miniatyr|Stjernetåken Insekttåken. Rødt representerer ionisert nitrogen. miniatyr|Galileo Galileis skisser og observasjoner av Månen viste at den var full av fjell og kratre. Astronomi (fra de greske ordene astron (ἄστρον), «stjerne», og nomos (νόμος), «lov») er den vitenskapelige studien av himmellegemer (som stjerner, planeter, kometer og galakser) og fenomener utenfor jordens atmosfære (slik som kosmisk bakgrunnsstråling). Den befatter seg med himmellegemers utvikling, fysikk, kjemi, meteorologi og bevegelser, så vel som universets utforming og utvikling.
Astronomi er en av de eldste vitenskaper. Tidlige sivilisasjoners astronomer utførte metodiske observasjoner av nattehimmelen, og kulturgjenstander tilknyttet astronomi fra enda tidligere tider er funnet. Det var imidlertid med oppfinnelsen av teleskopet på begynnelsen av 1600-tallet at faget utviklet seg til en moderne vitenskap. Historisk sett har astronomi innbefattet disipliner så forskjellige som astrometri, stjernenavigasjon, observasjonell astronomi, utvikling av kalendre, og også astrologi, men profesjonell astronomi betraktes ofte nå for tiden å være omtrent synonymt med astrofysikk.
Siden det 20. århundre har faget astronomi blitt splittet i observasjonelle og teoretiske grener. Observasjonell astronomi fokuserer på innhenting og analysering av data, hovedsakelig ved hjelp av elementære fysiske prinsipper, mens teoretisk astronomi forsøker å kaste lys over astronomiske objekter og fenomener ved hjelp av datamodeller og analytiske modeller. De to retningene kompletterer hverandre, da teoretisk astronomi forsøker å forklare observasjoner, mens observasjonell astronomi blir brukt for å bekrefte teoretiske resultater.
Amatørastronomer har bidratt med mange viktige oppdagelser, og astronomi er en av de få vitenskapene hvor amatører fortsatt spiller en viktig rolle, spesielt når det gjelder oppdagelser og observasjoner av midlertidige fenomener.
Den gamle astronomien må ikke forveksles med astrologi, som er en tro om at menneskelige forhold er korrelert med posisjoner av himmellegemer. Selv om de to feltene deler en felles opprinnelse og en del av metodene (bruk av efemeridene), er de forskjellige.
Terminologi Ordet astronomi betyr bokstavelig «stjernenes lov» (eller «stjernenes kultur», avhengig av oversettelsen), og er avledet fra det greske αστρονομία (astronomia), fra ordene άστρον (astron, «stjerne») og νόμος (nomos, lover eller kulturer).
Generelt kan både begrepene «astronomi» og «astrofysikk» anvendes for å beskrive fagfeltet, men mer spesifikt er astrofysikk en omfattende gren av astronomien. «Astronomi» kan knyttes til «studiet av objekter og materie utenfor jordens atmosfære samt deres fysikalske og kjemiske egenskaper» mens «astrofysikk» omhandler «oppførsel, fysikalske egenskaper og dynamiske prosesser hos astronomiske objekter og fenomener». I visse tilfeller brukes «astronomi» for å beskrive de kvalitative studiene av fagfeltet mens «astrofysikk» brukes for å beskrive den fysikk-orienterende delen av fagfeltet. Ettersom en stor del av moderne astronomisk forskning i dag behandler fagfeltet knyttet til fysikk brukes imidlertid astrofysikk ofte som en generell benevnelse for astronomi.
Astronomiens historie
Tidlig historie miniatyr|Stonehenge i det nåværende England og flere andre tidige monumenter antas å ha hatt bruksområder innen astronomi. Tidlige kulturer identifiserte himmellegemer med guder og ånder. De satte disse objektene og deres bevegelser i forbindelse med fenomener som regn, tørke, årstider og tidevann. Det er en generell antakelse at de første «profesjonelle» astronomene var prester, og at deres forståelse av himlene ble ansett for å være «guddommelig», derav astronomenes opprinnelige forbindelse til det vi nå kjenner som astrologi.
Enkelte steder, som i tilfellet med Stonehenge, har tidlige kulturer reist store monumenter som sannsynligvis også hadde bruksområde innen astronomi. I tillegg til sine seremonielle studier kunne monumentet brukes til å beregne årstider, noe som er viktig for når man skal så, og også til å beregne lengden av ett år.
Etterhvert som de tidligste sivilisasjonene utviklet seg, spesielt i Mesopotamia, Kina, Egypt, Hellas, India og Sentral-Amerika, ble det bygd tidlige observatorier og utforskningen av universet ble påbegynt. Den største delen av tidlig astronomi besto i kartlegging av stjerners og planeters posisjoner, en vitenskap som nå heter astrometri. Ut fra disse observasjonene ble det utformet tidlige ideer om planetenes bevegelser, og jordens, solens og månens plass i universet ble utforsket filosofisk. Jorden ble i antikken ansett for å være universets midtpunkt med solen, månen og stjernene i bane rundt seg. Dette er kjent som den geosentriske modell eller det ptolemeiske verdensbilde, oppkalt etter Ptolemaios.
Det ble gjort noen få betydningsfulle astronomiske oppdagelser før teleskopets tid. Vinkelen på jordens aksehelning, som er årsaken til årstidene, ble oppdaget så tidlig som omkring 1000 f.Kr. av kineserne. Kaldeerne i Mesopotamia oppdaget at måneformørkelser opptrådte i en tilbakevendende syklus kalt saros-syklusen.
Den greske astronomien På 100-tallet f.Kr. ble månenes størrelse og avstand fra jorden beregnet av Hipparkhos.
De fleste astronomer i antikken begrenset seg til å lage matematiske modeller av planetene og fiksstjernene, fordi himmellegemene var så fjerne og opphøyde at sikker kunnskap om dem ikke kunne nås langs vitenskapens vei. Fenomenenes dypere årsaker var forbeholdt filosofene og fornuften, der mange støttet seg til Platon eller Aristoteles. Aristoteles mente jorda var i sentrum av universet, og all bevegelse fra månens bane og utover gikk i sirkelforma baner og med jevne hastigheter. Den greske astronomiens forskningsprogram var dermed å redusere bevegelsene til kombinasjoner av jevne sirkelbevegelser. Dette ble gjort i spenningsfeltet mellom nøyaktighet og enkelthet, da astronomiens viktigste oppgave var å gi det matematiske grunnlaget for astrologi.
Det fantes flere alternative modeller av universet i gresk astronomi, den viktigste og den som etter hvert ble det dominerende var det ptolemeiske verdensbilde.
I middelalderen Under middelalderen skjedde det lite innen astronomien i Europa, i hvert fall fram til 1200-tallet da «de alfonsinske tabellene» ble tatt frem. Den greske astronomien blomstret imidlertid videre i islamsk astronomi og andre deler av verden. Noen av de fremstående muslimske astronomene som sto bak viktige bidrag til astronomien var perserne Abu Rayhan Biruni, Al-Battani og Thābit. Astronomer på den tiden innførte arabiske navn på mange av stjernene, hvorav de fleste av disse fortsatt er i bruk. Eksempler på slike er Altair og Aldebaran, hvis navn kan henledes til de arabiske ordene for henholdsvis Den flyvende ørnen og (for)følgeren.
I løpet av siste halvdel av 900-tallet ble det bygd et større observatorium i nærheten av Teheran av astronomen al-Khujandi, som også beregnet jordaksens helning i forhold til solen. I Persia satte Omar Khayyám sammen en rekke tabeller og reformerte kalenderen, noe som gjorde den mere nøyaktig enn den julianske kalenderen, og snarlik den gregorianske kalenderen. Hans beregning av årets lengde til 365,24219858156 dager var bemerkelsesverdig korrekt, og det store antall desimaler tyder på stor selvsikkerhet i beregningene. I dag vet man at verdien endres på sjette desimalen i løpet av under et menneskes livslengde; på slutten av 1800-tallet var året beregnet til 365,242196 dager, mens tallet nå beregnes til 365,242190 dager på ett år.
Også i Det bysantinske rike blomstret den antikke greske astronomien. På 1300-tallet forbedret Gregorius Chioniades den ptolemeiske modell, han forbedret også beskrivelsene av månens og Merkurs bane.
Den vitenskapelige revolusjonen På 1500-tallet kom det flere forslag til modeller. Nikolaus Kopernikus foreslo i sin bok «De revolutionibus orbium coelestium» en heliosentrisk modell av solsystemet, hvor man betraktet solen for å være i sentrum istedenfor jorden. Hans arbeid ble forsvart, utvidet og korrigert av Johannes Kepler og Galileo Galilei. Galileo revolusjonerte astronomien gjennom sin bruk av teleskop for å forsterke observasjonene. Han oppdaget på denne måten blant annet Jupiters fire største måner, og også at Venus framsto i faser, slik som jordens måne. Disse oppdagelsene forsterket oppfatningen av den heliosentriske teorien.
Kepler var først ute med et system som på en riktig måte fremstilte detaljer rundt planetenes bevegelse med solen som sentrum, noe han gjorde ved hjelp av Tycho Brahes omhyggelige og nøye observasjoner. Han lyktes imidlertid ikke med å utforme en teori bak de lovene han beskrev. Dette gjorde i stedet Isaac Newton i forbindelse med oppdagelsen av sine bevegelseslover og tyngdekraften i en endelig forklaring av planetenes bevegleser. Newton utviklet også speilteleskopet.
Videre oppdagelser fulgte i takt med at størrelsen og kvaliteten på teleskopene utviklet seg. Mer omfattende oversikter over stjerner ble laget av Lacaille. Astronomen William Herschel laget på sin side en detaljert tabell over stjernetåker og stjernehoper, og oppdaget også planeten Uranus. Avstanden til en annen stjerne ble beregnet for første gang i 1838 da Friedrich Bessel målte opp tilsynelatende forflytningen av 61 Cygni mot eksterne stjerner i bakgrunnen når jorden beveget seg rundt solen. Det vil si, når jorden beveger seg rundt solen ser vi målstjernen i noe ulike vinkler mot bakgrunnen. Denne vinkelen kalles parallakse og er direkte relatert til avstanden til stjernen.
I løpet av 1800-tallet førte økt oppmerksomhet rundt trelegemeproblemet av Euler, Clairaut og D'Alembert til mere nøyaktige forutsigelser av månens og planetenes bevegelser. Dette arbeidet ble ytterligere forbedret av Lagrange og Laplace, som beregnet månens og planetenes masser ved hjelp av perturbasjoner, det vil si forstyrrelser i deres baner.
Moderne astronomi Det ble gjort store framskritt innen astronomi i forbindelse med introduksjonen av ny teknologi som spektroskopi og fotografi. Fraunhofer oppdaget under studier av solens spektrum 1814-15 om lag 600 emisjonslinjer, som Kirchhoff i 1859 tilskrev eksistensen av ulike grunnstoff i solen som årsak. Med denne informasjonen kunne man bevise at stjernene lignet vår egen sol, men med en stor variasjon av temperatur, masse og størrelse.
At galaksen som jorden tilhører, Melkeveien, er en separat samling stjerner ble ikke bevist før på 1900-tallet. Samtidig ble eksistensen av andre galakser påvist, og man kom snart fram til at universet ekspanderte ettersom de fleste andre galakser forflyttet seg bort fra oss. Jo lengre unna de var, jo raskere forflyttet de seg bort fra oss. Moderne astronomi har også muliggjort oppdagelsen av mange eksotiske objekter, som kvasarer, pulsarer, blasarer og radiogalakser. Disse observasjonene har blitt brukt for å utvikle fysikkteorier for å beskrive enkelte av disse objektene i form av sorte hull og nøytronstjerner. Kosmologien gjorde enorme framskritt i løpet av 1900-tallet, med modellen av Big Bang vel understøttet av bevis fra astronomi og fysikk, for eksempel ved kosmisk bakgrunnsstråling, Hubbles–Lemaîtres lov og den kosmologiske sammensetningen av grunnstoffer i verdensrommet.
Observasjonsastronomi miniatyr|venstre|Very Large Array i New Mexico er et eksempel på et radioteleskop. Innen astronomi samles informasjon først og fremst gjennom mottak og analyse av synlig lys og andre typer elektromagnetisk stråling. Observasjonell astronomi kan inndeles etter de ulike delene i det elektromagnetiske spekteret. Enkelte deler av spekteret kan ses fra jordoverflaten, mens andre bare kan observeres fra høyere beliggenheter, eller aller helst fra rommet. Spesifikk informasjon om underfeltene følger under.
Radioastronomi