Theoretische Astronomie ist die Anwendung mathematischer Modelle, um Bewegungen, Physik, Chemie und Entwicklung von Himmelskörpern zu untersuchen. Andere wichtige Fachbereiche sind die Astrophysik, die Astrometrie (Positionsastronomie), der Instrumentenbau, die Himmelsmechanik, die Stellarstatistik und die Kosmologie.

Als erstes Werk theoretischer Astronomie können einige Bände des Almagest von Ptolemäus gelten. Pionier des Fachs im heutigen Sinn ist Johannes Kepler (1571–1630) und seine Methodik, die Kepler-Gesetze der Planetenbewegung herzuleiten -- gefolgt von Isaak Newton mit dem Gravitationsgesetz. Zu den bedeutendsten Theoretikern der Astronomiegeschichte ist auch Arthur Eddington zu zählen, der um 1930 erstmals das Innere von Sternen durch mathematisch-physikalische Modelle erforschte.

Wegen der großen durch Beobachtung anfallenden Datenmengen war die Astronomie unter den ersten Wissenschaften, die Computer in großem Maß einsetzten. Dementsprechend liegt in numerisch-theoretischen Modellen ein Großteil der heutigen Arbeitstechniken.

Integration von Astronomie und Physik

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Die Astronomie hat wesentliches zum tieferen Verständnis der Physik beigetragen und ist in Vielem ein "Labor" für energiereiche, auf der Erde nicht untersuchbare Vorgänge. Umgekehrt hilft die Physik, astronomische Phänomene zu erklären und rechnerisch zu modellieren. Typische Beispiele sind die Theorie der Mondbahn, die thermonukleare Energiequellen im Sonnenkern oder die Entwicklung großer Strukturen des Universums.

Die Integration von Astronomie und Physik beinhaltet unter anderem:

Physikalische Interaktion Astronomisches Phänomen
Elektromagnetismus: Beobachtungen im elektromagnetischen Spektrum
Thermische Strahlung, Schwarzkörperstrahlung Licht- und Wärmestrahlung
Synchrotronstrahlung astronomische Radio- und Röntgenquellen
Beschleunigung geladener Teilchen Pulsare und Kosmische Strahlung
Absorption und Streuung Interstellare Materie
Starke und schwache Wechselwirkung Nukleosynthese in Sternen
Supernovae
frühes Universum
Gravitation: Bahnen von Planeten, Satelliten und Doppelsternen, Struktur des Universums, N-Körper-Theorie in Sternhaufen und Galaxien, Expansion des Weltalls.

Integration von Astronomie und Chemie

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==> mit der Bitte an chemisch Versierte, den entsprechenden Abschnitt von en:theoretical astronomy hierher zu übertragen. Geof (Diskussion) 22:06, 29. Okt. 2015 (CET)

Werkzeuge und gegenwärtige Forschungsthemen

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Theoretische Astronomen benützen eine Vielzahl von Tools -- darunter besonders häufig analytische Modelle von Prozessen und computergestützte numerische Simulationsrechnungen. Erstere können Einblicke in innere Vorgänge geben, während numerische Simulationen oft der einzige Weg sind, unerklärlichen Phänomenen näherzukommen.

Die Wissenschafter entwerfen theoretische Modelle und arbeiten heraus, was die beobachtbaren Konsequenzen dieser Modellrechnungen sind. Damit können sie unzutreffende Modelle widerlegen oder zwischen alternativen Modellen unterscheiden.

Neue Messergebnisse führen dazu, Modelle zu modifizieren und den Beobachtungen anzupassen. Wie in anderen Naturwissenschaften bewährt es sich auch hier, zunächst möglichst geringe Ämnderungen des Modells oder seiner Parameter vorzunehmen. Erst wenn zahlreiche Inkonsistenzen auftreten, muss das Modellgänzlich verworfen werden.

Wichtige Arbeitegebiete sind derzeit:

Die astrophysikalische Relativität erlaubt, die Großstrukturen abzuschätzen, welche von der Gravitation entscheidend geprägt werden, ebenso wie die Dunkle Materie und die Theorie der Gravitationswellen.

Astronomische Modelle

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Einige weitgehend geklärte und akzeptierte Modelle sind die Phänomene Urknall und kosmische Inflation, die Existenz Dunkler Materie und fundamentale Theorien der Physik. Überwiegend, aber nicht vollständig akzeptiert sind Dunkle Energie und neuere Erweiterungen des Lambda-CDM-Modells.

Einige Beispiele astrophysikalischer und kosmologischer Forschungsthemen und -Modelle sind:

Physikalischer Prozess Experimenteller Zugang Theoretisches Modell erklärt/prädiziert
Gravitation Radioteleskope Self-gravitating System Sternentstehung
Kernfusion Spektroskopie Sternentwicklung Stellare Strahlung und Metall-Synthese
Urknall Hubble Space Telescope, COBE Expandierendes Universum Weltalter
Quantenfluktuationen Kosmische Inflation en:Flatness problem
Gravitationskollaps Röntgenastronomie Allgemeine Relativitätstheorie Schwarzes Loch in der Andromedagalaxie
CNO-Zyklus im Innern von Sternen

Spezielle Forschungsbereiche

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Theoretische Astrophysik und Astrochemie

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(evt. gestrafft aus ):

  • Stellare Photosphären, Planeten-Atmosphären, Gasnebel, interstellare Materie
  • Schwache Wechselwirkung, Thermodynamik Schwarzer Löcher, massereiche Isotope
  • Interstellare organische Materie, Koma von Kometen
  • Supernova-Radioaktivität und Staubbildung

Theorie der astronomischen Zeitsysteme

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Kosmische Geodäsie und Navigation

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Kategorie:Astrophysik Kategorie:Beobachtende Astronomie Kategorie:Himmelsmechanik Kategorie:Astrofotografie Kategorie:Stellarphysik Kategorie:Himmelskoordinatensystem Kategorie:Raumfahrttechnik