Techniklexikon

Astrophysik

Teilgebiet der Astronomie, das sich mit der Untersuchung der physikalischen Beschaffenheit der kosmischen Objekte befasst. Die Astrophysik nimmt gegenwärtig den breitesten Raum innerhalb der Astronomie ein. Sie ist wie die gesamte Astronomie ihrer Natur nach eine beobachtende, keine experimentierende Wissenschaft, so dass sich ihre Forschungsmethodik zum Teil wesentlich von der der übrigen Physik unterscheidet.

Die astrophysikalischen Beobachtungen beziehen sich vor allem auf die Untersuchung der Intensität und der spektralen Zusammensetzung der von den Himmelskörpern kommenden elektromagnetischen Strahlung. Je nach dem untersuchten Spektralbereich haben sich innerhalb der allgemeinen Astrophysik spezielle Teilgebiete herausgebildet, u.a. die Radioastronomie, die Infrarotastronomie, die Röntgenastronomie und die Gammaastronomie. Andere Teilbereiche der Astrophysik untersuchen die aus dem Weltall kommende Teilchenstrahlung, speziell die ankommenden Neutrinos (Neutrinoastronomie) und die Teilchen der kosmischen Strahlung. Aus den Beobachtungsergebnissen leiten die theoretisch orientierten Zweige der Astrophysik unter Verwendung allgemeiner physikalischer Gesetze und Erkenntnisse ihre Aussagen ab. Die physikalischen Bedingungen, unter denen die Materie in den unterschiedlichen kosmischen Objekten existiert, sind zum Teil ausserordentlich verschieden von denen, die in irdischen Labors erreicht werden, so dass die in der Astrophysik verwendeten physikalischen Gesetze gegebenenfalls über den experimentell gesicherten Bereich hinaus erweitert werden müssen. Dies gilt vor allem für die Objekte, in denen ausserordentlich hohe Energiekonzentrationen oder extrem hohe Geschwindigkeiten auftreten. Bei ihnen reichen die Betrachtungsweisen der klassischen Physik nicht aus; es müssen dann innerhalb der sog. relativistischen Astrophysik die Gesetzmässigkeiten der Allgemeinen Relativitätstheorie berücksichtigt werden. Dies ist im besonderen Masse bei den Untersuchungen innerhalb der Kosmologie der Fall.

Für die beobachtende Astrophysik ergeben sich bei der Interpretation der Messdaten zusätzliche Schwierigkeiten dadurch, dass die elektromagnetische Strahlung auf ihrem Weg von der Strahlungsquelle zum Beobachter durch die interstellare Materie und die Erdatmosphäre (Atmosphäre) in ihrer Intensität und spektralen Zusammensetzung verändert wird (Spektrum). Eindeutige Aussagen über die die Strahlung aussendenden Objekte lassen sich erst dann ableiten, wenn diese Einflüsse quantitativ bekannt sind.

Für diejenigen Bereiche der Astrophysik, die sich mit Sternen beschäftigen, sind deren globale Zustandsgrössen, wie Masse, Leuchtkraft, Radius und Effektivtemperatur sowie die Sternspektren von besonderem Interesse. Aus diesen Beobachtungsdaten kann sowohl auf die physikalischen Verhältnisse und die chemische Zusammensetzung der Sternatmosphären, der äusseren, direkt beobachtbaren Gebiete der Sterne, als auch indirekt auf den physikalischen Zustand der inneren, unsichtbaren Teile der Sterne geschlossen werden (Sternaufbau). Die Entstehung und die Entwicklung eines Sterns werden in der Theorie der Sternentstehung und der Sternentwicklung behandelt. Im allgemeinen befinden sich die Sterne in einem stabilen, mechanischen Gleichgewicht. Von Bedeutung sind aber auch Sterne, deren innerer Zustand relativ schnellen, mehr oder minder regelmässigen Schwankungen unterworfen ist, was sich in Schwankungen der globalen Zustandsgrössen, vor allem der Leuchtkraft und des Radius, äussert. Zu diesen physischen Veränderlichen gehören u.a. die Novae und Supernovae. Der am besten untersuchte Stern ist die Sonne; die Sonnenphysik nimmt daher einen breiten Raum innerhalb der Astrophysik ein.

Die Untersuchung der interstellaren Materie, speziell die des interstellaren Gases und des interstellaren Staubes, besitzt innerhalb der Astrophysik eine grosse Bedeutung, da zwischen dieser nichtstellaren Materie und den Sternen eine enge Wechselwirkung herrscht. Gefördert wird diese Untersuchung dabei vor allem durch die jüngeren Zweige der beobachtenden Astrophysik, wie der Radioastronomie und der Infrarotastronomie.

Im Mittelpunkt der astrophysikalischen Untersuchung des Milchstrassensystems und der extragalaktischen Sternsysteme stehen ihre Entstehung und Entwicklung. Von besonderem Interesse sind dabei die Kerngebiete der Systeme, da sie offenbar der Sitz der beobachteten, theoretisch aber noch wenig verstandenen Aktivitätserscheinungen sind, bei denen ein zum Teil extrem hoher Energieumsatz erfolgt (Schwarzes Loch).

Die Astrophysik beschäftigt sich weiterhin mit den Körpern des Planetensystems sowie der interplanetaren Materie. Für diesen Bereich der Astrophysik haben die durch die Raumfahrt möglich gewordenen Beobachtungsmethoden eine besondere Bedeutung, da durch sie zum Teil geowissenschaftliche Untersuchungsverfahren möglich sind und die Oberflächenstrukturen sowie die magnetischen Eigenschaften der Körper aus grosser Nähe untersucht werden können (Satellitenastronomie). _[HZ]