اَختَرشناسی علم بررسی موقعیت، تغییرات، حرکت و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی «پدیده‌های آسمانی» ازجمله، ستاره‌ها، سیاره‌ها، دنباله‌دارها، کهکشان‌ها و پدیده‌هایی مانند شفق قطبی و تابش زمینهٔ کیهانی است که منشأ آنها در خارج از جوّ زمین قرار دارد. این رشته با رشته‌هایی مانند فیزیک، شیمی و فیزیک حرکت ارتباط تنگاتنگ دارد و همچنین با رشتهٔ کیهان‌شناسی (پیدایش و تکامل عالم) ارتباط نزدیکی دارد. اگر فقط ستاره‌ها مطالعه شوند به آن ستاره‌شناسی یا اخترشناسیِ ستاره‌ای (Stellar astronomy) گفته می‌شود. اخترشناسی یکی از قدیمی‌ترین علوم است. اخترشناسان در تمدن‌های اولیهٔ بشری به‌دقت آسمان شب را بررسی می‌کردند و ابزارهای سادهٔ اخترشناسی از همان ابتدا شناخته‌شده بودند. با اختراع تلسکوپ، تحولی عظیم در این رشته ایجاد شد و دوران اخترشناسی جدید آغاز شد. در قرن بیستم، رشتهٔ اخترشناسی به دو رشتهٔ اخترشناسی رصدی و اخترشناسی نظری تبدیل شد. در اخترشناسی رصدی به‌دنبال گردآوری داده‌ها و پردازش آنها و همچنین ساخت و نگهداری ابزارهای اخترشناسی هستیم. در اخترشناسی نظری به‌دنبال کسب اطمینان از صحت نتایج به‌دست‌آمده از مدل‌های تحلیلی و تحلیل‌های کامپیوتری هستیم. این دو رشته یکدیگر را تکمیل می‌کنند؛ به این ترتیب که کار اخترشناسی نظری ارائه شرحی بر رصدها و وظیفه اخترشناسی رصدی اثبات عملی نتایج پیش‌بینی‌شده در نظریه‌هاست. با استفاده از یافته‌های اخترشناسی می‌توان نظریه‌های بنیادین فیزیک مانند نظریه نسبیت عام را آزمایش کرد. در طول تاریخ، اخترشناسان آماتور در بسیاری از کشف‌های مهم اخترشناسی نقش داشته‌اند و اخترشناسی یکی از محدود رشته‌هایی است که در آن افراد آماتور نقشی بسیار فعال دارند و مخصوصاً در کشف و مشاهده پدیده‌های گذرا و محلی امیدوارکننده، ظاهر شده‌اند. علم اخترشناسی مدرن را نباید با علم احکام نجوم (طالع‌بینی یا اخترگویی) مقایسه کنیم چراکه در طالع‌بینی یا اخترگویی اعتقاد بر آن است که امور انسان‌ها با موقعیت اجرام سماوی در ارتباط است. اگرچه اخترشناسی (Astronomy) و طالع‌بینی یا اخترگویی (Astrology) دو رشته‌ای هستند که منشأ یکسانی داشته‌اند اما اغلب متفکران بر این باورند که این دو رشته از هم جدا شده‌اند و تفاوت‌های بسیاری بین آنها وجود دارد واژه شناسی واژهٔ astronomy - اخترشناسی - (که از دو واژهٔ یونانی astron به‌معنای «ستاره» و nomos به‌معنای «قانون» یا «مطالعه» گرفته شده‌است) تحت‌اللفظی به‌معنای «قانون ستاره‌ها» یا «مطالعهٔ ستاره‌ها» ست. موارد استفاده از واژه‌های «اخترشناسی» و «آستروفیزیک» با توجه به معنای واژه، «اخترشناسی» به «مطالعهٔ اجسام خارج از جوّ زمین و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آنها» اشاره می‌کند و واژهٔ «آستروفیزیک» به شاخه‌ای از اخترشناسی اشاره می‌کند که با «رفتار، ویژگی‌های فیزیکی و فرایند دینامیکیِ اجسام و پدیده‌های آسمانی» سروکار دارد. تعداد آسمان‌ها از قرن‌های چهارم تا ششم پیش از میلاد، اخترشناسان یونانی پی بردند که باید بیشتر از یک سایبان (آسمان) وجود داشته‌باشد، چون اوضاع نسبی ستاره‌های ثابت، که ظاهراً حول زمین حرکت می‌کنند، تغییری نمی‌کند، اما اوضاع نسبی خورشید، ماه و پنج جسم درخشان ستاره‌مانند (که امروزه می‌دانیم سیاره‌های عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل هستند) تغییر می‌کند. روش‌های مختلف اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی درحدود صدوپنجاه سال پیش از میلاد، ابرخس (۱۹۰ تا ۱۲۰ پیش از میلاد)، فاصلهٔ زمین تا ماه را برحسب قطر زمین به‌دست‌آورد. او روشی را به‌کار برد که یک قرن پیش از او، جسورترین اخترشناس یونانی، آریستارخوس، پیشنهاد داده‌بود. آریستارخوس متوجه شده‌بود که انحنای سایهٔ زمین، وقتی که از ماه می‌گذرد، باید ابعاد نسبیِ زمین تا ماه را نشان دهد. با پذیرش این نظر و به‌کمک روش‌های هندسی می‌توان فاصلهٔ زمین تا ماه را برحسب قطر زمین محاسبه کرد. برای تعیین فاصلهٔ خورشید نیز، آریستارخوس، یک روش هندسی را به‌کار برد که ازنظر تئوری درست بود، اما نیاز به اندازه‌گیری زاویه‌هایی چندان کوچک داشت که جز با استفاده از وسایل امروزی ممکن نبود. هرچند که ارقام او درست نبود، اما او نتیجه گرفت که خورشید دست‌کم باید هفت‌برابر بزرگ‌تر از زمین باشد، و بنابراین اندیشهٔ گردش خورشید به دور زمین را، که در آن زمان باورِ رایج بود، غیرمنطقی دانست. ستاره‌شناسان بعدی، حرکات اجرام آسمانی را برمبنای این نظریه مطالعه کردند که زمین ساکن است و در مرکز عالم قرار دارد. نفوذ و سلطه این نظریه تا سال ۱۵۴۳، یعنی تا زمانی که کپرنیک کتاب خود را منتشر کرد و با پذیرش عقیده آریستارخوس، زمین را برای همیشه از مرکز جهان بودن بیرون راند، حاکم بود. یکی دیگر از روش‌هایی که با آن می‌توان فاصله‌های کیهانی را محاسبه کرد، استفاده از روش اختلاف منظر است. روش دیگر استفاده از مثلثات است. بطلمیوس با استفاده از مثلثات توانست فاصله راه را از روی اختلاف منظر آن تعیین کند و نتیجه‌اش با رقم پیشین، که ابرخس بدست آورده بود، تطبیق می‌کرد. البته امروزه روش‌های مختلف دیگری که خیلی دقیق‌تر از روش‌های فوق است، فاصله خورشید از زمین را به‌طور متوسط تقریباً برابر ۵‚۱۴۹ میلیون کیلومتر به دست می‌دهد. این فاصله میانگین را واحد نجومی (با علامت اختصاری A.U) می‌نامند و فاصله‌های دیگر منظومه خورشیدی را با این واحد می‌سنجند. سیر تحولی و رشد با گسترش روزافزون علم و ساخت تلسکوپ‌های دقیق، دانشمندان، در اندازه‌گیری ابعاد جهان روز به روز به نتایج جدیدتری نائل می‌شدند. با ساخته شدن و گسترش این وسایل اندازه‌گیری، دید بشر نسبت به جهان نیز تغییر یافت. مثلاً با چشم غیرمسلح (برهنه) تقریباً می‌توانیم در حدود ۶ هزار ستاره را ببینیم، اما اختراع تلسکوپ ناگهان آشکار کرد که این فقط جزیی از جهان است. هر چند با بوجود آمدن وسایل دقیق اندازه‌گیری، دانش نیز نسبت به جهان هستی، گسترش پیدا می‌کرد، اما نظریه‌های مختلفی توسط دانشمندان ارائه می‌گردد. از جمله دانشمندانی که نسبت به ارایه این نظریه‌ها اقدام کردند می‌توان به ویلیام هرشل (Wiliam Herschel)، ستاره‌شناس آلمانی‌تبار انگلیسی، یاکوبوس کورنلیس کاپیتن (Jacobus cornelis kapteyn)، اخترشناس هلندی، شارل مسیه (Charles Messier) و ادوین هابل (Edwin Hubble) و … اشاره کرد. پایان جهان کجاست؟ سرانجام بعد از تحقیقات گسترده توسط پیچیده‌ترین تلسکوپ‌ها، دانشمندان دریافتند که: غیر از کهکشان ما، کهکشانهای دیگری نیز وجود دارد؛ کهکشانهایی وجود دارند که جرم آنها بیشتر از کهکشان ماست. بر اساس مقیاس جدید فاصله‌ها، سن زمین حد اقل ۵ میلیارد سال است و این حد با حدسیات زمین شناسان در مورد سن زمین مطابقت دارد. همچنین تلسکوپ‌های جدید وجود خوشه‌های کهکشانی را نشان می‌دهد؛ کهکشان ما نیز ظاهراً جزیی از یک خوشه محلی است که شامل ابرهای ماژلان، کهکشان امرأة المسلسله و سه‌ها، کهکشان کوچک نزدیک آن و چند کهکشان کوچک دیگر هست که روی هم رفته نوزده عضو را تشکیل می‌دهند. اگر کهکشانها خوشه‌ها را و خوشه‌ها نیز خوشه‌های بزرگتری را تشکیل می‌دهند، آیا می‌توان گفت که جهان و به تبع آن فضا، تا بینهایت گسترده شده است؟ یا اینکه چرا برای جهان و چه برای فضا انتهایی وجود ندارد؟ در هر حال، دانشمندان با وجود اینکه با تخمین می‌توانند تا فاصله ۹ میلیارد سال نوری، چیزهایی را تشخیص دهند، ولی هنوز هم نشانه‌ای از پایان جهان پیدا نکرده‌اند. انقلاب علمی نقشه‌های گالیله و مشاهدات او از ماه نشان داد که سطح ماه دارای کوه‌است. طی دوران رنسانس، نیکلاس کوپرنیک مدل خورشید محوری را برای سامانه خورشیدی (منظومه شمسی) پیشنهاد کرد. گالیلئو گالیله و یوهانس کپلر پیشنهاد وی را بسط داده و آن را اصلاح کردند. گالیله تلسکوپ را اختراع کرد تا بتواند مشاهدات خود را به صورت دقیق تری انجام دهد. کپلر اولین کسی بود که با بیان اینکه خورشید در مرکز قرار دارد و بقیه سیاره‌ها به دور آن می‌چرخند مدل تقریباً کاملی را ارائه کرد. با این وجود کپلر نتوانست برای قوانینی که ارائه نمود نظریه‌ای تهیه کند. در نهایت ایزاک نیوتن با ارائه قوانین حرکت اجرام سماوی و قانون گرانش حرکت سیاره‌ها را توصیف کرد. نیوتن مخترع تلسکوپ بازتابی است. کشفیات جدید باعث شد که ابعاد و کیفیت تلسکوپ بهبود بیابد. نیکلاس لوییس لاسیل نقشه‌های بیشتری از موقعیت ستارگان در فضا را ارائه نمود. ویلیام هرشل نقشه گسترده‌ای از خوشه‌های سماوی و تهیه کرد و در سال ۱۷۸۱ توانست سیارهٔ اورانوس را کشف کند که اولین سیاره کشف شده توسط انسان محسوب می‌شود. در سال ۱۸۳۷ برای اولین بار فردریش بسل فاصله ستاره ۶۱ دجاجه را مشخص کرد. در قرن نوزدهم میلادی، توجه دانشمندانی چون لئونارد اویلر، الکسیس کلاد کلایرات و جین دالمبرت به مسئله سه جسمی باعث شد پیش بینی‌های دقیق تری در مورد حرکت ماه و ستارگان انجام شود. ژوزف لویی لاگرانژ و پیرسیمون لاپلاس این کار را تکمیل کردند و میزان انحراف اقمار و سیاره‌ها از وضعیت اصلی‌شان را تخمین زدند. با اختراع طیف‌نگار و عکاسی افق‌های جدیدی به روی اخترشناسی باز شد. در طی سال‌های ۱۸۱۴ و ۱۸۱۵ ژوزف وان فرانهوفر در طیف نور خورشید حدود ۶۰۰ نوار را مشاهده کرد و در سال ۱۸۵۹، گوستاو کیرشهف این نوارها را به حضور عناصر مختلف در جو خورشید نسبت داد. معلوم شد که بقیه ستارگان به ستاره منظومه شمسی (خورشید) شباهت زیادی دارند اما در ابعاد مختلف و با دماها و عناصر درونی متفاوتی دیده می‌شوند. قرار داشتن زمین در کهکشان راه‌شیری، به عنوان مجموعه‌ای از ستاره‌ها و سیاره‌ها، در قرن بیستم کشف گردید و هم‌زمان وجود دیگر کهکشان‌های خارجی در فضا تأیید شد و بلافاصله پدیده انبساط عالم عامل اصلی وجود فاصله زیاد بین زمین و دیگر کهکشان‌ها اعلام شد. همچنین در اخترشناسی مدرن وجود اجرام خارجی زیادی مانند اختروشها، و کهکشان‌های رادیویی را تأیید کرد و با استفاده از این مشاهدات نظریه‌های فیزیکی ارائه نمود که برخی از آنها این اجرام را براساس اجرام دیگر مانند ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله‌ها توصیف می‌کنند. کیهان‌شناسی فیزیکی در طی قرن ۲۰ میلادی پیشرفتهای زیادی را تجربه کرد و نظریه مهبانگ (بیگ بنگ یا انفجار بزرگ) براساس شواهد کشف شده در علوم اخترشناسی و فیزیک مانند تابش زمینه‌ای ریزموج کیهانی، قانون هابل و تشکیل هسته مهبانگ قوت یافت. مشاهدات اخترشناسی وری لارج آرای در نیو مکزیکو، نمونه‌ای از یک رادیو تلسکوپ. رادیو تلسکوپ‌ها یکی از ابزارهای مشاهده کیهان هستند که توسط اخترشناسان به کار می‌روند در بابل و یونان باستان، اخترشناسی بیشتر اخترسنجی بود و موقعیت ستاره‌ها و سیاره‌ها در آسمان مورد توجه زیادی قرار داشت. بعدها، تلاش‌های اخترشناسانی چون آیزاک نیوتن و یوهانس کپلر علم مکانیک سماوی را پدید آورد و اخترسنجی بر پیش بینی حرکت آن دسته از اجرام سماوی که میانشان نیروی جاذبه گرانشی وجود داشت تمرکز یافت. این پیشرفت به طور خاص در مورد منظومه شمسی به کار گرفته شد. امروزه موقعیت و حرکت اجرام به آسانی تعیین می‌شود و اخترشناسی مدرن بر مشاهده و درک طبیعت فیزیکی اجرام سماوی تأکید دارد. روش‌های گردآوری داده نوشتار اصلی: مشاهدات اخترشناسی در اخترشناسی، اطلاعات موجود براساس شناسایی و تحلیل نور و انواع دیگر تشعشات الکترومغناطیسی شکل می‌گیرد. انواع دیگر پرتوهای کیهانی نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند و تحقیقاتی در حال انجام است تا در آینده نزدیک بتوانیم امواج جاذبه گرانشی را شناسایی و تحلیل کنیم. امروزه، آشکارسازهای نوترینو در مشاهده نوترینوهای خورشید و نوترینوهایی که از ابرنواخترها ساطع می‌شوند کاربرد زیادی دارند.۲۳ طیف الکترومغناطیسی می‌تواند اطلاعات زیادی راجع به اخترشناسی را در اختیارمان قرار دهد. در بخش‌هایی از طیف که فرکانس اندک است، اخترشناسی رادیویی، ساطع شدن امواجی با طول موجهای میلی‌متری و دکامتری را کشف می‌کند. گیرنده‌های رادیو تلسکوپی همانند گیرنده‌های رادیویی معمولی هستند اما حساسیت بسیار زیادی دارد. مایکرویوها بخش میلی‌متری طیف رادیویی را تشکیل می‌دهند و در مطالعات تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان کاربرد وسیعی دارند. در ستاره‌شناسی فروسرخ و ستاره‌شناسی فرافروسرخ با آشکارسازی و تحلیل امواج فروسرخ (با طول موجی بزرگ‌تر از طول موج قرمز) سروکار داریم. معمولاً برای این کار از تلسکوپ استفاده می‌شود اما در کنار آن به یک آشکارساز حساس نیز احتیاج داریم. بخارآب موجود در جو زمین امواج فروسرخ را جذب می‌کند و بنابراین مراکز مشاهده امواج فروسرخ می‌بایست در مکان‌های بلند و خشک و یا خارج از جو کره زمین ساخته شوند. تلسکوپ‌های فضایی به انتشار گرما در جو زمین، شفافیت جو زمین حساس نیستند و وقتی از آنها استفاده می‌کنیم دیگر با دردسرهای مشاهده در طول موج‌های فروسرخ روبرو نمی‌شویم. مشاهدات فروسرخ در مشاهده مناطقی از کهکشان که پوشیده از گرد و غبار هستند بسیار کارآمد هستند. تلسکوپ سوبارو (چپ) ورصدخانه کک (وسط) درماونا کیا، هر دو نموونه‌های از یک رصدخانه هستند که در طول موجهای نزدیک مادون قرمز و مرئی کار می‌کنند. تجهیزات تلسکوپ مادون قرمز ناسا (راست) نمونه‌ای از یک تلسکوپ است که رنها با طول موجهای نزدیک مادون قرمز کار می‌کند. در طول تاریخ، اغلب داده‌های اخترشناسی با استفاده از اخترشناسی نور تهیه شده‌اند. در اخترشناسی نور، با استفاده از عناصر نوری (مانند آینه، عدسی، آشکارسازهای CCD و فیلم‌های عکاسی) طول موج‌های نور را در محدوده فروسرخ تا فرابنفش بررسی می‌کنیم. نور مرئی (طول موج‌هایی که توسط چشم انسان دیده می‌شوند و در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قرار دارند) در میانه این محدوده قرار دارد. تلسکوپ مهم‌ترین ابزار مشاهدات اخترشناسی است که دارای طیف نگار و دوربین‌های الکترونیکی است. برای مشاهده منابع پرانرژی از اخترشناسی انرژی بالا کمک می‌گیریم که اخترشناسی اشعه X، اخترشناسی پرتو گاما، اخترشناسی فرابنفش (UV) و همچنین مطالعات مربوط به نوترینوها و پرتوهای کیهانی را شامل می‌شود. اخترشناسی رادیویی و نوری با استفاده از رصدخانه‌های زمینی انجام می‌شود زیرا در این طول موج‌ها، جو زمین به اندازه کافی شفاف است. جو زمین در طول موج‌های مورد مطالعه در اخترشناسی اشعه X، اخترشناسی پرتو گاما، اخترشناسی UV و اخترشناسی فرا فروسرخ (به جز در مورد چند «پنجره» طول موج) شفافیت کافی را ندارد و بنابراین تحقیقات و مشاهدات در مورد این علوم باید از طریق بالنهای تحقیقاتی یا رصدخانه‌های فضایی صورت پذیرد. پرتوهای قوی اشعه گاما براساس رگبارهای هوایی عظیمی که تولید می‌کنند شناسایی می‌شوند و مطالعه پرتوهای کیهانی زیرمجموعه‌ای از اخترشناسی محسوب می‌شود.۴ اخترشناسی سیارات براساس مشاهدات مستقیم از طریق فضاپیماها و سفرهای فضایی و نمونه برداری از سیارات پیشرفت خوبی را تجربه کرده‌است. مأموریت‌های فضایی و استفاده از سیاره‌پیماهای مجهز به حس‌گرهای قوی به ما کمک می‌کند از مواد تشکیل دهنده سطح سیاره نمونه برداری کنیم و همچنین با استفاده از حس‌گرها مواد لایه‌های عمیق‌تر را شناسایی کرده و در نهایت مواد را برای بررسی بیشتر به زمین منتقل کنیم. ستاره‌شناسی و مکانیک اجرام آسمانی نوشتار‌های اصلی: اخترشناسی و مکانیک اجرام آسمانی یکی از قدیمی‌ترین زمینه‌های تحقیقاتی در علم اخترشناسی و همه علوم عالم، اندازه‌گیری موقعیت و مکان اجرام سماوی در آسمان است. همواره در طول تاریخ، درک مناسب از موقعیت خورشید، ماه، ستارگان و سیارات در تعیین موقعیت افراد بر روی زمین (ملوانان و کشتی‌ها) نقش داشته‌است. اندازه‌گیری دقیق موقعیت مکانی سیارات به درک ما از نظریه انحراف وسعت داده و اکنون می‌توانیم در مورد گذشته و آینده سیارات با دقت زیاد اظهارنظر کنیم. علمی که به این مباحث می‌پردازد را علم مکانیک اجرام آسمانی گویند. امروزه با ردیابی اجرام آسمانی در نزدیکی زمین می‌توانیم احتمال برخورد این اجرام با یکدیگر یا جو زمین را بررسی کنیم.۵ اندازه‌گیری میزان سرعت زاویه‌ای ستاره‌های نزدیک به کره زمین یکی از اساسی‌ترین کارها در تعیین نردبان فاصله کیهانی است که برای اندازه‌گیری مقیاس جهان طراحی شده‌است. اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای ستاره‌های مجاور عامل مهمی در آگاهی از ویژگی‌های ستاره‌های دور محسوب می‌شود چرا که این ویژگی‌ها قابل مقایسه هستند. محاسبه سرعت شعاعی و حرکت واقعی سینماتیک حرکت این مجموعه اجرام در کهکشان راه شیری را آشکار می‌سازد. همچنین از یافته‌های اخترشناسی در اندازه‌گیری توزیع ماده تیره در کهکشان استفاده می‌شود.۶ در دهه ۱۹۹۰ (میلادی) روش اخترشناسی که در محاسبه تکانه‌های ستارگان به کار می‌رفت باعث کشف سیاره‌هایی از خارج از منظومه شمسی شد که به دور خورشید گردش می‌کنند.۷ مطالعات میان‌رشته‌ای اخترشناسی با بسیاری از رشته‌های علمی مهم ارتباط تنگاتنگ دارد. برخی از این علوم عبارت‌اند از: فیزیک کیهانی: مطالعه فیزیک جهان پیرامون شامل ویژگیهای فیزیکی (درخشندگی، چگالی، دما و ترکیب شیمیایی) اجرام آسمانی. بیولوژی کیهانی: مطالعه پیدایش و تکامل سیستم‌های بیولوژیکی در دنیا. اخترشناسی باستانی: مطالعه اخترشناسی قدیم در بافت فرهنگی آن با استفاده از مشاهدات باستان‌شناسی و مردم‌شناسی. شیمی کیهانی: مطالعه مواد شیمیایی موجود در فضا به خصوص ابرهای گازی مولکولی و نحوه تشکیل، تعامل و مرگ آنها؛ بنابراین این رشته با رشته‌های شیمی و اخترشناسی مباحث مشترکی دارد. پدیده‌های آسمانی نوشتار اصلی: اجرام آسمانی پدیده‌های آسمانی ماده فیزیکی طبیعی موجود در فضای بیرونی که موضوعات اخترشناسی را تشکیل می‌دهد و بطور عمده شامل: ستاره سیاره قمر سیارک دنباله‌دار شهابواره شهاب‌سنگ کهکشان سحابی اخترشناسی خورشید نوشتار اصلی: خورشید تصویر ماوراء بنفش از فتوسفرهای فعال خورشید که توسط تلسکوپ فضایی تریس (TRACE) گرفته شده‌است. (تصویر از ناسا). غروب خورشید در مریخ خورشید ستاره‌ای است که بیشترین تحقیقات علمی بر روی آن تمرکز یافته‌است. خورشید (ستاره) یکی از توالی‌های اصلی ستاره‌های کوتوله طبقه ستارگان G2V است که حدود ۶/۴ میلیارد سال عمر دارد. خورشید ستاره‌ای متغیر نیست اما در چرخه فعالیت آن تغییرات متناوبی صورت می‌گیرد که به حلقه نقطه‌ای خورشیدی معروف است. در واقع در هر ۱۱ سال در تعداد لکه‌های خورشیدی نوساناتی رخ می‌دهد. لکه هایخورشیدی نواحی هستند که در آنها دما کمتر از دمای میانگین خورشید است و فعالیت‌های مغناطیسی شدیدی در این مکان‌ها رخ می‌دهد.۸ میزان درخشندگی خورشید با افزایش عمر آن افزایش یافته‌است و از زمانی که به یک ستاره توالی اصلی تبدیل شد تاکنون به درخشندگی آن ۴۰ درصد افزوده شده‌است. همچنین در درخشندگی خورشید تغییراتی ایجاد می‌شود که اثرات قابل ملاحظه‌ای بر کره زمین دارد. کمینه ماندر، باعث ایجاد پدیده عصر یخبندان کوچک در قرون وسطی شده‌است.۹ سطح خارجی خورشید را نورسپهر گویند. در قسمت بالایی این لایه منطقه‌ای با نام کروموسفر قرار دارد. این ناحیه هم توسط یک ناحیه گذرا که دمای آن به سرعت افزایش می‌یابد احاطه شده و در نهایت تاج‌های بسیار داغ و گدازنده خورشید قرار دارند. در مرکز خورشید، دما و فشار کافی برای وقوع پدیده جوش هسته‌ای وجود دارد. در بالای این هسته، ناحیه‌ای به نام ناحیه تشعشع قرار دارد که در آن ماده پلاسما انرژی را با استفاده از تشعشات منتقل می‌کند. لایه بعدی ناحیه همرفت است که در آن ماده گازی شکل انرژی را با استفاده از جابجایی فیزیکی گاز منتقل می‌کند. گفته می‌شود این ناحیه همرفت عامل ایجاد نقاط خورشیدی هستند که در این نقاط فعالیت مغناطیسی شدیدی را ملاحظه می‌کنیم.۸ دانش سیارات نوشتار اصلی: علم سیارات این رشته اخترشناسی مجموعه سیارات، اقمار طبیعی، سیارات کوتوله، ستارگان دنباله‌دار، شبه ستارگان و دیگر اجرام سماوی که به دور خورشید می‌چرخند و همچنین سیارات خارج از سلطه خورشید را بررسی می‌کند. منظومه شمسی با استفاده از تلسکوپ‌ها و در نهایت سفینه‌های فضایی به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. این اطلاعات بدست آمده منبع خوبی برای درک بهتر از نحوه پیدایش و تکامل این منظومه سیارات محسوب می‌شود اما هنوز باید تحقیقات را به طور گسترده ادامه دهیم.۱۰ نقطه سیاه رنگی که در بالای تصویر دیده می‌شود یک گردباد است که دیواره‌ای متحرک را در سطح مریخ ایجاد کرده‌است. این ستون متحرک و چرخان جو مریخ (که با گردبادهای زمینی (تورنادوها) قابل مقایسه‌است) نوار طولانی و سیاه رنگی را به وجود آورده‌است. منظومه شمسی از سیارات داخلی، کمربند شبه ستاره و سیارات خارجی تشکیل شده‌است. سیارات خاکی عبارت‌اند از: تیر، زهره، زمین و مریخ. سیارات ابرگاز خارجی عبارت‌اند از: مشتری، زحل، اورانوس و نپتون.۱۱ این سیارات از یک صفحه دیسک مانند سیاره‌ای بدوی تشکیل شده‌اند که در اطراف خورشید قرار داشته‌است. به علت وجود جاذبه، برخورد و اتحاد، دیسک مجموعه‌ای‌هایی از ماده تبدیل شد که همان سیارات بدوی بودند. سپس فشار تشعشعات طوفان‌های خورشیدی بخش اعظم ماده را به حاشیه راند و تنها سیاراتی که از جرم کافی برخوردار بودند در جو گازی باقی ماندند. این سیارات در طی دورانی که در آن بمباران‌های شدیدی صورت می‌گرفت، و از شواهد آن می‌توان به دره‌های ناشی از بمباران در سطح ماه اشاره کرد، مواد موجود در اطراف خود را جذب یا آنها را دور ساختند. در طی این دوران احتمالاً برخی از سیارات بدوی با یکدیگر برخورد کردند و برای مثال نظریه برخورد بزرگ نحوه شکل گیری ماه را تشریح می‌کند.۱۲ وقتی سیاره به جرم مورد نظر و مناسب دست پیدا می‌کند، در طی پدیده تفکیک سیاره‌ای، مواد با چگالی مختلف در داخل سیاره پخش می‌شوند. در طی این فرایند یک هسته سنگی یا فلزی تشکیل شده و اطراف آن را مواد مختلف احاطه می‌کنند. هسته می‌تواند حاوی مواد جامد یا مایع باشد و برخی از هسته‌های سیارات دارای میدان مغناطیسی مخصوص به خودهستند که جوآنها را از طوفان‌های خورشیدی مصون نگاه می‌دارد.۱۳ گرمای داخلی ماه یا سیاره براثر برخورد مواد رادیواکتیو (مانند اورانیوم و توریم و۲۶Al) و یا گرمای ناشی از مد تولید می‌شود. دربرخی از سیارات واقمار آنهاگرمای کافی برای وقوع پدیده‌هایی مانند آتشفشان و تکتونیک وجود دارد. سطح سیاراتی که دارای جو هستند دراثر حرکت آب وباد دچار فرسودگی می‌شود. اجرام کوچک‌تر که از گرمای ناشی از مد بهره‌مند نیستند به سرعت سرد می‌شوند واغلب فعالیت‌های عادی شان متوقف می‌شود.۱۴ اخترشناسی ستارگان (ستاره‌شناسی) نوشتار اصلی: ستاره سحابی سیاره‌ای مورچه. دفع گاز از ستاره مرکزی در حال مرگ برخلاف الگوهای بی نظم انفجارات معمولی الگوهای متقارن نشان می‌هد. مطالعه ستارگان و تکامل ستارگان در درک بهتر از نحوه تکامل عالم بسیار بسیار مفید است. درک اختر فیزیک ستارگان با مشاهدات فضایی، درک نظریات مختلف و شبیه‌سازی کامپیوتری امکان‌پذیر است. فرایند شکل گیری ستارگان درمحل‌هایی که حاوی گرد و غبارغلیظ هستند وبه ابرهای مولکولی عظیم یا سحابی سیاه شهرت دارند رخ می‌دهد. تکه ابرها درحالت ناپایداری وتحت تأثیر جاذبه ستارگان اولیه را تشکیل می‌دهند. براثر پدیده جوش هسته‌ای یک هسته داغ وبه اندازه کافی چگال تشکیل شده و درنهایت به یک ستاره توالی اصلی تبدیل می‌شود.۱۵ ویژگی‌های ستاره‌ای که به وجود آمده‌است به جرم اولیه ستاره بستگی دارد. هرچه جرم اولیه بیشتر بوده باشد، درخشندگی ستاره و سرعت مصرف سوخت هیدروژن در هسته آن بیشتر است. با گذشت زمان سوخت هسته بیشتری نیاز است و بنابراین هسته حجیم تر و چگال تر می‌شود. درنتیجه این واکنش‌ها یک غول قرمز تولید می‌شود که تا زمان مصرف شدن همه سوخت هلیم عمر می‌کند. ستاره‌های بزرگ در فرایندهای جوش هسته‌ای از عناصر سنگین تر هم استفاده می‌کنند و فازهای تکاملی دیگری به این فازها اضافه می‌شود. سرنوشت ستاره به جرم آن بستگی دارد و ستارگانی که جرم آنها بیش از ۴/۱ برابر جرم خورشید است به ابرنواختر تبدیل می‌شوند درحالیکه ستارگان کوچک‌تر به سحابی‌های سیاره‌ای ودرنهایت به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند. جسم باقی‌مانده از ابرنواختر یک ستاره نوترونی چگال است واگر جرم ستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد ابرنواختر به یک سیاه چاله تبدیل می‌شود.۱۶ اخترشناسی کیهانی نوشتار اصلی: اخترشناسی کیهانی ساختار رصد شده بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری. منظومه شمسی درون کهکشان راه شیری درحال چرخش است که کهکشانی مارپیچی و بسته‌است که یکی از اعضای اصلی کهکشان‌های Local Group محسوب می‌شود. منظومه شمسی مجموعه‌ای از گاز، غبار، ستارگان و دیگر اجرام است که نیروی جاذبه آنها را درکنار هم قرار داده‌است. ازآنجا که زمین در بازوی خارجی پرگرد وغبار کهکشان راه شیری قرار دارد بخش عظیمی از این کهکشان از دیده‌مان پنهان است. درمرکز کهکشان راه شیری یک برآمدگی میله مانند قرار دارد که گمان می‌رود یک سیاه چاله بسیار بزرگ باشد در اطراف هسته چهار بازوی مارپیچ قرار دارند. دراین ناحیه بسیاری از ستارگان شکل می‌گیرند و مملو از ستارگان جوان و نسل دوم ستارگان است. دراطراف دیسک، یک شبه کره کهکشانی مسن تر که نسل اول ستارگان محسوب می‌شوند و همچنین مجموعه‌ای از خوشه‌های دایره‌ای نسبتاً چگال قرار دارد.۱۷۱۸ درمیان ستارگان یک واسط بین ستاره‌ای قرار دارد که ناحیه‌ای است حاوی مواد پراکنده. درچگال‌ترین قسمت، ابرهای مولکولی از جنس هیدروژن ودیگر عناصر نواحی تشکیل ستاره را تشکیل می‌دهند. سحابی‌های تیره نامنظم (که در محدوده‌ای که توسط طول جینز مشخص می‌شود تمرکز یافته‌اند) ستارگان نوزاد فشرده را تشکیل می‌دهند.۱۹ با تشکیل ستارگان با جرم زیادتر ابر تبدیل به ناحیه HII می‌شود که درآن گازهای درخشنده و پلاسما قراردارند. طوفان‌های ستاره‌ای و انفجار ابرنواخترها باعث پراکنده شدن ابر می‌شوند و درنهایت یک یا چند خوشه باز از ستارگان تشکیل می‌شوند. این خوشه‌ها در کنار هم کهکشان راه شیری را تشکیل داده‌اند. مطالعات سینماتیک ماده درکهکشان راه شیری و دیگر کهکشان‌ها نشان می‌دهد که جرم نامرئی درآنها بیش از جرم مرئی است بیشتر جرم کهکشان را هاله‌های سیاه تشکیل می‌دهند طبیعت این ماده سیاه رنگ هنوز برای دانشمندان نامشخص است.۲۰ کهکشان‌ها وخوشه‌ها نوشتار اصلی: اخترشناسی فراکهکشانی دراین شکل چندین جرم حلقه مانند آبی رنگ رامشاهده می‌کنید که تصاویر همان کهکشان هستند که با استفاده از اثر عدسی‌های گرانشی از خوشه کهکشان زرد رنگ در وسط عکس کپی برداری شده‌اند. این عدسی‌ها با استفاده از میزان گرانش خوشه نور را خم کرده و تصویر اجرام دورتر را بزرگنمایی نموده و درآنها اعوجاج ایجاد می‌کند. مطالعه اجرامی که درخارج از کهکشان راه شیری قرار دارند به یک علم جدید تبدیل شده که شاخه‌ای از اخترشناسی محسوب می‌شود. دراین علم نحوه پیدایش و تکامل کهکشان‌ها، ساختار و طبقه‌بندی آنها، کهکشان‌های فعال وگروه‌ها و خوشه‌های کهکشانی مورد بررسی قرار می‌گیرند. بررسی گروه‌ها وخوشه‌های کهکشانی در درک بهتر از ساختار کلی کیهان نقش مهمی ایفا می‌کند. اغلب کهکشان‌ها دارای شکل منحصر به فردی هستند که طبقه‌بندی آنها را آسان می‌کند. به طورکلی کهکشان‌ها به انواع مارپیچ، بیضوی، و نامنظم تقسیم‌بندی می‌شوند.۲۱ همانطورکه از نام کهکشان بیضوی پیداست سطح مقطع این کهکشان بیضی شکل است. ستارگان در مدارهای تصادفی به دور کهکشان می‌چرخند. دراین کهکشان‌ها غبار میان ستاره‌ای وجود ندارد و یا به ندرت یافت می‌شود و نقاط تولید ستاره دراین نوع کهکشان بسیار کم هستند. ستارگان این کهکشان عموماً مسن هستند کهکشان بیضوی عموماً درمرکز خوشه‌های کهکشانی یافت می‌شوند و ممکن است در اثر ترکیب کهکشان بزرگ به‌وجود آیند. کهکشان مارپیچ معمولاً از یک صفحه دوار مسطح تشکیل شده که یک برآمدگی میله مانند در مرکز آن قرار دارد و بازوهای نورانی مارپیچی از آن خارج می‌شوند. این بازوها نواحی پر گرد و غباری هستند که درناحیه تولید ستاره قرار دارند و این مناطق ستاره‌های جوان بسیار بزرگ رنگ آبی را در برابر دیدگان‌مان قرار می‌دهند؛ کهکشان‌های مارپیچ با هاله‌ای از ستاره‌های پیر احاطه شده‌اند؛ کهکشان‌های راه شیری و آندرومدا کهکشان‌های مارپیچ هستند. شکل ظاهری کهکشان‌های نامنظم درهم پیچیده‌است واین نوع از کهکشان در دسته‌بندی بیضوی و مارپیچ جای نمی‌گیرند. حدود یک چهارم کهکشان‌ها نامنظم هستند و شکل نامنظم آنها ناشی از تعامل گرانشی با محیط اطراف است. کهکشان فعال کهکشان‌هایی هستند که عمده انرژی که از آنها ساطع می‌شود از منبعی به جز ستارگان و گرد و غبار تأمین می‌شود. درمرکز این کهکشان‌ها هسته‌ای فشرده قرار دارد که گفته می‌شود یک سیاه چاله بسیار عظیم است که به علت جذب اجرام انرژی زیادی را تولید می‌کند. کهکشان رادیویی نوعی کهکشان فعال است که در بخش رادیویی طیف بسیار درخشان بوده و زبانه‌های پرانرژی گاز را متساعد می‌کند. از میان کهکشان‌های فعالی که تشعشات پرانرژی ساطع می‌کنند می‌توان به کهکشان‌های سیفرت، اخترنماها و بلازارها اشاره کرد. گفته می‌شود که اختر نماها درخشنده‌ترین اشیاء عالم هستند.۲۲ ساختار عظیم کیهان بر اساس گروه‌ها و خوشه‌های کهکشانی شکل گرفته‌است. دراین ساختار بزرگ‌ترین واحد کیهانی ابرخوشه‌ها هستند. مجموعه مواد به فیلامان‌ها و دیواره‌های کهکشانی تبدیل می‌شوند ودر میان آنها فضاهای خالی باقی می‌ماند.۲۳ کیهان‌شناسی نوشتار اصلی: کیهان شناسی فیزیکی مشاهده ساختار عظیم عالم در علم کیهان شناسی فیزیکی مطرح می‌شود و گام مؤثری در درک بهتر پیدایش وتکامل کیهان محسوب می‌شود. درکیهان‌شناسی مدرن نظریه انفجار بزرگ مورد پذیرش قرار گرفته و اعلام شده که دربرهه‌ای از زمان انفجار بزرگ رخ داده با انبساط فضا درطول ۷/۱۳ گیگا سال جهان به شکل فعلی آن مبدل شده‌است. مفهوم انفجار بزرگ با کشف تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان درسال ۱۹۶۵ مطرح شد. در طول مدت تکامل جهان چندین مرحله تکاملی را تجربه کرد. در ابتدا جهان به سرعت انبساطی کیهانی را تجربه کرد که شرایط اولیه را همگن کرد. سپس با تشکیل هسته انفجار بزرگ عناصر اولیه جهان آغازین تولید شدند. هنگامی که اولین اتم‌های تشکیل دهنده فضا شفاف شدند توانستند امواجی را از خود ساطع کنند امواجی که امروزه به صورت تشعشات مایکرویو پس زمینه کیهان مشهور هستندسپس جهان درحال انبساط به علت عدم وجود منابع انرژی کیهانی وارد عصر تیره و تار خود شد.۲۴ با وقوع تغییرات اندک در چگالی اجرام، ساختار سلسله مراتبی ماده شکل گرفت. موادی که در نواحی چگال جمع شده بودند ابرهای گاز و ستارگان اولیه را تشکیل دادند. این ستاره‌های عظیم باعث ایجاد مجدد فرایند یونیزاسیون شده و بسیاری از عناصر سنگین جهان آغازین را به وجود آوردند. توده‌های گرانشی به فیلامان تبدیل شده و فضایی بین این فیلامان‌ها به صورت خالی باقی ماند. به تدریج گرد وغبار با یکدیگر ترکیب شده واولین کهکشان‌ها به وجود آمدند. باگذشت زمان این کهکشان‌ها مواد بیشتری را به درون خود کشیدند و گروه‌ها و خوشه‌های کهکشانی و درنهایت ابرخوشه‌های عظیم شکل گرفتند.۲۵ یکی از مفاهیم اصلی در ساختار عالم، ماده تاریک یا انرژی تاریک است. ماده تاریک عنصر اصلی تشکیل دهنده دنیاست و ۹۶درصد چگالی جهان را تشکیل می‌دهد. امروزه تلاش زیادی برای درک فیزیک این ماده واجزا تشکیل دهنده آن صورت می‌گیرد.۲۶ اخترشناسی غیر حرفه‌ای (آماتوری) نوشتار اصلی: اخترشناس آماتور به طور کلی اخترشناسان آماتور با استفاده از تلسکوپهای ساخت خودشان بسیاری از پدیده‌های کیهانی واجرام سماوی را مشاهده می‌کنند. آنها بیشتر به دنبال رصد کردن ماه، سیارات، ستارگان، دنباله دارها، باران‌های شهابی وبسیاری از اجرام موجود درعمق فضا مانند خوشه‌های ستاره‌ای، کهکشان‌ها وسحابی‌ها هستند. یکی از شاخه‌های اخترشناسی آماتوری، عکس برداری کیهانی است که طی آن فرد آماتور از آسمان شب عسکبرداری می‌کند. بسیاری از افراد آماتور تلاش می‌کنند درمشاهده اجرام خاص تبحر لازم را کسب کنند و با توجه به علاقه فردی خود کار مشاهده خود را تخصصی ترکنند.۲۷۲۸ اغلب آماتورها مشاهدات خود را در طول موج‌های مرئی انجام می‌دهند و تعداد محدودی هم این کار را درمورد طول موج‌های نامرئی تجربه می‌کنند. آنها در تلسکوپ خود از فیلترهای فروسرخ استفاده می‌کنند ویا از تلسکوپ‌های رادیویی کمک می‌گیرند. کارل گوته یانسکی یکی از پیشگامان اخترشناسی رادیویی آماتوری است که در دهه ۱۹۳۰ آسمان را در طول موج‌های رادیویی مشاهده کرد. تعدادی از افراد آماتور از تلسکوپهای دست ساز یا تلسکوپ‌های رادیویی که برای تحقیقات اخترشناسی ساخته می‌شوند ودراختیار افراد آماتور قرار می‌گیرند استفاده می‌کنند. ("مثلاً " تلسکوپ یک مایلی).۲۹۳۰ اخترشناسان آماتور در پیشرفت‌های علم اخترشناسی سهم بسزایی داشته‌اند. این رشته یکی از معدود رشته‌هایی است که در آن افراد آماتور ایفای نقش می‌کنند. آنها می‌توانند دربرخی اندازه‌گیری‌ها شرکت کرده و در اصلاح مدار سیارات کوچک مفید واقع شوند. همچنین افراد آماتور درکشف دنباله دارها و رصد ستاره‌های متغیر نقش بسزایی دارند. پیشرفت‌های حاصل شده در زمینه تکنولوژی دیجیتال به افراد آماتور اجازه می‌دهد تا در رشته عسکبرداری کیهانی به موفقیت‌های چشمگیری دست پیدا کنند.۳۱۳۲۳۳ پرسش‌های بنیادین در اخترشناسی اگرچه دررشته اخترشناسی تلاش‌های بسیاری برای درک بهتر طبیعت جهان ومحتوای آن صورت گرفته‌است اما هنوز سوالهای بی پاسخی در پیش رویمان قرار دارند شاید پاسخگویی به این سوالات مستلزم ساخت ابزارهای رصد جدید و پیشرفت‌های تازه در زمینه فیزیک نظریه و تجربی باشد. آیا سیارات خاکی در اطراف بقیه ستارگان (به جز خورشید) هم قرار دارند؟ اخترشناسان از وجود ستارگان بزرگ واجرامی در اطراف ستاره‌ها اطمینان حاصل کرده‌اند؛ بنابراین وجود سیارات خاکی کوچک‌تر محتمل به نظر می‌رسد.۳۴ آیا در بقیه نقاط عالم حیات فرازمینی وجود دارد؟ به طور خاص آیا انسان درکره‌های دیگر هم زندگی می‌کند؟ دراین صورت چگونه تناقض فرمی (Fermi) را توجیه می‌کنید؟ وجود حیات درخارج از کره خاکی تبلیغات علمی و فلسفی بسیار مهمی را درپی دارد.۳۵۳۶ جنس ماده تاریک و انرژی تاریک از چیست؟ شناخت این مسئله در درک تکامل عامل و سرنوشت آن بسیار مفیداست اما هنوز دربارهٔ آن چیزی نمی‌دانیم.۳۷ چرا دنیا به وجود آمد؟ چرا برای مثال ثابت‌های فیزیکی با دقت تنظیم شده‌اند تا وجود حیات را تضمین کنند؟ چه چیزی باعث انبساط کیهانی شد و دنیا را همگن کرد؟۳۸ اسطرلاب نوشتار اصلی: اسطرلاب اسطرلاب ایرانی ساختهٔ دانشمند بزرگ ایرانی غیاث الدین جمشید کاشانی که از بزرگترین منجمان و ریاضیدانان عصر خود و متعلق به سده هجدهم میلادی می‌باشد. صفحه گرد کوچکتر دارای ۱۳ میخچه یا پیکانک کمانی شکل است. جهت و اشاره پیکانک‌ها، موقعیت درخشان‌ترین و روشن‌ترین ستاره‌ها را نشان می‌دهند. نام ستاره‌ها در پایین هر پیکانک حک شده‌است. صفحه گرد بزرگتر به وسیله خطوط هماهنگ ترسیم شده‌است. این اسطرلاب در موزه تاریخ علم کمبریج نگهداری می‌شود.۳۹ اسطرلاب مسطح سدسی، ساخت ایران-تبریز، ۱۳۷۰ اسطرلاب از ابزارهای قدیم نجوم و طالع‌بینی است. اسطرلاب وسیله بسیار کارآمدی در نجوم رصدی بوده و اکنون بیشتر برای کاربردهای آموزشی بکار می‌رود. این ابزار برای سنجش ارتفاع، سمت، بعد و میل خورشید و ستارگان، تعیین وقت در ساعات روز و شب، قبله و زمان طلوع و غروب آفتاب و بسیاری کاربردهای دیگر به‌کار می‌رفته‌است.