天文学は、天体や宇宙で起こる現象を研究する自然科学です。数学、物理学、化学を用いて、それらの起源と全体的な進化を説明します。研究対象となる天体には、惑星、衛星、恒星、星雲、銀河、流星体、小惑星、彗星などがあります。関連する現象には、超新星爆発、ガンマ線バースト、クエーサー、ブレーザー、パルサー、宇宙マイクロ波背景放射などがあります。より一般的には、天文学は地球の大気圏外から発生するすべてのものを研究します。宇宙論は、宇宙全体を研究する天文学の一分野です。
天文学は最も古い自然科学の一つです。記録に残る歴史上の初期の文明は、夜空を体系的に観測していました。これには、エジプト人、バビロニア人、ギリシャ人、インド人、中国人、マヤ人、そしてアメリカ大陸の多くの古代先住民が含まれます。かつて、天文学は、天体測定、天体航法、観測天文学、暦の作成など、多岐にわたる分野を含んでいました。
天文学は、アマチュアが積極的に貢献する数少ない科学分野の一つです。特に、突発的な天体現象の発見や観測においては、その貢献が顕著です。アマチュア天文家は、新たな彗星の発見など、数々の重要な発見に貢献してきました。
天文学(ギリシャ語のἀστρονομία(ἄστρον astron「星」と-νομία -nomia ( νόμος nomos 「法則」または「規則」)に由来)は、天体の研究を意味する。[ 1 ]天文学は、人間の出来事が天体の位置と相関していると主張する信仰体系である占星術と混同してはならない。この2つの分野は共通の起源を持つが、物理学に裏付けられている天文学とそうでない占星術によって区別されるようになった。[ 2 ]
現代の用法では、 「天文学」と「天体物理学」はほぼ同義語です。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]辞書の定義では、「天文学」は「地球の大気圏外の物体や物質、およびそれらの物理的・化学的性質の研究」[ 6 ]であり、「天体物理学」は「天体や天体の現象の挙動、物理的性質、および動的プロセス」を扱う天文学の一分野です。[ 7 ]フランク・シューの入門書『物理宇宙』の序文のように、「天文学」は主題の定性的な研究を意味し、「天体物理学」は物理学指向の主題を意味する場合もあります。[ 8 ]天体測定学などの一部の分野は、この意味では天体物理学ではなく純粋に天文学です。研究部門は、その部門が歴史的に物理学部門と提携していたかどうかに応じて「天文学」と「天体物理学」を使用することがあり、[ 4 ]多くのプロの天文学者は天文学の学位ではなく物理学の学位を持っています。[ 5 ]したがって、現代では、この2つの用語はしばしば互換的に使用される。[ 3 ]

天文学の初期発展は、農業暦などの実用的なニーズによって推進されました。記録された歴史以前には、ストーンヘンジなどの考古学的遺跡が、古代の人々が天体観測に関心を持っていた証拠を提供しています。[ 12 ] : 15また、太陽、月、星、7つの星の集まりを含む星として解釈されるシンボルが象嵌されたネブラの天球円盤 などの遺物からも証拠が得られます。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]上エジプトのナブタ・プラヤにある巨石建造物には、シリウスのヘリアカル・ライジングに合わせた天文学的な暦の配置があり、ナイル川の年間洪水の年間暦の較正を支えていました。[ 16 ]

エジプト、メソポタミア、ギリシャ、インド、中国などの文明は、それぞれ独立して、しかし異文化の影響を受けながら、天文観測所を建設し、暦や天文観測機器とともに宇宙の性質に関する考え方を発展させた。[ 18 ]初期の重要な発展は、バビロニア人の間で数学的および科学的天文学が始まったことであり、他の文明の天文学的伝統の基礎を築いた。[ 19 ]バビロニア人は、月食が223朔望月のサロス周期で繰り返されることを発見した。[ 20 ]
バビロニア人の後、古代ギリシャとヘレニズム世界で大きな進歩が見られました。ギリシャの天文学は、天体現象に対する合理的で物理的な説明を求めました。[ 21 ] 紀元前4世紀、ヘラクレイデス・ポンティクスは、地球が自転していると初めて提唱しました。[ 22 ]紀元前3世紀、サモスのアリスタルコスは、月と太陽の大きさと距離を推定し、地球と惑星が太陽の周りを回転するという太陽系のモデルを提唱しました。これは現在、地動説と呼ばれています。[ 23 ]紀元前2世紀、ヒッパルコスは月の大きさと距離を計算し、アストロラーベなどの最古の天文機器を発明しました。[ 24 ]彼はまた、現在では歳差運動によって引き起こされることがわかっている、恒星に対する春分点と夏至点の位置のわずかなずれも観測しました。[ 12 ]ヒッパルコスは1020個の星のカタログも作成しており、北半球の星座のほとんどはギリシャ天文学に由来する。 [ 25 ]アンティキティラ島の機械(紀元前150~80年頃)は、特定の日付における太陽、月、惑星の位置を計算するために設計された初期のアナログコンピュータであった。同様の複雑さを持つ技術的遺物は、機械式天文時計がヨーロッパに登場した14世紀まで再び現れなかった。 [ 26 ]
古代ギリシャ時代以降、天文学は地球中心説、すなわちクラウディオス・プトレマイオスにちなんで名付けられたプトレマイオス体系によって支配されました。彼の13巻からなる天文学書は、アラビア語訳ではアルマゲストと呼ばれ、1000年以上にわたって主要な参考文献となりました。[ 27 ] : 196 この体系では、地球が宇宙の中心であり、太陽、月、星がその周りを回転していると考えられていました。[ 28 ]この体系は最終的には否定されることになりますが、当時入手可能な天体の位置に関する最も正確な予測を提供しました。[ 27 ]
貿易や文化交流を通じてヘレニズム天文学がインドに伝来したことで、インドの天文学は西暦初期の数世紀に新たな段階に入った。[ 29 ] ヴェーダーンガ・ジョーティシャに記録されているような初期の土着の伝統は暦の基礎を提供し、ギリシャの天文学モデルは後にアーリヤバタ、ヴァラーハミヒラ、ブラフマグプタなどの学者によって統合された。[ 30 ]アーリヤバタは惑星の動きや日食の計算方法を著しく改善した。[ 31 ]中世後期には、ケーララ学派が洗練された観測方法とより正確な惑星と日食の計算を通じて天文学に貢献した。[ 32 ]

中世イスラム世界では天文学が隆盛を極め、 9世紀初頭には天文台が設立された。 [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] 964年、ペルシャのイスラム教徒の天文学者アブド・アル・ラフマン・アル・スーフィーは、著書『恒星の書』の中で、局所銀河群最大の銀河であるアンドロメダ銀河について記述した。[ 37 ]過去1000年間で最も明るい見かけの等級の恒星現象であるSN 1006超新星は、 1006年にエジプトのアラビア人天文学者アリー・イブン・リドワンと中国の天文学者によって観測された。 [ 38 ]イランの学者アル・ビールーニーは、プトレマイオスとは異なり、太陽の遠地点(天球の最高点)は固定されておらず、移動していることを観察した。[ 39 ] [ 40 ]アラビアの天文学者たちは、現在個々の星に使われている多くのアラビア語の名前を導入した。[ 41 ]
グレート・ジンバブエとティンブクトゥの遺跡[ 42 ]には天文観測所があった可能性がある[ 43 ] 。後古典期の西アフリカでは、天文学者たちは星の動きと季節との関係を研究し、複雑な数学的計算に基づいて天体の図表や他の惑星の軌道図を作成した[ 44 ] 。ソンガイの歴史家マフムード・カティは1583年に流星群を記録した[ 45 ]。
中世ヨーロッパでは、リチャード・オブ・ウォリングフォード(1292–1336)が、惑星と他の天体の間の角度を測定できる最初の天文時計であるレクタンギュラスを発明し[ 46 ] 、月、太陽、惑星の経度などの天文学的計算に使用できるアルビオンと呼ばれる赤道儀も発明した[ 47 ]。ニコール・オレーム(1320–1382)は地球の自転の証拠について論じた[ 48 ] 。ジャン・ブリダン(1300–1361)は、天体の動きを含む運動を説明するインペタス理論を発展させた[ 49 ] [ 50 ]。6 世紀以上にわたり(中世後期の古代の学問の復興から啓蒙時代まで)、ローマ・カトリック教会は、おそらく他のすべての機関よりも多くの財政的および社会的支援を天文学の研究に与えた。教会の動機の一つは、復活祭の日付を見つけることだった。[ 51 ]
ルネサンス期、ニコラウス・コペルニクスは太陽系の地動説を提唱した。[ 52 ]彼のモデルは円軌道を維持していたものの、惑星の軌道の大きさや周期を計算するには十分であった。コペルニクスの天文学の魅力的な簡潔さは、1600年代にガリレオの望遠鏡による観測で確認される以前から、天文学者の間で受け入れられるに至った。[ 12 ]: 40

1608 年頃に望遠鏡が発明され、1610 年までにガリレオ・ガリレイは金星の満ち欠けが月と似ていることを観測し、地動説を支持した。[ 12 ]ほぼ同時期に、ヨハネス・ケプラーによって地動説が定量的に体系化された。[ 53 ]ケプラーは、ティコ・ブラーエによる 20 年間の綿密な観測を分析し、太陽の周りの惑星の運動の詳細を記述するシステムを考案した。[ 54 ] : 4 [ 55 ]ケプラーはコペルニクスの等速円運動を捨てて楕円運動を支持したが、[ 12 ]彼が書き留めた法則の背後にある理論を定式化することには成功しなかった。[ 56 ]最終的に惑星の運動を説明したのは、天体力学の発明と万有引力の法則を考案したアイザック・ニュートンであった。 [ 57 ]ニュートンは反射望遠鏡も開発した。[ 58 ]ニュートンはリチャード・ベントレー と共同で、星は太陽に似ているが、はるかに遠いと提唱した。[ 54 ]
新しい望遠鏡は星に関する考え方も変えました。1610年までにガリレオは、私たちが天の川と呼ぶ夜空を横切る光の帯が多数の星で構成されていることを発見しました。[ 12 ] : 48 1668年、ジェームズ・グレゴリーは木星の光度をシリウスと比較して、その距離を83,000 AU以上と推定しました。[ 54 ]イギリスの天文学者で、イギリス初の王室天文官であるジョン・フラムスティードは3000個以上の星をカタログ化しましたが、そのデータは1712年に彼の意に反して出版されました。[ 59 ]天文学者のウィリアム・ハーシェルは星雲と星団の詳細なカタログを作成し、1781年に最初の新惑星である天王星を発見しました。 [ 60 ]フリードリヒ・ベッセルは1838年に恒星視差の技術を開発したが、その適用が非常に困難であったため、1900年までに測定された星は約100個に過ぎなかった。[ 54 ]
18世紀から19世紀にかけて、レオンハルト・オイラー、アレクシス・クロード・クレロー、ジャン・ル・ロン・ダランベールによる三体問題の研究により、月や惑星の運動に関するより正確な予測が可能になった。この研究はジョゼフ=ルイ・ラグランジュとピエール=シモン・ラプラスによってさらに洗練され、惑星や衛星の質量を摂動から推定できるようになった。[ 61 ]
天文学における大きな進歩は、分光器や天体写真などの新技術の導入によってもたらされた。1814年から1815年にかけて、ジョセフ・フォン・フラウンホーファーは太陽や他の星のスペクトルに約574本の暗線を発見した。 [ 62 ] [ 63 ] 1859年、グスタフ・キルヒホフはこれらの線をさまざまな元素の存在に起因するものとした。[ 64 ]

1700年代後半、ウィリアム・ハーシェルは地球から見て様々な方向にある星の分布を地図に描き、宇宙は太陽を中心とした星の円盤、すなわち天の川から構成されていると結論づけた。ジョン・ミッチェルが星の固有光度が異なることを実証し、さらにハーシェル自身がより強力な望遠鏡を用いてあらゆる方向に星が存在することを観測した後、天文学者たちは、ぼやけた渦巻星雲のいくつかは遠く離れた島宇宙であると考えるようになった。[ 54 ] : 6

地球の銀河である天の川を含む銀河が星の集まりとして存在することが証明されたのは20世紀になってからのことである。[ 68 ] 1912年、ヘンリエッタ・リービットは、明確な周期的な光度変化を持つケフェイド変光星を発見した。この光度変化を利用して星の真の光度を決定し、それが距離推定の正確なツールとなる。ハーロー・シャプレーはケフェイド変光星を用いて、天の川の最初の正確な地図を作成した。[ 54 ] : 7エドウィン・ハッブルはフッカー望遠鏡を用いて、いくつかの渦巻星雲でケフェイド変光星を特定し、1922年から1923年にかけて、アンドロメダ星雲やさんかく座などが、我々の銀河系外にある完全な銀河であることを決定的に証明し、宇宙が多数の銀河から成り立っていることを証明した。[ 69 ]
アルバート・アインシュタインが1917年に一般相対性理論を発表したことで、宇宙全体の理論モデルの現代が始まった。[ 70 ] 1922年、アレクサンダー・フリードマンは、宇宙の静的、膨張、収縮の解を示す簡略化されたモデルを発表した。[ 54 ] : 13 1929年、ハッブルは、銀河はすべて地球から距離に比例した速度で遠ざかっているという観測結果を発表した。この関係は現在ハッブルの法則として知られている。この関係は、宇宙が膨張している場合に予想されるものである。[ 54 ] : 13その結果、宇宙はかつて非常に高密度で高温であったというビッグバン概念(1927年にジョルジュ・ルメートルによって提唱された概念)[ 71 ]が議論されたが、それを裏付ける実験的証拠は得られなかった。 1940年代以降、高密度条件下での核反応速度が研究され、1940年代後半から1950年代前半にかけてビッグバン原子核合成のモデルが確立された。そして1965年には宇宙マイクロ波背景放射が発見され、ビッグバンの証拠が確固たるものとなった。[ 54 ]: 16
天体物理学はブラックホール[ 72 ]や中性子星[ 73 ]などの天体の存在を予測した。89 [ 74 ]これらはクエーサー[ 75 ]やパルサー[ 76 ]などの現象を説明するために使用されてきた。
宇宙望遠鏡は、通常は大気によって遮られたりぼやけたりする電磁スペクトルの部分での測定を可能にした。[ 77 ] LIGOプロジェクトは2015年に重力波の証拠を検出した。 [ 78 ] [ 79 ]

観測天文学はさまざまな波長の電磁波に依存しており、天文学の形態は、観測が行われる電磁スペクトルの対応する領域に応じて分類されます。 [ 80 ]これらのサブフィールドに関する具体的な情報は以下に記載されています。

電波天文学は、主に1ミリメートルから15メートル(周波数は20MHzから300GHz )の長波長の放射線を使用し、可視光の範囲をはるかに超えています。 [ 81 ]通常は目に見えないガスである水素は、電波波長で観測可能な21cm (1420MHz )のスペクトル線を生成します。[ 82 ]電波波長で観測可能な天体には、星間ガス、[ 82 ]パルサー、[ 82 ]高速電波バースト、[ 82 ]超新星、[ 83 ]および活動銀河核[ 84 ]などがあります。
赤外線天文学は、可視光線よりも波長が長く、人間の視覚の範囲外にある赤外線放射を検出します。赤外線スペクトルは、惑星、星周円盤、星雲など、可視光を放射するには低温すぎる天体を研究するのに役立ちます。これらの天体は、光が塵によって遮られています。赤外線の波長が長いため、可視光を遮る塵の雲を透過することができ、分子雲や銀河の中心部に埋め込まれた若い星を観測することができます。広視野赤外線探査衛星(WISE)による観測は、多数の銀河原始星とその宿主星団を明らかにするのに特に効果的でした。[ 85 ] [ 86 ]
可視光に近い赤外線波長を除いて、このような放射線は大気によって強く吸収されるか、大気自体がかなりの赤外線放射を発するため遮蔽されます。したがって、赤外線観測所は地球上または宇宙の高地で乾燥した場所に設置する必要があります。[ 87 ]一部の分子は赤外線で強く放射します。これにより、宇宙の化学を研究することができます。[ 88 ]
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は赤外線を感知して非常に遠い銀河を検出します。これらの銀河からの可視光は何十億年も前に放出され、宇宙の膨張によって光が赤外線領域にシフトしました。天文学者はこれらの遠い銀河を研究することで、最初の銀河の形成について知ることができると期待しています。[ 89 ]
歴史的に、可視光天文学とも呼ばれる光学天文学は、最も古い天文学の形態です。[ 90 ]観測画像は当初、手描きで作成されていました。19 世紀後半から 20 世紀の大半にかけては、写真装置を使用して画像が作成されました。現代の画像は、特に電荷結合素子(CCD) を使用したデジタル検出器を使用して作成され、最新の媒体に記録されます。可視光自体は約 380 ~ 700 nmの範囲に広がっていますが[ 91 ]、同じ装置を使用して近紫外線や近赤外線の一部を観測することもできます。[ 92 ]
紫外線天文学は、地球の大気に吸収される紫外線波長を利用するため、上層大気または宇宙からの観測が必要です。紫外線天文学は、これらの波長で非常に明るい高温の青色OB星からの熱放射とスペクトル輝線の研究に最適です。[ 93 ]

X線天文学は、極めて高温で高エネルギーのプロセスによって生成されるX線放射を利用します。X線は地球の大気に吸収されるため、観測は気球、ロケット、または特殊な衛星などから高高度で行う必要があります。X線源には、 X線連星、超新星残骸、銀河団、活動銀河核などがあります。[ 94 ]太陽の表面は比較的低温であるため、太陽や他の星のX線画像は、高温の太陽コロナに関する貴重な情報を提供します。[ 95 ]
ガンマ線天文学は、電磁スペクトルの最短波長(最高エネルギー)で天体を観測します。ガンマ線は、コンプトンガンマ線観測所などの衛星[ 96 ]や、大気チェレンコフ望遠鏡と呼ばれる特殊な望遠鏡によって直接観測できます。チェレンコフ望遠鏡はガンマ線を直接検出するのではなく、ガンマ線が地球の大気に吸収されたときに発生する可視光の閃光を検出します。[ 97 ] [ 98 ]ガンマ線天文学は、宇宙線 の起源、暗黒物質の消滅イベントの可能性、活動銀河核(AGN)からの相対論的粒子流出、およびAGNを遠方の光源として使用して銀河間空間の特性に関する情報を提供します。[ 99 ]ガンマ線バーストは、一時的に放射する非常にエネルギーの高いイベントであり、宇宙で最も明るい(最も光度の高い)現象です。[ 100 ]

遠方から発生する現象の中には、電磁波に依存しないシステムを使用して地球から観測できるものもある。[ 101 ] [ 102 ]
ニュートリノ天文学では、天文学者はニュートリノの検出にSAGE、GALLEX、神岡II/IIIなどの厳重に遮蔽された地下施設を使用します。地球を通過するニュートリノの大部分は太陽に由来しますが、1987A超新星からも24個のニュートリノが検出されました。宇宙線は、地球の大気に入ると崩壊または吸収される非常に高エネルギーの粒子(原子核)で構成されており、現在の観測所で検出できる二次粒子の連鎖を引き起こします。[ 101 ]
重力波天文学では、重力波検出器を用いて遠方の巨大天体に関する観測データを収集します。レーザー干渉計重力観測所LIGOなど、いくつかの観測所が建設されています。LIGO は2015 年 9 月 14 日に最初の重力波を検出し、連星ブラックホールからの重力波を観測しました。[ 102 ] [ 103 ] 2015 年 12 月 26 日に 2 番目の重力波が検出され、追加の観測が継続される予定ですが、重力波には非常に高感度の機器が必要です。[ 104 ] [ 105 ]
電磁波、ニュートリノ、重力波、その他の補完的な情報を用いた観測の組み合わせは、マルチメッセンジャー天文学として知られています。[ 106 ] [ 107 ]

天文学、そして科学全体の中でも最も古い分野の一つが、天体の位置を測定する天体測定学である。[ 108 ]歴史的に、太陽、月、惑星、恒星の位置を正確に知ることは、天体航法(天体を利用して航法を導くこと)や暦の作成に不可欠であった。[ 109 ]惑星の位置を注意深く測定することで、重力摂動の確固たる理解と、惑星の過去と未来の位置を非常に高い精度で決定する能力がもたらされ、これは天体力学として知られる分野である。[ 110 ]近傍の恒星の恒星視差の測定は、宇宙の規模を測定するために使用される宇宙距離梯子の基本的な基準を提供する。近傍の恒星の視差測定は、それらの特性を比較できるため、より遠方の恒星の特性の絶対的な基準を提供する。[ 111 ]恒星の視線速度[ 112 ] [ 113 ]および固有運動の測定により、天文学者はこれらの系の天の川銀河内での動きをプロットすることができます。[ 114 ]

物理宇宙論は、宇宙の大規模構造を研究する学問であり、宇宙の形成と進化を理解しようとするものです。現代宇宙論の根幹をなすのは、広く受け入れられているビッグバン理論です。これは、宇宙が極めて高密度で高温の状態から始まり、138億年かけて膨張し、現在の状態になったという概念です。[ 115 ] [ 116 ]ビッグバン理論は、1965年にマイクロ波背景放射が発見された後に広く受け入れられるようになりました。 [ 116 ]ダークマターとダークエネルギーは現在、宇宙の質量の96%を占めていると考えられています。そのため、これらの成分の物理を理解するために多大な努力が払われています。[ 117 ]

銀河系外の天体の研究は、銀河の形成と進化、その形態(記述)と分類、活動銀河の観測、そしてより大きなスケールでの銀河群と銀河団に関係しています。これらは宇宙の大規模構造の理解に役立ちます。[ 109 ]
銀河天文学は、太陽系を含む局所銀河群の代表的なメンバーである棒渦巻銀河、天の川銀河を含む銀河を研究する。天の川銀河は、ガス、塵、星、その他の天体が相互の重力によって結びついた回転する塊である。地球は塵の多い外側の腕の中にあるため、天の川銀河の大部分は視界から遮られている。[ 109 ]: 837–842、944
天の川銀河や他の銀河の物質の運動学的研究によると、可視物質で説明できる以上の質量が存在する。暗黒物質ハローが質量の大部分を占めているようだが、この暗黒物質の性質は未だ解明されていない。[ 118 ]
星と恒星進化の研究は、宇宙を理解する上で基礎となるものです。星の天体物理学は、観測と理論的理解、そして内部のコンピュータシミュレーションによって解明されてきました。[ 119 ]研究対象には、巨大分子雲における星形成、原始星の形成、核融合と主系列星への移行、そして元素合成の実施が含まれます。[ 120 ]さらに研究対象となったプロセスには、超新星爆発[ 122 ]または白色矮星で終わる恒星進化が含まれます。外層の放出によって惑星状星雲が形成されます。[ 123 ]超新星爆発の残骸は高密度の中性子星、あるいは恒星質量が太陽の少なくとも3倍であった場合はブラックホールになります。[ 124 ]

太陽天文学は、恒星型G2 Vの典型的な主系列矮星であり、約46億歳(Gyr)の太陽を研究する学問である。この科学で研究されているプロセスには、黒点周期[ 125 ] 、太陽の光度変化(定常的および周期的)[ 126 ] [ 127 ] 、そして太陽の様々な層、すなわち核融合が起こる中心部、放射層、対流層、光球、彩層、コロナの挙動[ 109 ]が含まれる。498–502

惑星科学とは、太陽の周りを公転する惑星、衛星、準惑星、彗星、小惑星、その他の天体、および遠方の恒星の周りを公転する系外惑星の集合体を研究する学問である。太陽系は、当初は望遠鏡によって、その後は宇宙船によって、比較的よく研究されてきた。[ 128 ] [ 129 ]
研究対象となったプロセスには、惑星分化、惑星磁場の生成とそれによって引き起こされる影響[ 130 ] 、衝突、放射性崩壊、潮汐加熱などによる惑星内部での熱の発生などがある。その熱は、火山活動、地殻変動、表面侵食などの地質学的プロセスを引き起こし、これらは地質学の分野で研究されている[ 131 ] 。
宇宙化学は天文学と化学の重なり合う分野です。宇宙における分子の存在量と反応、そして放射線との相互作用を研究します。「宇宙化学」という言葉は、太陽系と星間物質の両方に適用できます。この分野の研究は、例えば太陽系の形成の理解に貢献しています。[ 132 ]
宇宙生物学(または外生物学[ 133 ])は、地球以外の場所での生命の起源とその発達を研究します。地球外生命が存在するかどうか、存在する場合、人間がそれをどのように検出できるかを検討します。[ 134 ]天文学、生化学、地質学、微生物学、物理学、惑星科学を利用して、他の惑星での生命の可能性を調査し、地球とは異なる可能性のある生物圏を認識するのに役立ちます。 [ 135 ]生命の起源と初期進化は、宇宙生物学の学問分野の不可分な部分です。[ 136 ]これには、惑星系の起源、宇宙における有機化合物の起源、岩石-水-炭素の相互作用、地球上の生命の自然発生、惑星の居住可能性、生命検出のためのバイオシグネチャーの研究、地球上および宇宙空間での課題に生命が適応する可能性の研究が含まれます。[ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]
天文学と天体物理学は、他の主要な科学分野と学際的なつながりを築いてきました。考古天文学は、考古学的および人類学的証拠を用いて、古代または伝統的な天文学を文化的文脈の中で研究する学問です。 [ 140 ]天体統計学は、大量の観測天体物理データの分析に統計学を応用する学問です。[ 141 ]最後に、 「法医学天文学」として、天文学の手法は美術史の問題[ 142 ] [ 143 ]や、時には法律の問題[ 144 ]の解決に用いられてきました。

天文学は、アマチュアが最も貢献できる科学の 1 つです。[ 145 ]アマチュア天文家は、集団として、時には市販の機器や自作の機器を使用して、天体や現象を観測します。一般的な観測対象には、太陽、月、惑星、恒星、彗星、流星群、星団、銀河、星雲などの深宇宙天体が含まれます。世界中の天文クラブには、メシエカタログ (110 個の天体) やハーシェル 400 カタログのすべての天体を観測するなどの観測プログラムを設定および実行するのを支援するプログラムがあります。[ 146 ] [ 147 ] ほとんどのアマチュアは可視波長で作業しますが、可視スペクトル外の波長で実験した人もいます。アマチュア電波天文学の先駆者であるカール・ジャンスキーは、天の川の中心で電波源を発見しました。[ 148 ] アマチュア天文家の中には、自作の望遠鏡や、もともと天文学研究用に作られた電波望遠鏡(例えば、ワンマイル望遠鏡)を使用する人もいる。[ 149 ] [ 150 ]
アマチュアは掩蔽測定を行い、小惑星の軌道をより正確に測定することができます。彗星を発見したり、変光星の定期的な観測を行ったりすることもできます。デジタル技術の進歩により、アマチュアは天体写真の分野でも進歩を遂げています。[ 151 ] [ 152 ] [ 153 ]
21 世紀においても、天文学には重要な未解決の疑問が残っています。宇宙規模の疑問もあります。例えば、宇宙の進化と運命を支配する暗黒物質と暗黒エネルギーとは何でしょうか? [ 154 ]宇宙の最終的な運命はどうなるのでしょうか? [ 155 ]宇宙におけるリチウムの存在量が、標準的なビッグバンモデルで予測されるよりも 4 倍低いのはなぜでしょうか? [ 156 ]その他は、より具体的な現象のクラスに関するものです。例えば、太陽系は正常でしょうか、それとも異常でしょうか? [ 157 ]恒星質量スペクトルの起源は何でしょうか。つまり、なぜ天文学者は初期条件に関係なく、恒星質量の同じ分布 (初期質量関数)を観測するのでしょうか? [ 158 ]同様に、最初の銀河の形成、[ 159 ]超大質量ブラックホールの起源、[ 160 ]超高エネルギー宇宙線の発生源、[ 161 ]そして宇宙に他の生命、特に他の知的生命体が存在するかどうかについての疑問が残っています。[ 162 ] [ 163 ]
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