Astronomi ( ; bokstavligen "stjärnornas lag") är vetenskapen om himlakropparna och universum. Den innefattar kosmologin, som försöker utveckla en helhetsbeskrivning av kosmos och dess uppkomst, utveckling och storskaliga struktur. Vidare är astronomin ett av de absolut äldsta vetenskapsfälten och kan spåras ända tillbaka till de tidigaste kända civilisationerna. Det var dock först när teleskopet uppfanns i början av 1600-talet som ämnet utvecklades till en modern vetenskap. Trots sin ålder utvecklas astronomin idag snabbt och ny kunskap kommer fram i snabb takt.
Astronomi skall inte blandas ihop med astrologi, även om tidiga astronomer ofta även var vad vi idag skulle kalla astrologer. Ämnena är dock numera strikt skilda från varandra. Däremot är astrofysik nära relaterat och termen används ibland synonymt med modern astronomi.
Sedan 1900-talet har astronomin i praktiken delats upp i två huvudsakliga fält, observationell astronomi och teoretisk astronomi. Observationell astronomi fokuserar på att hämta och analysera data medan teoretisk astronomi försöker förklara företeelser och göra förutsägelser om olika fenomen i universum. De båda fälten kompletterar varandra väl då teoretisk astronomi försöker förklara observationer medan observationer i sin tur används för att bekräfta teoretiska modeller. Astronomi är ett av få vetenskapliga fält där amatörer fortfarande spelar en aktiv roll, framför allt inom upptäckt och observation av tillfälliga fenomen som kometer och supernovor. Samtidigt förekommer inom astronomi utrustning som är bland de mest kostsamma och avancerade som över huvud taget förekommer inom vetenskap.
Lexikologi
Ordet astronomi betyder ordagrant "stjärnornas lag" (eller "stjärnornas kultur" beroende på översättning) och härleds från det grekiska ἀστρονομία, astronomia från orden άστρον (astron, "stjärna") och νόμος (nomos, "lagar eller kulturer")
Termerna "astronomi" – "astrofysik"
Generellt sett kan antingen termen "astronomi" eller "astrofysik" användas för att beskriva ämnet, men mer specifikt är astrofysik en omfattande gren av astronomin. "Astronomi" kan sägas avse "studien av objekt och materia utanför jordens atmosfär samt deras fysikaliska och kemiska egenskaper" medan "astrofysik" behandlar "beteendet, fysikaliska egenskaper och dynamiska processer hos astronomiska objekt och fenomen". I vissa fall används "astronomi" för att beskriva de kvalitativa studierna av ämnet medan "astrofysik" används för att beskriva den fysik-orienterade delen av ämnet. Men eftersom en stor del av modern astronomisk forskning idag behandlar ämnen relaterade till fysik används astrofysik ofta som en generell benämning för astronomi.
Historia
miniatyr|Dagjämning ses från platsen för Pizzo Vento på Fondachelli Fantina, Sicilien
Forntiden
Långt tillbaka i historien bestod astronomin enbart av observationer och förutsägelser av hur objekt som är synliga för det mänskliga ögat skulle röra sig. På vissa platser, som Stonehenge, har tidiga kulturer rest stora monument som sannolikt hade någon form av astronomisk användning. Förutom deras ceremoniella betydelse kunde dessa primitiva observatorier användas för att tidsbestämma årstiderna, något som var viktigt såväl för att veta när man skulle plantera grödor som för att förstå hur långt året är.
Allt eftersom de tidiga civilisationerna utvecklades, framförallt i Mesopotamien, antikens Grekland, forntida Egypten, Persiska riket, Mayakulturen, Indien och Kina, byggdes tidiga observatorier och universum började utforskas. Den största delen av den tidiga astronomin bestod i att kartlägga positionerna hos stjärnorna och planeterna, en vetenskap som nu kallas astrometri. Från dessa observationer skapades tidiga teorier om vad planeternas rörelser berodde på, vad solen, månen och jorden var i förhållande till universum. Jorden ansågs vara centrum i universum med solen, månen och stjärnorna roterande runt den. Detta är känt som den geocentriska modellen av universum.
Flera anmärkningsvärda astronomiska upptäckter gjordes före teleskopens tid. Vinkeln på jordens axellutning, vilken är orsaken till årstiderna, beräknades i Kina så tidigt som omkring år 1000 f.Kr.. Några århundraden senare upptäckte Kaldéerna i Mesopotamien att månförmörkelser uppträdde i en återkommande cykel kallad saroscykeln.Eclipses and the Saros NASA. Retrieved on 2007-10-28. Under 100-talet f.Kr. uppskattades månens storlek och avstånd till jorden av Hipparchos.
Medeltiden
Under medeltiden hände inte mycket inom astronomin i Europa, åtminstone inte förrän till omkring 1200-talet då de "Alfonsinska tabellerna" togs fram. Samtidigt blomstrade dock astronomin i den islamiska världen och andra delar av världen. Några av de framstående muslimska astronomer som gjorde viktiga bidrag till vetenskapen var Abu Rayhan Biruni, Al-Battani och Thabit ibn Kurrah. Astronomer under den tiden gav många stjärnor arabiska namn som i flertalet fall används än idag, till exempel Altair och Aldebaran, vars namn kan härledas till de arabiska orden för flygaren respektive följeslagaren.
Under 900-talets senare del byggdes ett enormt observatorium nära Teheran av astronomen Al-Khujandi, som också beräknade jordaxelns lutning i förhållande till solen. I Persien sammanställde Omar Khayyám en rad tabeller och reformerade kalendern, vilket gjorde den mer exakt än den julianska kalendern och snarlik den gregorianska kalendern. Hans beräkning av årets längd till 365,24219858156 dagar var anmärkningsvärt korrekt; det stora antalet decimaler anses ha visat på stort självförtroende i beräkningarna. Idag vet man att värdet ändras på sjätte decimalen under en människas livslängd, vid slutet på 1800-talet var värdet 365,242196 medan det nu går 365,242190 dagar på ett år.
Den vetenskapliga revolutionen
Under renässansen föreslog Nicolaus Copernicus i sin bok "De revolutionibus orbium coelestium" en heliocentrisk modell av solsystemet, där solen istället för jorden ansågs vara i centrum. Hans arbete försvarades, utvecklades och korrigerades av Johannes Kepler och Galileo Galilei. Galileo revolutionerade astronomin genom att använda teleskop för att förbättra sina observationer. Han upptäckte med hjälp av detta bland annat Jupiters fyra största månar, som idag kallas Galileiska månarna till hans ära, och såg att planeten Venus uppvisade faser precis som jordens måne. Båda dessa observationer stärkte bevisningen för den heliocentriska teorin.
Kepler var den första att utveckla ett system som korrekt beskriver detaljerna hos planeternas rörelser runt solen, något han gjorde med hjälp av Tycho Brahes minutiöst noggranna observationer. Men Kepler lyckades inte formulera en teori bakom de lagar han skrev ner. Detta gjorde istället Isaac Newton med sin upptäckt av rörelselagarna och gravitationslagen för att slutligen förklara planeternas rörelser. Newton utvecklade också spegelteleskopet.
Vidare upptäckter följde i takt med att storleken och kvaliteten på teleskopen utvecklades. Mer omfattande kataloger över stjärnor skapades av Lacaille. Astronomen Herschel å sin sida skapade en detaljerad tabell över nebulosor och stjärnhopar, och upptäckte även planeten Uranus. Avståndet till en annan stjärna beräknades första gången år 1838 när Friedrich Bessel mätte upp den skenbara förflyttningen av 61 Cygni mot avlägsna bakgrundsstjärnor när jorden rör sig runt solen. Det vill säga, när jorden rör sig runt solen ser vi mätstjärnan i något olika vinklar mot bakgrunden. Denna vinkel kallas parallax och är direkt relaterad till avståndet till stjärnan.
Under 1800-talet lade astronomer som Euler, Clairaut och D'Alembert ner stor möda på trekropparsproblemet, vilket ledde till mer noggranna förutsägelser av månens och planeternas rörelser. Detta arbete förfinades ytterligare av Lagrange och Laplace som bestämde planeternas och månarnas massor med hjälp av perturbationer, störningar i deras banrörelser.
Modern astronomi
Stora framsteg inom astronomin har gjorts i samband med introduktion av ny teknologi, inte minst spektroskopet och fotografin. Vid studier av solens spektrum upptäckte Fraunhofer under åren 1814–1815 ungefär 600 emissionslinjer. Att dessa härstammade från närvaron av olika ämnen upptäcktes av Kirchhoff 1859. Stjärnorna kunde med denna information bevisas vara liknande vår egen sol, men med en stor variation av temperatur, massa och storlek.
Att den galax som jorden tillhör, Vintergatan, är en separat samling stjärnor bevisades inte förrän under 1920-talet. Samtidigt bevisades existensen av andra galaxer och snart därefter kom man fram till att universum expanderade, eftersom samtliga avlägsna galaxer var på väg bort från oss – ju längre bort de var desto snabbare rörde de sig bortåt. Modern astronomi har också upptäckt många exotiska objekt som kvasarer, pulsarer, blazarer och radiogalaxer. Dessa observationer har använts för att utveckla teorier för att beskriva vissa av dessa objekt i termer av lika exotiska objekt som svarta hål och neutronstjärnor. Kosmologin gjorde enorma framsteg under 1900-talet, med modellen av big bang väl understödd av bevis från astronomin och fysiken, till exempel kosmisk bakgrundsstrålning, Hubbles lag och proportioner av olika ämnen i rymden.
Observationell astronomi
miniatyr|vänster|Very Large Array i New Mexico är ett exempel på ett radioteleskop. Inom astronomin samlas information främst in genom mottagning och analys av synligt ljus och andra typer av elektromagnetisk strålning. Observationell astronomi kan delas in i olika delar av det elektromagnetiska spektrumet. Vissa delar av spektrumet kan observeras från jordens yta, medan andra bara kan observeras antingen från höga altituder eller ännu hellre från rymden. Specifik information om en del underfält följer nedan.
Radioastronomi
Radioastronomi studerar strålning från rymden med våglängder större än ungefär en millimeter. Radioastronomi skiljer sig från de flesta andra områdena av observationell astronomi genom att de observerade radiovågorna kan behandlas som vågor snarare än enskilda fotoner. Det är därför relativt lätt att mäta både amplituden och fasen hos radiovågor, något som inte görs lika enkelt för kortare våglängder.
Även om vissa radiovågor skapas av astronomiska objekt i form av termisk strålning så är den största delen av de observerade radiovågorna i form av synkrotronstrålning. Denna bildas av elektroner som accelererats till extremt höga (ultrarelativistiska) hastigheter och färdas genom magnetfält som böjer deras bana. Därutöver skapas ett antal spektrallinjer från interstellär gas, framförallt väte-linjen vid 21 cm, som är synlig vid radiovåglängder.
En stor mängd astronomiska objekt är observerbara vid radiovåglängder, inklusive supernovor, interstellär gas, pulsarer och aktiva galaxkärnor.
Infraröd astronomi
Infraröd astronomi behandlar strålning från rymden inom det infraröda spektrumet (våglängder längre än rött ljus). Förutom vid våglängder nära synligt ljus absorberas den infraröda strålningen avsevärt av atmosfären och denna skapar också i sin tur betydande mängder infraröd strålning. Som en följd av detta placeras observatorier för infraröd astronomi på höga och torra platser eller om möjligt i rymden. Infraröd astronomi är särskilt användbart för observationer av galaktiska regioner som är dolda av rymdstoft, samt för studier av molekylära gaser.
höger|miniatyr|På bilden kan de kända observatorierna Subaru Telescope (vänster) och Keck-observatoriet (mitten) på Mauna Kea ses. Båda är exempel på observatorier som använder sig av nära infrarött och synligt ljus. På samma bild syns NASA Infrared Telescope Facility (höger) som är ett exempel på ett observatorium som uteslutande använder sig av nära infrarött ljus.
Visuell astronomi