天体物理学
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天体物理学（てんたいぶつりがく、Astrophysics）は、天文学及び宇宙物理学の一分野で、恒星・银河・星间物质などの天体の物理的性质（亮度・密度・温度・化学组成など）や天体间の相互作用などを研究対象とし、それらを物理学的手法を用いて研究する学问である。天文学の中でも19世纪以降に始まった比较的新しい分野で、天文学の近代部门の代表的な分野と目されている。
例として、宇宙论の研究は、理论天体物理学の中で最も规模の大きな対象を扱う学问であるが、逆に宇宙论（特にビッグバン理论）では、我々が知っている最も高いエネルギー领域を扱うがゆえに、宇宙を観测することがそのまま最も微小なスケールでの物理学の実験そのものにもなっている。
実际には、ほぼ全ての近代天文学の研究は、物理学の要素を多く含んでいる。多くの国の天文学系の大学院博士课程の名称は、「天文学 (Astronomy)」や「天体物理学 (Astrophysics)」などまちまちだが、これは専攻の学问内容よりもその研究室の歴史を反映しているに过ぎない。
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[编集] 歴史
天文学の歴史は人类の歴史そのものと同じくらいに古いが、天文学は长い间、物理学とは区别されてきた。アリストテレス的な世界観では、天は完全な世界であり、天体は完全な球形であって完全な円轨道上を动いているとされていた。一方、この地上は不完全な世界であり、これら二つの世界は互いに无関系であると考えられていた。
太阳や惑星は地球の周りを回っているという一见常识的な见方（天动説）についても、何世纪にもわたって疑问が投げかけられることはなかった。しかし16世纪になってニコラウス・コペルニクスが、地球と他の全ての惑星は太阳の周りを周回する太阳系を形作っているというモデル（地动説）を提案した。ガリレオ・ガリレイは定量的测定を物理学の中心に据えたが、天文学での彼の観测は、まだ天体物理学的な意味は持っていなかった。
やがて精密な観测データが得られるようになると、観测された天体の振る舞いに対して理论的な説明を追求するという姿势が生まれてきた。初めのうちは、17世纪初期に発见されたケプラーの惑星运动の法则など、场当たり的な経験则が见出されるにとどまっていた。しかし、17世纪の终わりになるとアイザック・ニュートンが、地球上の物体の力学を支配する法则と同じものが惑星や月の运动をも支配していることを発见し、ケプラーの法则とガリレイの力学とを桥渡しすることになった。これが天文学と物理学とを统合した最初の仕事である。
アイザック・ニュートンが『プリンキピア』を出版した后、航海术の分野に変化が起こった。1670年顷から、近代的な纬度测定器具と当时最高精度の时计を用いて、世界中で自分の位置が测定されるようになったのである。航海の必要性が高まるにつれ、より高精度の天文観测や観测器具を求める动きが次第に増してきた。この流れを背景にして、天文学者はより多くの质の良い観测データを得るようになった。
19世纪の终わりには、太阳の光を分光すると多数のスペクトル线（光が弱い、またはほとんど见られない领域）が见られることが発见された。実験室で高温のガスを分光すると同じような线を见ることができ、各々の线はそれぞれ一种类の元素に対応している。この方法によって、太阳のスペクトルに见られる元素（主に水素）と同じ元素が地球上にも存在していることが证明された。実际、ヘリウムは、まず太阳のスペクトルの中から発见され、后になって地上で见つかった。ヘリウム (Helium) という名前はここに由来している。20世纪には、天文学や実験物理学の実験・観测结果の理解に必要な量子物理学が出现したことによって、分光分析学（上记のようなスペクトル线を研究する学问）が発展した。
[编集] 観测天体物理学
多くの场合、天体物理学的な物理过程は地球上の研究室では再现できない。しかし、电磁波のスペクトル全体を见渡せば、膨大な种类の天体を见ることができる。これらの天体からデータを受动的に集めることによって研究を行うのが観测天体物理学の目的である。
天体物理现象を研究するのに必要な装置や手法には様々なものがある。现在関心を持たれている天体物理现象の多くは、非常に先进的な技术がなければ研究できなかったり、ごく最近まで现象自体が知られていなかったものである。
天体物理学の観测の大半は电磁波スペクトルを用いて行われている。
- 电波天文学はミリ波やそれよりも长い波长の放射を研究対象とする。电波は普通、星间ガスや分子云など低温の天体から放射される。宇宙マイクロ波背景放射はビッグバンの光が赤方偏移を起こしたものである。パルサーは最初マイクロ波で検出された。これらの电波を研究するためには非常に大きな电波望远镜が必要となる。
- 赤外线天文学は可视光よりもずっと波长が长く电波よりは短い领域の放射を研究対象とする。赤外线の観测は通常、普通の光学望远镜と同种の望远镜で行われる。恒星よりも温度が低い天体（惑星など）は通用に赤外线で観测される。2013年にはジェイムズ・ウェッブ宇宙望远镜をラグランジュ点(L2)に打ち上げて、最高の环境でビッグバンの残り火としての微弱な赤外线を観测する计画が推进されている。
- 光学天文学は天文学の中では最も歴史が古い。観测方法により位置観测、测光観测、分光観测に分けられる。望远镜と冷却CCDカメラ、分光器が最も広く使われる装置である。光学観测は地球の大気によっていくらか妨げられるため、可能な限り质の良い画像を得るために补偿光学や宇宙望远镜が使われている。この波长域では恒星は非常によく観测でき、恒星や银河、星云などの化学组成を研究するために多くのスペクトル観测が行われている。
- 紫外线・X线・γ线天文学は连星パルサーやブラックホール、マグネターなど、非常に高エネルギーの物理过程を研究対象とする。これらの种类の放射は地球大気をほとんど透过しないため、RXTE やチャンドラX线天文台、コンプトンγ线天文台のような宇宙望远镜で観测されている。
电磁波の放射以外では、宇宙の远方からやってくるもので地球から観测できる対象は限られている。重力波天文台がいくつか作られているが、重力波で観测するというよりは、検出が极端に困难な重力波を検出するのが当面の目标である。ニュートリノ天文台も主に太阳を研究する目的で建设されている。非常に高エネルギーの粒子からなる宇宙线が地球の大気と冲突する现象も観测可能である。
天文観测では、その时间スケールにおいても様々な违いがある。ほとんどの光学観测には数分から数时间単位の时间がかかるため、これよりも短い时间で変化する现象は容易には観测できない。しかしいくつかの天体については数百年、あるいは千年以上にわたって歴史上の记録に残されているデータを见ることができる。一方で、电波観测では数ミリ秒の时间スケールのイベント（ミリ秒パルサーなど）を见たり、数年にわたるデータを重ね合わせて调べたりする（パルサーの减速の研究など）ことができる。こういった异なる时间スケールの観测から得られる情报は非常に异なった様相を见せる。
太阳の研究は観测天体物理学の中で特别な位置にある。太阳以外の恒星は全て非常に远距离にあるので、太阳は他の星とは比べ物にならないほど详细に観测できる唯一の恒星である。太阳の性质を理解することは、他の恒星を理解する助けとなる。
恒星がどのように进化するかという恒星进化论の话题は、恒星のタイプの违いをヘルツシュプルング・ラッセル図の上の个々の位置の违いで表すことが多い。この図は恒星の诞生から崩壊までの星の状态を表现していると见ることができる。
[编集] 理论天体物理学
理论天体物理学者は観测结果を再现し、新たな现象を予测するモデルを构筑・评価する。彼らは解析的モデル（例えば恒星の振る舞いを近似するポリトロープなど）や计算物理学的な数値シミュレーションといった様々な道具を用いる。
これらの过程のいくつかの例は以下の通りである。
| 物理过程 | 実験の道具 | 理论的モデル | 説明／予测 |
| 重力 | 电波望远镜 | 自己重力系 | 恒星系の形成 |
| 核融合 | 分光学 | 恒星进化论 | どのように恒星が辉くか |
| ビッグバン | ハッブル宇宙望远镜, COBE | 膨张宇宙 | 宇宙年齢 |
| 量子ゆらぎ | インフレーション理论 | 平坦性问题 | |
| 重力崩壊 | X线天文学 | 一般相対性理论 | アンドロメダ银河の中心のブラックホール |
理论天体物理学で研究されるトピックとしては以下のようなものがある。
