天体てんたい物理ぶつり学がく

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天体てんたい物理ぶつり学がく（てんたいぶつりがく、英語えいご：astrophysics）は、天文学てんもんがく及および宇宙うちゅう物理ぶつり学がくの一いち分野ぶんやで、恒星こうせい・銀河ぎんが・星ほし間あいだ物質ぶっしつなどの天体てんたいの物理ぶつり的てき性質せいしつ（光度こうど・密度みつど・温度おんど・化学かがく組成そせいなど）や天体てんたい間あいだの相互そうご作用さようなどを研究けんきゅう対象たいしょうとし、それらを物理ぶつり学がく的てき手法しゅほうを用もちいて研究けんきゅうする学問がくもんである。宇宙うちゅう物理ぶつり学がくとも。天文学てんもんがくの中なかでも19世紀せいき以降いこうに始はじまった比較的ひかくてき新あたらしい分野ぶんやで、天文学てんもんがくの近代きんだい部門ぶもんの代表だいひょう的てきな分野ぶんやと目めされている。

例れいとして、宇宙うちゅう論ろんの研究けんきゅうは、理論りろん天体てんたい物理ぶつり学がくの中なかで最もっとも規模きぼの大おおきな対象たいしょうを扱あつかう学問がくもんであるが、逆ぎゃくに宇宙うちゅう論ろん（特とくにビッグバン理論りろん）では、我々われわれが知しっている最もっとも高たかいエネルギー領域りょういきを扱あつかうがゆえに、宇宙うちゅうを観測かんそくすることがそのまま最もっとも微小びしょうなスケールでの物理ぶつり学がくの実験じっけんそのものにもなっている。

実際じっさいには、ほぼ全すべての近代きんだい天文学てんもんがくの研究けんきゅうは、物理ぶつり学がくの要素ようそを多おおく含ふくんでいる。多おおくの国くにの天文学てんもんがく系けいの大学院だいがくいん博士はかせ課程かていの名称めいしょうは、「天文学てんもんがく (Astronomy)」や「天体てんたい物理ぶつり学がく (Astrophysics)」などまちまちだが、これは専攻せんこうの学問がくもん内容ないようよりもその研究けんきゅう室しつの歴史れきしを反映はんえいしているに過すぎない。

歴史れきし

天文学てんもんがくの歴史れきしは人類じんるいの歴史れきしそのものと同おなじくらいに古ふるいが、天文学てんもんがくは長ながい間あいだ、物理ぶつり学がくとは区別くべつされてきた。アリストテレス的てきな世界せかい観かんでは、天てんは完全かんぜんな世界せかいであり、天体てんたいは完全かんぜんな球形きゅうけいであって完全かんぜんな円軌道えんきどう上じょうを動うごいているとされていた。一方いっぽう、この地上ちじょうは不完全ふかんぜんな世界せかいであり、これら二ふたつの世界せかいは互たがいに無関係むかんけいであると考かんがえられていた。

太陽たいようや惑星わくせいは地球ちきゅうの周まわりを回まわっているという一見いっけん常識じょうしき的てきな見方みかた（天動説てんどうせつ）についても、何なに世紀せいきにもわたって疑問ぎもんが投なげかけられることはなかった。しかし16世紀せいきになってニコラウス・コペルニクスが、地球ちきゅうと他たの全すべての惑星わくせいは太陽たいようの周まわりを周回しゅうかいする太陽系たいようけいを形作かたちづくっているというモデル（地動説ちどうせつ）を提案ていあんした。ガリレオ・ガリレイは定量ていりょう的てき測定そくていを物理ぶつり学がくの中心ちゅうしんに据すえたが、天文学てんもんがくでの彼かれの観測かんそくは、まだ天体てんたい物理ぶつり学がく的てきな意味いみは持もっていなかった。

やがて精密せいみつな観測かんそくデータが得えられるようになると、観測かんそくされた天体てんたいの振ふる舞まいに対たいして理論りろん的てきな説明せつめいを追求ついきゅうするという姿勢しせいが生うまれてきた。初はじめのうちは、17世紀せいき初期しょきに発見はっけんされたケプラーの惑星わくせい運動うんどうの法則ほうそくなど、場当ばあたり的てきな経験けいけん則そくが見出みいだされるにとどまっていた。しかし、17世紀せいきの終おわりになるとアイザック・ニュートンが、地球ちきゅう上じょうの物体ぶったいの力学りきがくを支配しはいする法則ほうそくと同おなじものが惑星わくせいや月つきの運動うんどうをも支配しはいしていることを発見はっけんし、ケプラーの法則ほうそくとガリレイの力学りきがくとを橋渡はしわたしすることになった。これが天文学てんもんがくと物理ぶつり学がくとを統合とうごうした最初さいしょの仕事しごとである。

アイザック・ニュートンが『プリンキピア』を出版しゅっぱんした後のち、航海こうかい術じゅつの分野ぶんやに変化へんかが起おこった。1670年ねん頃ころから、近代きんだい的てきな緯度いど測定そくてい器具きぐと当時とうじ最高さいこう精度せいどの時計とけいを用もちいて、世界中せかいじゅうで自分じぶんの位置いちが測定そくていされるようになったのである。航海こうかいの必要ひつよう性せいが高たかまるにつれ、より高こう精度せいどの天文てんもん観測かんそくや観測かんそく器具きぐを求もとめる動うごきが次第しだいに増ましてきた。この流ながれを背景はいけいにして、天文学てんもんがく者しゃはより多おおくの質しつの良よい観測かんそくデータを得えるようになった。

19世紀せいきの終おわりには、太陽たいようの光ひかりを分光ぶんこうすると多数たすうのスペクトル線せん（光ひかりが弱よわい、またはほとんど見みられない領域りょういき）が見みられることが発見はっけんされた。実験じっけん室しつで高温こうおんのガスを分光ぶんこうすると同おなじような線せんを見みることができ、各々おのおのの線せんはそれぞれ一いち種類しゅるいの元素げんそに対応たいおうしている。この方法ほうほうによって、太陽たいようのスペクトルに見みられる元素げんそ（主おもに水素すいそ）と同おなじ元素げんそが地球ちきゅう上じょうにも存在そんざいしていることが証明しょうめいされた。実際じっさい、ヘリウムは、まず太陽たいようのスペクトルの中なかから発見はっけんされ、後のちになって地上ちじょうで見みつかった。ヘリウム (Helium) という名前なまえはここに由来ゆらいしている。20世紀せいきには、天文学てんもんがくや実験じっけん物理ぶつり学がくの実験じっけん・観測かんそく結果けっかの理解りかいに必要ひつような量子りょうし物理ぶつり学がくが出現しゅつげんしたことによって、分光ぶんこう分析ぶんせき学がく（上記じょうきのようなスペクトル線せんを研究けんきゅうする学問がくもん）が発展はってんした。

観測かんそく天体てんたい物理ぶつり学がく

多おおくの場合ばあい、天体てんたい物理ぶつり学がく的てきな物理ぶつり過程かていは地球ちきゅう上じょうの研究けんきゅう室しつでは再現さいげんできない。しかし、電磁波でんじはのスペクトル全体ぜんたいを見渡みわたせば、膨大ぼうだいな種類しゅるいの天体てんたいを見みることができる。これらの天体てんたいからデータを受動じゅどう的てきに集あつめることによって研究けんきゅうを行おこなうのが観測かんそく天体てんたい物理ぶつり学がくの目的もくてきである。

天体てんたい物理ぶつり現象げんしょうを研究けんきゅうするのに必要ひつような装置そうちや手法しゅほうには様々さまざまなものがある。現在げんざい関心かんしんを持もたれている天体てんたい物理ぶつり現象げんしょうの多おおくは、非常ひじょうに先進せんしん的てきな技術ぎじゅつがなければ研究けんきゅうできなかったり、ごく最近さいきんまで現象げんしょう自体じたいが知しられていなかったものである。

天体てんたい物理ぶつり学がくの観測かんそくの大半たいはんは電磁波でんじはスペクトルを用もちいて行おこなわれている。

電波でんぱ天文学てんもんがくはミリ波はやそれよりも長ながい波長はちょうの放射ほうしゃを研究けんきゅう対象たいしょうとする。電波でんぱは普通ふつう、星ほし間あいだガスや分子ぶんし雲くもなど低温ていおんの天体てんたいから放射ほうしゃされる。宇宙うちゅうマイクロ波は背景はいけい放射ほうしゃはビッグバンの光こうが赤あか方偏かたへん移うつりを起おこしたものである。パルサーは最初さいしょマイクロ波はで検出けんしゅつされた。これらの電波でんぱを研究けんきゅうするためには非常ひじょうに大おおきな電波でんぱ望遠鏡ぼうえんきょうが必要ひつようとなる。
赤外線せきがいせん天文学てんもんがくは可視かし光こうよりもずっと波長はちょうが長ながく電波でんぱよりは短みじかい領域りょういきの放射ほうしゃを研究けんきゅう対象たいしょうとする。赤外線せきがいせんの観測かんそくは通常つうじょう、普通ふつうの光学こうがく望遠鏡ぼうえんきょうと同種どうしゅの望遠鏡ぼうえんきょうで行おこなわれる。恒星こうせいよりも温度おんどが低ひくい天体てんたい（惑星わくせいなど）は一般いっぱん的てきに赤外線せきがいせんで観測かんそくされる。2013年ねんにはジェイムズ・ウェッブ宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうをラグランジュ点てん(L₂)に打うち上あげて、最高さいこうの環境かんきょうでビッグバンの残のこり火びとしての微弱びじゃくな赤外線せきがいせんを観測かんそくする計画けいかくが推進すいしんされている。
光学こうがく天文学てんもんがくは天文学てんもんがくの中なかでは最もっとも歴史れきしが古ふるい。観測かんそく方法ほうほうにより位置いち観測かんそく、測光そっこう観測かんそく、分光ぶんこう観測かんそくに分わけられる。望遠鏡ぼうえんきょうと冷却れいきゃくCCDカメラ、分光ぶんこう器きが最もっとも広ひろく使つかわれる装置そうちである。光学こうがく観測かんそくは地球ちきゅうの大気たいきによっていくらか妨さまたげられるため、可能かのうな限かぎり質しつの良よい画像がぞうを得えるために補償ほしょう光学こうがくや宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうが使つかわれている。この波長はちょう域いきでは恒星こうせいは非常ひじょうによく観測かんそくでき、恒星こうせいや銀河ぎんが、星雲せいうんなどの化学かがく組成そせいを研究けんきゅうするために多おおくのスペクトル観測かんそくが行おこなわれている。
紫外線しがいせん・X線せん・γ線がんません天文学てんもんがくは連れん星ぼしパルサーやブラックホール、マグネターなど、非常ひじょうに高こうエネルギーの物理ぶつり過程かていを研究けんきゅう対象たいしょうとする。これらの種類しゅるいの放射ほうしゃは地球ちきゅう大気たいきをほとんど透過とうかしないため、RXTE やチャンドラX線せん天文台てんもんだい、コンプトンγ線がんません天文台てんもんだいのような宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうで観測かんそくされている。

電磁波でんじはの放射ほうしゃ以外いがいでは、宇宙うちゅうの遠方えんぽうからやってくるもので地球ちきゅうから観測かんそくできる対象たいしょうは限かぎられている。重力じゅうりょく波は天文台てんもんだいがいくつか作つくられているが、重力じゅうりょく波はで観測かんそくするというよりは、検出けんしゅつが極端きょくたんに困難こんなんな重力じゅうりょく波はを検出けんしゅつするのが当面とうめんの目標もくひょうである。ニュートリノ天文台てんもんだいも主おもに太陽たいようを研究けんきゅうする目的もくてきで建設けんせつされている。非常ひじょうに高こうエネルギーの粒子りゅうしからなる宇宙うちゅう線せんが地球ちきゅうの大気たいきと衝突しょうとつする現象げんしょうも観測かんそく可能かのうである。

天文てんもん観測かんそくでは、その時間じかんスケールにおいても様々さまざまな違ちがいがある。ほとんどの光学こうがく観測かんそくには数すう分ふんから数時間すうじかん単位たんいの時間じかんがかかるため、これよりも短みじかい時間じかんで変化へんかする現象げんしょうは容易よういには観測かんそくできない。しかしいくつかの天体てんたいについては数すう百ひゃく年ねん、あるいは千せん年ねん以上いじょうにわたって歴史れきし上じょうの記録きろくに残のこされているデータを見みることができる。一方いっぽうで、電波でんぱ観測かんそくでは数すうミリ秒びょうの時間じかんスケールのイベント（ミリ秒びょうパルサーなど）を見みたり、数すう年ねんにわたるデータを重かさね合あわせて調しらべたりする（パルサーの減速げんそくの研究けんきゅうなど）ことができる。こういった異ことなる時間じかんスケールの観測かんそくから得えられる情報じょうほうは非常ひじょうに異ことなった様相ようそうを見みせる。

太陽たいようの研究けんきゅうは観測かんそく天体てんたい物理ぶつり学がくの中なかで特別とくべつな位置いちにある。太陽たいよう以外いがいの恒星こうせいは全すべて非常ひじょうに遠距離えんきょりにあるので、太陽たいようは他たの星ほしとは比くらべ物ものにならないほど詳細しょうさいに観測かんそくできる唯一ゆいいつの恒星こうせいである。太陽たいようの性質せいしつを理解りかいすることは、他たの恒星こうせいを理解りかいする助たすけとなる。

恒星こうせいがどのように進化しんかするかという恒星こうせい進化しんか論ろんの話題わだいは、恒星こうせいのタイプの違ちがいをヘルツシュプルング・ラッセル図ずの上うえの個々ここの位置いちの違ちがいで表あらわすことが多おおい。この図ずは恒星こうせいの誕生たんじょうから崩壊ほうかいまでの星ほしの状態じょうたいを表現ひょうげんしていると見みることができる。

理論りろん天体てんたい物理ぶつり学がく

理論りろん天体てんたい物理ぶつり学者がくしゃは観測かんそく結果けっかを再現さいげんし、新あらたな現象げんしょうを予測よそくするモデルを構築こうちく・評価ひょうかする。彼かれらは解析かいせき的てきモデル（例たとえば恒星こうせいの振ふる舞まいを近似きんじするポリトロープなど）や計算けいさん物理ぶつり学がく的てきな数値すうちシミュレーションといった様々さまざまな道具どうぐを用もちいる。

これらの過程かていのいくつかの例れいは以下いかの通とおりである。

現象げんしょう予測よそくモデルの構築こうちくと評価ひょうか
物理ぶつり過程かてい	実験じっけんの道具どうぐ	理論りろん的てきモデル	説明せつめい／予測よそく
重力じゅうりょく	電波でんぱ望遠鏡ぼうえんきょう	自己じこ重力じゅうりょく系けい	恒星こうせい系けいの形成けいせい
核かく融合ゆうごう	分光ぶんこう学がく	恒星こうせい進化しんか論ろん	どのように恒星こうせいが輝かがやくか
ビッグバン	ハッブル宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょう、 COBE	膨張ぼうちょう宇宙うちゅう	宇宙うちゅう年齢ねんれい
量子りょうしゆらぎ		インフレーション理論りろん	平坦へいたん性せい問題もんだい
重力じゅうりょく崩壊ほうかい	X線せん天文学てんもんがく	一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろん	アンドロメダ銀河ぎんがの中心ちゅうしんのブラックホール

理論りろん天体てんたい物理ぶつり学がくで研究けんきゅうされるトピックとしては以下いかのようなものがある。