنابراین وجود سیارات خاکی کوچک‌تر محتمل به نظر می رسد .آیا در بقیه نقاط عالم حیات فرازمینی وجود دارد ؟ به طور خاص آیا انسان درکره های دیگر هم زندگی می کند؟ دراین صورت چگونه تناقض فرمی ( Fermi ) را توجیه می کنید ؟ وجود حیات درخارج از کره خاکی تبلیغات علمی و فلسفی بسیار مهمی را درپی دارد .
جنس ماده تاریک و انرژی تاریک از چیست ؟ شناخت این مساله در درک تکامل عامل و سرنوشت آن بسیار مفیداست اما هنوز درباره آن چیزی نمی دانیم.چرا دنیا به وجود آمد ؟ چرا برای مثال ثابت های فیزیکی با دقت تنظیم شده اند تا وجود حیات را تضمین کنند؟ چه چیزی باعث انبساط کیهانی شد و دنیا را همگن کرد ؟

آفتاب