Кіріспе. 3.1.1. Астрофизика пәні, негізгі мәселелері

3.1.1. Астрофизика пәні, негізгі мәселелері

Астрофизика міндеті – Ғалам және жеке космостық объектілердің физикалық табиғаты мен эволюциясын зерттеу. Астрофизика – астрономияның негізгі және жылдам даму үстіндегі бөлімдерінің бірі. Ол астрономияның маңызды және жалпылама есептерін шешеді. Соңғы онжылдықтарда астрофизика астрономияның негізгі бөліміне айналды. Бірақ “Аспан механикасы”, “Астрометрия” сияқты “классикалық” бөлімдер өз құндылығын жойған жоқ, керісінше астрономияның дәстүрлі облыстарындағы жұмыстардың маңыздылығы өсуде. Қазіргі кезде астрономия біртұтас ғылым ретінде жүйелі түрде дамуда.

Астрофизика тарихында көптеген сілкіністер болғаны белгілі. Нәтижеде бірнеше жаңа бөлімдер пайда болды. XIX-XX ғғ. спектрлік сараптаудың ашылуы, фотографияның пайда болуы, фотоэлектр, радиоастрономия және атмосферадан тыс зерттеу әдістерінің меңгерілуі астрофизика дамуын жеделдетті және мүмкіндіктерін кеңейтті. ХХ ғасырда астрономия бүкілтолқындық болды, яғни электромагниттік сәулеленудің кез-келгені арқылы информация алуға болады.

Физикадағы даму және практикалық астрофизика әдістерінің арқасында теориялық астрофизика да дамыды. Астрофизиканың екі бөлімі де өз кезегінде бірнеше бөлімдерден тұрады. Теориялық астрофизика зерттеу объектілері бойынша былайша жіктеледі: жұлдыздар, Күн, планеталер, тұмандықтар, космостық сәулелер физикасы, космология және т.б. Практикалық астрофизика қолданатын әдістеріне қарай бөлінеді: астрофотометрия, астроспектрометрия, астрофотография, колориметрия және т.б. Жаңа әдістерді қолдануға негізделген теориялық астрофизика бөлімдері: радиоастрономия, атмосферадан тыс астрономия, рентген астрономиясы, гамма-астрономия, нейтринді астрономия. Соңғы уақытта астрофизикадағы динамикалық хаос проблемасы да өте өзекті. Қазіргі кезде осы бағытта қызу зерттеулер жүргізіліп, ол пәрменді даму үстінде.

3.1.2. Астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулелену аймағы

Көрінетін жарық - кванттар түрінде шығарылатын электромагниттік сәулеленудің дербес түрі екендігі белгілі.

Кванттар энергиясының өлшем бірлігі ретінде электрон-вольт (эв) қабылданған. Электронвольт - бұл потенциалдар айырымы 1 вольт электр өрісімен үдетілген еркін электронның алатын энергиясы.

Көрінетін жарық кванттарының энегриясы 2-3 эв-қа тең және астрофизикада зерттелетін электромагниттік сәулеленудің тек аз аймағын ғана қамтиды, ал негізінде астрофизикада зерттелетін сәулелену аймағы Мэв-тан (миллион эв - гамма-сәулелер) электрон-вольттың миллионнан бір (1/10⁶) үлесіне дейінгі (радиотолқындар) аралықтарды қамтиды. Бұл аралықта рентген, ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелер орналасқан.

Электромагниттік толқынның толқындық қасиетін ескере отырып, оны толқын ұзындығы және жиілігі арқылы сипаттауға болады: .

Кванттар энергиясы электромагниттік тербелістердің жиілігіне тура пропорционал, ал пропорционалдық коэффициент Планк тұрақтысы болып табылады h = 6,625 × 10 ^-27 эрг×сек, олай болса . Энергиясы 1 эв квантқа мынадай толқын ұзындығы және жиілігі сәйкес келеді: мк (микрон), Гц.

Көрінетін сәулелер аймағына жуықтап 0,39 мк-нан (көрінетін спектрдің күлгін шекарасы) 0,76 мк-ға (қызыл шекара) дейінгі аралық сәйкес келеді. Олардың арасында көрінетін спектрдің барлық түстері орналасқан: күлгін (0,39-0,45 мк), көк (0,45- 0,48 мк), көгілдір (0,48-0,51 мк), жасыл (0,51-0,57 мк), сары (0,57-0,585 мк), қызыл сары (0,58-0,62 мк) және қызыл (0,62-0,76 мк). Спектрдің көрінетін облысындағы сәулелердің астрономияда маңызы зор, өйткені Жер атмосферасы оларды жақсы өткізеді. Ал спектрдің басқа бөліктерінде сәулелер жұтылуы күштірек болғандықтан космостық сәулелер Жер атмосферасының белгілі бір деңгейіне дейін ғана келіп жетеді. Атмосфера спектрдің қысқа толқындық облысын күштірек жұтады, яғни ультракүлгін, рентген және гамма-сәулелерді. Оларды (ультракүлгіннен басқасын) тек ракеталар мен жасанды серіктер арқылы ғана бақылауға болады.

Көрінетін спектрден ұзын толқындарға қарай инфрақызыл сәулелер мен радиотолқындар орналасқан. Инфрақызыл сәулелердің басым бөлігі (1 микроннан бастап) ауа молекулаларымен жұтылады, негізінен су буы мен көмірқышқыл газы молекулаларымен. Жер атмосферасы 1 см-ден 20 метрге дейінгі аралықтағы радиотолқындар үшін мөлдір. Ұзындығы 1 см-ден аз толқындар (1 мм, 4.5 мм және 8 мм-ден басқасы) Жер атмосферасының төменгі қабаттарымен толық жұтылады, ал ондаған метрден ұзын толқындар атмосфераның ең жоғарғы қабаты - ионосферамен шағылады және жұтылады.