astronomia teórica - Theoretical astronomy


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Astronomia teórica é o uso de modelos analíticos de física e química para descrever objetos astronômicos e fenômenos astronômicos.

Ptolomeu 's Almagesto , embora um tratado brilhante sobre teórico astronomia combinado com um manual prático para a computação, no entanto, inclui muitos compromissos para conciliar observações discordantes. Astronomia teórica é assumido geralmente ter começado com Johannes Kepler (1571-1630), e as leis de Kepler . É co-igual com a observação. A história geral de ofertas de astronomia com a história da astronomia descritiva e teórica do Sistema Solar, a partir do final do século XVI até o fim do século XIX. As principais categorias de obras sobre a história da astronomia moderna incluem histórias gerais, histórias nacionais e institucionais, instrumentação, astronomia descritiva, astronomia teórica, astronomia de posição, e astrofísica. Astronomia era cedo para adotar técnicas computacionais para modelar a formação estelar e galáctica e mecânica celeste. Do ponto de vista da astronomia teórica, não deve apenas a expressão matemática precisão razoável, mas deve de preferência existir em uma forma que é passível de posterior análise matemática quando usado em problemas específicos. A maioria da astronomia teórica usa a teoria newtoniana da gravitação, considerando que os efeitos da relatividade geral são fracos para a maioria dos objetos celestes. O fato óbvio é que a astronomia teórica não (e não tentar) pode prever a posição, tamanho e temperatura de cada estrela no céu. Astronomia teórica, de modo geral tem-se concentrado ao analisar os movimentos aparentemente complexos, mas periódicas de objetos celestes.

Integrando astronomia e física

"Ao contrário da crença geral, realizada por físicos de laboratório, astronomia tem contribuído para o crescimento da nossa compreensão da física." Física ajudou na elucidação dos fenômenos astronômicos e astronomia ajudou na elucidação dos fenômenos físicos:

  1. descoberta da lei da gravitação veio da informação fornecida pelo movimento da Lua e dos planetas,
  2. viabilidade da fusão nuclear como demonstrado no Sun e estrelas e ainda a ser reproduzida na Terra de uma forma controlada.

Integrando a astronomia com a física envolve

interação física fenômenos astronômicos
eletromagnetismo : observação usando o espectro electromagnético
Radiação de corpo negro radiação estelar
radiação síncrotron de rádio e fontes de raios-X
inversa Compton-espalhamento fontes de raios-X astronômicos
aceleração de partículas carregadas pulsares e raios cósmicos
absorção / dispersão poeira interestelar
Forte e fraca interação : nucleossíntese em estrelas
raios cósmicos
supernovas
universo primordial
gravidade : movimento de planetas , satélites e estrelas binárias , estrutura e evolução estelar, moções N-corpo em aglomerados de estrelas e galáxias , buracos negros , eo universo em expansão .

O objetivo da astronomia é compreender a física ea química do laboratório que está por trás de eventos cósmicos, de modo a enriquecer a nossa compreensão do cosmos e dessas ciências também.

Integrando astronomia e química

Astroquímica , a sobreposição das disciplinas de astronomia e química , é o estudo da abundância e reacções dos elementos químicos e moléculas no espaço, e a sua interacção com a radiação. A formação, a composição atómica e química, evolução e destino de nuvens de gás moleculares , é de interesse especial porque é destas nuvens que formam sistemas solares.

Astronomia de infravermelhos, por exemplo, revelou que o meio interestelar contém um conjunto de compostos de carbono em fase gasosa complexos chamados hidrocarbonetos aromáticos, frequentemente abreviado ( HAP ou PACs). Estas moléculas compostas principalmente de anéis fundidos de carbono (quer neutras ou em um estado ionizado) é dito ser a classe mais comum de composto de carbono no Galaxy. Eles também são a classe mais comum de molécula de carbono em meteoritos e em poeira de cometa e asteroidal ( poeira cósmica ). Estes compostos, assim como os aminoácidos, as nucleobases, e muitos outros compostos em meteoritos, transportar deutério ( 2 H) e isótopos de carbono, azoto, e oxigénio, que são muito raros na Terra, atestando a sua origem extraterrestres. O PAHs são pensados para formar em ambientes circumestelares quentes (cerca de morrer ricos em carbono gigantes vermelhas estrelas).

A escassez de resultados espaciais interestelares e interplanetários em alguma química incomum, já que reações proibida-simetria não pode ocorrer exceto no mais longo de escalas de tempo. Por este motivo, as moléculas e os iões moleculares, que são instáveis na terra pode ser altamente abundante no espaço, por exemplo, o H 3 + ião. Astrochemistry sobrepõe-se com astrofísica e física nuclear na caracterização das reações nucleares que ocorrem em estrelas, as consequências para a evolução estelar , bem como 'gerações' estelares. De fato, as reações nucleares em estrelas produzir cada ocorrência natural elemento químico . Como previamente os 'gerações' estelares, a massa dos elementos recém-formados aumenta. Uma estrela de primeira geração utiliza elementar de hidrogénio (H) como uma fonte de combustível e produz hélio (He). O hidrogénio é o elemento mais abundante, e é o bloco de construção básico para todos os outros elementos como o seu núcleo tem apenas um protão . Força gravitacional em direção ao centro de uma estrela cria enormes quantidades de calor e pressão, que causam a fusão nuclear . Através deste processo de fusão massa nuclear, elementos mais pesados são formados. Lítio , carbono , azoto e oxigénio são exemplos de elementos que formam em fusão estelar. Depois de muitas gerações estelares, elementos muito pesadas são formadas (por exemplo, ferro e chumbo ).

Ferramentas da astronomia teórica

Astrônomos teóricas usar uma grande variedade de ferramentas que incluem modelos analíticos (por exemplo, polytropes para aproximar os comportamentos de uma estrela ) e computacionais simulações numéricas . Cada um tem algumas vantagens. Modelos analíticos de um processo são geralmente melhor para dar uma visão sobre o coração do que está acontecendo. Modelos numéricos podem revelar a existência de fenômenos e efeitos que de outra forma não ser visto.

teóricos Astronomia esforçar para criar modelos teóricos e descobrir as consequências observacionais desses modelos. Isso ajuda observadores olhar para os dados que podem refutar um modelo ou ajudar na escolha entre vários modelos alternativos ou conflitantes.

Os teóricos também tentar gerar ou modificar modelos de ter em conta novos dados. Consistente com a abordagem científica em geral, no caso de uma inconsistência, a tendência geral é para tentar fazer modificações mínimas para o modelo para ajustar os dados. Em alguns casos, uma grande quantidade de dados inconsistentes ao longo do tempo pode levar ao abandono total de um modelo.

Temas de astronomia teórica

Tópicos estudados pelos astrônomos teóricas incluem:

  1. dinâmica estelar e evolução ;
  2. formação de galáxias ;
  3. estrutura em larga escala da matéria no Universo ;
  4. origem dos raios cósmicos ;
  5. relatividade geral e cosmologia física , incluindo corda cosmologia e física de astropartículas .

Relatividade astrophysical serve como uma ferramenta para avaliar as propriedades de estruturas de grande escala para o qual a gravidade desempenha um papel importante nos fenómenos físicos e investigado como a base para o buraco negro ( Astro ) física e o estudo de ondas gravitacionais .

modelos astronômicos

Algumas teorias e modelos amplamente aceitos e estudados na astronomia, agora incluídos no modelo Lambda-CDM são o Big Bang , a inflação cósmica , a matéria escura e teorias fundamentais da física .

Alguns exemplos deste processo:

processo físico ferramenta experimental Modelo teórico Explica / prediz
Gravitação radiotelescópios sistema de auto-gravitando Surgimento de um sistema de estrelas
Fusão nuclear espectroscopia evolução estelar Como as estrelas brilham e como metais formado
A grande explosão Telescópio espacial Hubble , COBE universo em expansão Idade do Universo
flutuações quânticas inflação cósmica problema planicidade
colapso gravitacional astronomia de raios-X Relatividade geral Os buracos negros no centro da galáxia de Andrômeda
Ciclo CNO em estrelas

Principais temas de astronomia teórica

A matéria escura e energia escura são os temas principais atuais em astronomia, como a sua descoberta e controvérsia surgiu durante o estudo das galáxias.

astrofísica teórica

Dos temas abordados com as ferramentas da física teórica, uma atenção especial é dada frequentemente a fotosferas estelares, atmosferas estelares, a atmosfera solar, atmosferas planetárias, nebulosas gasosas, estrelas não estacionários, e o meio interestelar. Especial atenção é dada à estrutura interna das estrelas.

princípio da equivalência fraco

A observação de um neutrino explosão dentro de 3 horas da rajada óptico associado de Supernova 1987A na grande nuvem de Magellanic (LMC) deu astrophysicists teóricos a oportunidade de testar que neutrinos e fotões seguem as mesmas trajectórias no campo gravitacional da Galaxy.

Termodinâmica para buracos negros estacionárias

A forma geral da primeira lei da termodinâmica para estacionárias buracos negros pode ser derivada a partir do integrante funcional microcanónico para o campo gravitacional. Os dados fronteira

  1. o campo gravitacional, tal como descrito com um sistema micocanonical numa região espacialmente e finito
  2. a densidade de estados expressa formalmente como um integrante funcional sobre métricas lorentzianas e como um funcional dos dados limite geométrico que são fixados na acção correspondente,

são as variáveis ​​termodinâmicas extensas, incluindo a energia e momento angular do sistema. Para o caso mais simples da mecânica não-relativística como é frequentemente observada em fenômenos astrofísicos associado com um horizonte de eventos do buraco negro, a densidade de estados pode ser expressa como um tempo real integrante funcional e posteriormente utilizado para deduzir-tempo imaginário de Feynman funcional integral para a canônica função de partição.

astrochemistry teórica

equações de reacção e as grandes redes de reacção são um instrumento importante na astrochemistry teórico, especialmente quando aplicado à química do gás de grãos do meio interestelar. astrochemistry teórica oferece a perspectiva de ser capaz de colocar restrições sobre o inventário de produtos orgânicos para entrega exógenos à Terra primitiva.

orgânicos interestelares

"Um objectivo importante para astrochemistry teórico é elucidar que orgânicos são de verdade origem interestelar, e para identificar possíveis precursores interstelares e vias de reacção para aquelas moléculas que são o resultado de alterações aquosas." Uma das maneiras este objetivo pode ser alcançado é através do estudo de material carbonáceo como encontrado em alguns meteoritos. Condritos carbonáceos (tal como C1 e C2) incluem compostos orgânicos, tais como aminas e amidas; álcoois, aldeídos e cetonas; hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos; sulfónico e ácidos fosfónicos; amino, hidroxicarboxílicos, ácidos carboxílicos e; purinas e pirimidinas; e querogénio materiais do tipo. Os estoques orgânicos de meteoritos primitivos exibir enriquecimentos grandes e variáveis em deutério, carbono-13 ( 13 C), e azoto-15 ( 15 N), o que é indicativo da sua retenção de um património interestelar.

Química em Comae cometary

A composição química de cometas deve reflectir ambas as condições na nebulosa solar exterior cerca de 4,5 x 10 9 ayr, e a natureza da nuvem interestelar nativo a partir do qual o sistema solar foi formado. Enquanto cometas manter uma forte assinatura de suas origens interestelares finais, processamento significativo deve ter ocorrido na nebulosa protosolar. Os primeiros modelos de química coma mostrou que as reacções podem ocorrer rapidamente em coma interior, onde as reacções mais importantes são as reacções de transferência de protões. Tais reacções podem potencialmente deutério ciclo entre as diferentes moléculas de coma, alterando as proporções iniciais D / H libertados a partir do gelo nuclear, e necessitando a construção de modelos precisos da química deutério cometary, de modo que as observações coma em fase gasosa pode ser extrapolada com segurança para dar D nuclear / rácios H.

astronomia química teórico

Enquanto as linhas de compreensão conceitual entre astrochemistry teórica e astronomia química teórica muitas vezes tornar-se turva para que as metas e ferramentas são os mesmos, há diferenças sutis entre as duas ciências. química teórica aplicada à astronomia busca para encontrar novas maneiras de observar químicos em objetos celestes, por exemplo. Isso muitas vezes leva a astrochemistry teórico ter que procurar novas maneiras de descrever ou explicar essas mesmas observações.

espectroscopia astronômica

A nova era da astronomia química teve de aguardar a enunciação clara dos princípios químicos de espectroscopia e teoria aplicável.

Química de condensação pó

radioactividade Supernova domina curvas de luz e a química de condensação poeira também é dominada por radioactividade. A poeira é geralmente carbono ou óxidos dependendo de qual é mais abundante, mas electrões Compton dissociar a molécula de CO em cerca de um mês. A nova química astronomia de sólidos supernovas depende da radioactividade Supernova:

  1. o radiogenesis de 44 Ca de 44 Ti decaimento após condensação de carbono estabelece a sua fonte Supernova,
  2. a sua opacidade é suficiente para deslocar as linhas de emissão blueward após 500 d e emite infravermelhos luminosidade significativa,
  3. taxas cinéticas paralelas determinar isótopos traço em grafites de supernovas meteoritos,
  4. a química é cinética em vez de, devido ao equilíbrio térmico e
  5. é possibilitada por radiodeactivation da armadilha de CO para o carbono.

astronomia física teórica

Como astronomia química teórica, as linhas de compreensão conceitual entre astrofísica teórica e astronomia física teórica são muitas vezes turva, mas, novamente, há diferenças sutis entre essas duas ciências. Física teórica aplicada à astronomia busca para encontrar novas maneiras de observar fenômenos físicos em objetos celestes e o que procurar, por exemplo. Isso muitas vezes leva a astrofísica teóricas que têm de procurar novas maneiras de descrever ou explicar essas mesmas observações, com esperamos uma convergência para melhorar a nossa compreensão do ambiente local da Terra e da física Universo .

interação fraca e nuclear decaimento beta duplo

elementos de matriz nuclear de operadores relevantes extraídas de dados e de um shell-modelo e aproximações teóricas tanto para a two-neutrino e modos neutrinoless de decadência são usadas para explicar os aspectos fracos de interação e de estrutura nuclear de nuclear duplo decaimento beta.

isótopos ricos em nêutrons

Novas isótopos ricos em neutrões, 34 Ne, 37 de Na e 43 Si ter sido produzido de forma não ambígua, pela primeira vez, e evidências convincentes para a instabilidade das partículas de três outros, 33 Ne, 36 Na, e 39 foi obtido Mg. Estes resultados experimentais comparar com as previsões teóricas recentes.

Teoria de manter o tempo astronômico

Até recentemente todas as unidades de tempo que aparecem natural para nós são causados ​​por fenômenos astronômicos:

  1. órbita da Terra em torno do Sol => do ano, e as estações do ano,
  2. Lua órbita ao redor da Terra => o mês,
  3. rotação da terra ea sucessão de claridade e escuridão => o dia (e noite).

Alta precisão parece problemático:

  1. amibiguities surgem na definição exata de uma rotação ou revolução,
  2. alguns processos astronômicos são desiguais e irregulares, como o noncommensurability do ano, mês e dia,
  3. há uma infinidade de escalas de tempo e calendários para resolver os dois primeiros problemas.

Algumas dessas escalas de tempo são tempo sideral , o tempo solar , e tempo universal .

tempo atômico

Exatidão histórica dos relógios atômicos de NIST .

A partir do Systeme Internationale (SI) vem a segunda, tal como definido pela duração de 9 192 631 770 ciclos de um determinado transição estrutura hiperfina no estado fundamental de césio-133 ( 133 Cs). Para facilidade de utilização prática de um dispositivo é necessário que as tentativas de produzir o segundo (s) SI, tais como um relógio atómico . Mas nem todos esses relógios concordar. A média ponderada de muitos relógios distribuídos por toda a Terra define o Temps Atomique Internacional ; ou seja, o Atomic Time TAI. A partir da teoria geral da relatividade do tempo medido depende da altitude sobre a Terra e a velocidade espacial do relógio para que TAI refere-se a um local no nível do mar que gira com a Terra.

tempo efemérides

Desde a rotação da Terra é irregular, qualquer escala de tempo derivada dela, como Greenwich Mean Time levou a problemas recorrentes na previsão do Efemérides para as posições da Lua , Sol , planetas e seus satélites naturais . Em 1976, a União Astronômica Internacional (IAU) resolveu que a base teórica para o tempo de efemérides (ET) foi totalmente não-relativista, e, portanto, começando em 1984 tempo efemérides seria substituído por mais duas escalas de tempo com provisão para correções relativistas. Seus nomes, atribuídos em 1979, enfatizou sua natureza dinâmica ou origem, Barycentric Dinâmicos Tempo (TDB) e Terrestrial Dinâmicos Tempo (TDT). Ambos foram definidos para a continuidade com ET e foram com base no que havia se tornado o segundo padrão SI, que por sua vez tinha sido derivada da segunda medida de ET.

Durante o período 1991-2006, a TDB e escalas de tempo TDT ambos foram redefinidos e substituído, devido a dificuldades ou inconsistências em suas definições originais. Os atuais escalas fundamentais tempo relativista são Geocêntrico coordenar o tempo (TCG) e Barycentric coordenar o tempo (TCB). Ambos têm taxas que são baseados na SI segundo nos respectivos quadros de referência (e hipoteticamente fora da gravidade relevante bem), mas devido a efeitos relativísticos, suas taxas parece um pouco mais rápido quando observadas na superfície da Terra, e, portanto, divergir locais escalas de tempo baseadas na terra usando o segundo SI na superfície da Terra.

O tempo IAU atualmente definido escalas também incluem Tempo Terrestre (TT) (substituindo TDT, e agora definido como um re-escalonamento da TCG, escolhido para dar TT uma taxa que corresponde ao SI segundo quando observados na superfície da Terra), e uma redefinição Barycentric Dinâmicos Time (TDB), um re-escalonamento da TCB para dar TDB uma taxa que corresponde à segunda SI na superfície da Terra.

Extraterrestre tempo de manutenção

escala de tempo dinâmica estelar

Para uma estrela , a escala de tempo dinâmico é definido como o tempo que seria necessário para uma partícula de teste lançado na superfície a cair sob a estrela potencial 's para o ponto central, se as forças de pressão eram insignificantes. Em outras palavras, a escala de tempo dinâmico mede a quantidade de tempo que levaria uma certa estrela em colapso na ausência de qualquer pressão interna . Por manipulação apropriada das equações de estrutura estelar esta pode ser encontrada para ser

onde R é o raio da estrela, G é a constante gravitacional , M é a massa da estrela e v é a velocidade de escape . Como exemplo, a Sun escala de tempo dinâmico é de aproximadamente 1133 segundos. Note-se que o tempo real que levaria uma estrela como o Sol a entrar em colapso é maior porque a pressão interna está presente.

O modo de 'fundamental' oscilatório de uma estrela será aproximadamente na escala de tempo dinâmica. Oscilações nessa freqüência são vistos em variáveis Cefeidas .

Teoria da navegação astronómica

Na terra

As características básicas de navegação astronómica aplicadas são

  1. utilizável em todas as áreas de vela ao redor da Terra,
  2. aplicável de forma autônoma (não depender dos outros - pessoas ou estados) e passiva (não emite energia),
  3. uso condicional através visibilidade óptica (de horizonte e corpos celestes), ou do estado de turvação,
  4. medição precisional, sextante é 0,1' , altitude e posição é entre 1,5' e 3,0' .
  5. determinação temporal, leva um par de minutos (usando o equipamento moderno mais) e ≤ 30 min (usando o equipamento clássico).

A superioridade dos sistemas de navegação por satélite para navegação astronômica Atualmente inegável, especialmente com o desenvolvimento e uso de GPS / NAVSTAR. Este sistema global por satélite

  1. permite automatizado posicionamento tridimensional, em qualquer momento,
  2. determina automaticamente a posição continuamente (a cada segundo ou ainda mais frequentemente),
  3. determina a posição independente das condições meteorológicas (visibilidade e nebulosidade),
  4. determina a posição em tempo real a alguns metros (duas frequências portadoras) e 100 m (receptores comerciais modestas), que é de duas a três ordens de magnitude melhor do que pela observação astronômica,
  5. é simples, mesmo sem conhecimento especializado,
  6. é relativamente barato, comparável a equipamentos para navegação astronómica, e
  7. permite a incorporação em sistemas automatizados e integrados de controlo e de direcção do navio. O uso da navegação astronómica ou celestial está a desaparecer a partir da superfície e abaixo ou acima da superfície da terra.

Astronomia Geodetic é a aplicação de astronômicos métodos em redes e projectos técnicos de geodésia para

Algoritmos astronômicos são os algoritmos usados para calcular efemérides , calendários , e as posições (como na navegação astronómica ou de navegação por satélite ).

Muitos cálculos astronômicos e navegação usar a figura da Terra como uma superfície que representa a terra.

A rotação Terra Internacional e Sistemas de Referência Serviço (IERS), anteriormente o Serviço Internacional de Rotação da Terra, é o órgão responsável por manter o tempo global e quadro de referência as normas, especialmente através de sua Orientação Terra Parâmetro (EOP) e Internacional Celestial Reference System grupos (ICRS) .

Espaço profundo

O Deep Space Network , ou DSN , é uma organização internacional de rede de grandes antenas e instalações de comunicação que suporta interplanetárias nave espacial missões e de rádio e radar astronomia observações para a exploração do sistema solar eo universo . A rede também oferece suporte selecionado missões em órbita da Terra. DSN faz parte da NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL).

A bordo de um veículo exploratório

Um observador torna-se um explorador espacial profunda sobre escapar da órbita da Terra. Enquanto o Deep Space Network mantém a comunicação e permite download de dados a partir de um navio de exploração, qualquer local de sondagem realizada por sensores ou sistemas ativos bordo geralmente requerem navegação astronómica, já que a rede delimitador de satélites para garantir o posicionamento exato está ausente.

Veja também

Referências

links externos