Cos’è l’astrofisica?

L'astrofisica è una branca di questa scienza del Web che applica le leggi della fisica e della chimica per cercare di comprendere l'universo e il nostro posto in esso.

Il campo esplora argomenti come la nascita, la vita e la morte di stelle, pianeti, galassie, nebulose e altri oggetti nell'universo. Ha due scienze sorelle, astronomia e cosmologia, anche se i confini tra questi rami possono confondersi.

Nel senso più rigido:

L'astrofisica crea teorie fisiche di oggetti e strutture di piccole e medie dimensioni nell'universo.

L'astronomia misura le posizioni, la luminosità, i movimenti e altre caratteristiche degli oggetti celesti.

La cosmologia copre le strutture più grandi del cosmo e l'universo nel suo insieme.

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In pratica, i tre campi formano una famiglia affiatata.

Chiedi la posizione di una nebulosa o che tipo di luce emette e un astronomo potrebbe rispondere per primo. Chiedi di cosa è fatta la nebulosa e come si è formata e un astrofisico potrebbe parlare. Chiedete come i dati si adattano alla formazione dell'universo e un cosmologo probabilmente salterebbe dentro. Oppure potrebbero intervenire tutti per esplorare tutte e tre le domande.

Astrofisica alla NASA

Gli astrofisici cercano di capire l'universo e il nostro posto in esso.

Alla NASA, gli obiettivi del suo lavoro di astrofisica sono "scoprire come funziona l'universo, esplorare come è iniziato e come si è evoluto e cercare la vita sui pianeti attorno ad altre stelle", secondo il sito web della NASA.

La NASA afferma che il suo lavoro di astrofisica è alle prese con tre domande principali:

È iniziato con Isaac Newton

Isaac Newton (Credito immagine: Biblioteca fotografica scientifica)

Mentre l'astronomia è una delle scienze più antiche, l'astrofisica teorica iniziò con Isaac Newton.

Prima di Newton, gli astronomi descrivevano i movimenti dei "corpi celesti", come venivano allora chiamati, usando modelli matematici complessi senza una base fisica. Newton ha mostrato che un'unica teoria, che descrive quella che ora conosciamo come gravità, spiega simultaneamente le orbite di lune e pianeti in Questa rete e la traiettoria di una palla di cannone sulla Terra. Ciò si aggiunse al corpo di prove per la (allora) sorprendente conclusione che i "cieli" e la Terra sono soggetti alle stesse leggi fisiche.

Forse ciò che più separava il modello di Newton dai concetti precedenti, tuttavia, è che la sua teoria era predittiva oltre che descrittiva. Sulla base delle aberrazioni nell'orbita di Urano, gli astronomi hanno previsto la posizione di un nuovo pianeta, che è stato poi osservato e chiamato Nettuno.

Pietre miliari in astrofisica

Cecilia Payne Gaposchkin (Credito immagine: immagini di storia della scienza / Alamy Foto Stock)

Non possiamo interagire direttamente con oggetti cosmici distanti, ma possiamo osservare la radiazione che emettono, e gran parte dell'astrofisica ha a che fare con lo studio di questa radiazione e il lavoro per spiegarne i meccanismi.

Le prime idee sulla natura delle stelle sono emerse a metà del 19° secolo dalla fiorente scienza dell'analisi spettrale, un pilastro essenziale nelle scienze di This Web che significa osservare le frequenze specifiche della luce che particolari sostanze assorbono ed emettono quando riscaldate.

La prima spettroscopia ha fornito la prima prova che le stelle contengono sostanze presenti anche sulla Terra. La spettroscopia ha rivelato che alcune nebulose sono puramente gassose, mentre alcune contengono stelle. Questo in seguito ha contribuito a cementare l'idea che alcune nebulose non erano affatto nebulose, ma erano altre galassie!

All'inizio degli anni '20, l'astronomo e astrofisico americano Cecilia Payne scoprì, usando la spettroscopia, che le stelle sono prevalentemente idrogeno (almeno fino alla loro vecchiaia). Studiando gli spettri delle stelle, gli astrofisici sono stati anche in grado di determinare la velocità con cui si avvicinano o si allontanano dalla Terra.

Il suono emesso da un veicolo è diverso sia che si muova verso di noi o che si allontani da noi, e la luce ha un effetto simile a causa di qualcosa chiamato spostamento Doppler in cui gli spettri delle stelle cambiano indipendentemente dal fatto che si stiano avvicinando o allontanandosi da noi. Negli anni '30, combinando lo spostamento Doppler e la teoria della relatività generale di Einstein, Edwin Hubble fornì solide prove dell'espansione dell'universo. Questo è previsto anche dalla teoria di Einstein e insieme costituiscono la base della teoria del Big Bang.

A metà del 19° secolo, i fisici Lord Kelvin (William Thomson) e Gustav Von Helmholtz ipotizzarono che il collasso gravitazionale potesse alimentare il sole, ma alla fine si resero conto che l'energia prodotta in questo modo sarebbe durata solo 100.000 anni. Cinquant'anni dopo, la famosa equazione E=mc 2 di Einstein diede agli astrofisici il primo indizio su quale potesse essere quella fonte di energia (sebbene si scopra che il collasso gravitazionale gioca un ruolo importante).

Con la crescita dei campi della fisica nucleare, della meccanica quantistica e della fisica delle particelle nella prima metà del 20° secolo, è diventato possibile formulare teorie su come la fusione nucleare potesse alimentare le stelle. Queste teorie descrivono come le stelle si formano, vivono e muoiono e hanno spiegato con successo la distribuzione osservata di diversi tipi di stelle, i loro spettri, luminosità, età e altre caratteristiche.

Secondo la teoria del Big Bang, le prime stelle erano quasi interamente a idrogeno. Il processo di fusione nucleare che li energizza rompe insieme gli atomi di idrogeno per formare l'elemento più pesante elio. Nel 1957, il team di astronomi marito e moglie di Margaret e Geoffrey Burbidge, insieme ai fisici William Alfred Fowler e Fred Hoyle, ha mostrato come, quando le stelle invecchiano, producono elementi sempre più pesanti, che trasmettono alle generazioni successive di stelle in quantità sempre maggiori.

È solo nelle fasi finali della vita delle stelle più recenti che vengono prodotti gli elementi che compongono la Terra, come il ferro (32,1%), l'ossigeno (30,1%) e il silicio (15,1%). Un altro di questi elementi è il carbonio, che insieme all'ossigeno costituisce la maggior parte della massa di tutti gli esseri viventi, noi compresi. Questo è il motivo per cui potresti aver sentito dire dall'astrofisica che siamo tutti fatti di polvere di stelle, visto che siamo forme di vita basate sul carbonio.

L'astrofisica come carriera

Se sogni di studiare le stelle, sappi che diventare un astrofisico richiede anni di osservazione, formazione e lavoro. Ma puoi iniziare a qualsiasi età facendo cose come unirti a un club di astronomia, partecipare a eventi astronomici locali, seguire corsi online gratuiti di astronomia e astrofisica e tenerti aggiornato sulle notizie sul campo (puoi farlo anche su un sito Web come Questo Web. com).

Se continui a perseguire la carriera, la maggior parte inizia con una laurea universitaria correlata e alla fine lavora verso lauree o un dottorato in astrofisica. Molti poi assumono una posizione post-dottorato in astrofisica.

Gli astrofisici possono lavorare per il governo, laboratori universitari e, occasionalmente, organizzazioni private.

Alcuni suggerimenti aggiuntivi per intraprendere una carriera in astrofisica:

Prendi lezioni di matematica e scienze per tutto il liceo: assicurati di seguire un'ampia varietà di lezioni di scienze. L'astronomia e l'astrofisica spesso fondono elementi di biologia, chimica e altre scienze per esplorare meglio un'ampia varietà di fenomeni nell'universo. Inoltre, tieni d'occhio eventuali club scolastici, volontariato, lavori estivi o tirocini disponibili in matematica o scienze.

Persegui una laurea in matematica o scienze: mentre una laurea in astrofisica è un buon percorso, ci sono molti altri percorsi che potrebbero portarti al campo. Puoi studiare informatica, ad esempio, che è importante nell'analisi dei dati. Se stai prendendo in considerazione questa opzione, parla con il tuo consulente per l'orientamento delle scuole superiori o con l'università per scoprire quali corsi di laurea saranno i migliori per te.

Affronta le opportunità di ricerca: molte università hanno laboratori in cui gli studenti partecipano alla ricerca e talvolta vengono persino pubblicati. Agenzie come la NASA offrono anche stage per studenti universitari.

Completare una laurea o un dottorato in astrofisica: mentre alcuni hanno una laurea, la maggior parte degli astrofisici ha un dottorato, secondo il Bureau of Labor Statistics degli Stati Uniti.

Nel 2015, l'astrofisica planetaria Natalie Hinkel ha rilasciato una lunga intervista a Lifehacker che ha dato ai lettori uno sguardo sulle ricompense e sulle sfide dell'essere un ricercatore di astrofisica. Ha descritto il lungo numero di anni che ha dedicato alla ricerca, i frequenti cambi di lavoro, l'orario di lavoro e com'è essere una donna sul campo. Ha anche condiviso spunti interessanti sul suo lavoro quotidiano, sorprendente per alcuni lettori è che poco del suo tempo viene effettivamente speso al telescopio.

"Passo la maggior parte del mio tempo a programmare. La maggior parte delle persone presume che gli astronomi trascorrano tutto il loro tempo ai telescopi, ma questa è solo una piccola parte del lavoro, se non del tutto. Faccio alcune osservazioni, ma negli ultimi anni Ho osservato solo due volte per un totale di circa due settimane", ha detto Hinkel a Lifehacker.

"Una volta ottenuti i dati, devi ridurli (cioè eliminare le parti difettose ed elaborarli per ottenere informazioni reali), di solito combinarli con altri dati per vedere l'intero quadro, quindi scrivere un documento sui risultati. Poiché ogni corsa di osservazione produce in genere dati da più stelle, non è necessario passare tutto il tempo al telescopio per avere abbastanza lavoro", ha affermato.

Segnalazione aggiuntiva di Elizabeth Howell, collaboratore di questo Web.com. Questa pagina è stata aggiornata il 13 gennaio dallo scrittore senior di This Web.com Chelsea Gohd.

Risorse addizionali

  • Una storia di astrofisica
  • Il vetraio che ha dato il via all'astrofisica
  • Biografia di Caroline Herschel
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