علم الفلك

يُستخدم مصطلحا "علم الفلك" و" الفيزياء الفلكية " بشكل مترادف في الاستخدام الحديث. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} في تعريفات القواميس، يُعرّف "علم الفلك" بأنه "دراسة الأجسام والمادة خارج الغلاف الجوي للأرض وخصائصها الفيزيائية والكيميائية"، ^{[ 6 ]} بينما يُعرّف "الفيزياء الفلكية" بأنه فرع من علم الفلك يُعنى بـ"سلوك وخصائص وعمليات ديناميكية للأجرام والظواهر السماوية". ^{[ 7 ]} أحيانًا، كما في مقدمة كتاب " الكون المادي " التمهيدي لفرانك شو ، يُقصد بـ "علم الفلك" الدراسة النوعية للموضوع، بينما يُقصد بـ"الفيزياء الفلكية" النسخة الفيزيائية منه. ^{[ 8 ]} بعض المجالات، مثل علم القياس الفلكي ، تُعتبر بهذا المعنى علم فلك بحتًا وليست فيزياء فلكية أيضًا. قد تستخدم أقسام البحث مصطلحي "علم الفلك" و"الفيزياء الفلكية" تبعًا لارتباط القسم تاريخيًا بقسم الفيزياء، ^{[ 4 ]} ويحمل العديد من علماء الفلك المحترفين شهادات في الفيزياء بدلًا من علم الفلك. ^{[ 5 ]} لذا، في الاستخدام الحديث، غالبًا ما يُستخدم المصطلحان بشكل متبادل. ^{[ 3 ]}

كان الدافع وراء التطور الأولي لعلم الفلك هو الاحتياجات العملية، مثل التقاويم الزراعية. وقبل التاريخ المدون، تُقدم المواقع الأثرية، مثل ستونهنج، أدلة على اهتمام القدماء بالرصد الفلكي. ^{[ 12 ] : 15} كما تُقدم القطع الأثرية، مثل قرص نيبرا السماوي المرصع برموز تُفسر على أنها شمس وقمر ونجوم، بما في ذلك عنقود من سبعة نجوم ، أدلة أخرى . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} وتضمنت الهياكل الضخمة الموجودة في نبتة بلايا ، بصعيد مصر، ترتيبات تقويم فلكي متوافقة مع الشروق الهلالي لنجم الشعرى اليمانية، ودعمت معايرة التقويم السنوي لفيضان النيل السنوي. ^{[ 16 ]}

أنشأت حضارات مثل مصر وبلاد ما بين النهرين واليونان والهند والصين ، كلٌ على حدة ولكن بتأثيرات ثقافية متبادلة، مراصد فلكية وطورت أفكارًا حول طبيعة الكون، إلى جانب التقاويم والأدوات الفلكية. [ ^{18 ] وكان} من أهم التطورات المبكرة ظهور علم الفلك الرياضي والعلمي لدى البابليين، مما وضع أسس التقاليد الفلكية في حضارات أخرى. ^{[ 19 ]} اكتشف البابليون أن خسوف القمر يتكرر في دورة ساروس التي تتكون من 223 شهرًا اقترانيًا . ^{[ 20 ]}

بعد البابليين، شهدت اليونان القديمة والعالم الهلنستي تطوراتٍ كبيرة . سعى علم الفلك اليوناني إلى إيجاد تفسيرٍ منطقي وفيزيائي للظواهر السماوية. ^{[ 21 ]} في القرن الرابع قبل الميلاد، كان هيراكليدس البنطي أول من اقترح دوران الأرض حول محورها. ^{[ 22 ]} في القرن الثالث قبل الميلاد، قدّر أريستارخوس الساموسي حجم القمر والشمس ومسافتهما ، واقترح نموذجًا للنظام الشمسي تدور فيه الأرض والكواكب حول الشمس، وهو ما يُعرف الآن بالنموذج الشمسي المركزي . ^{[ 23 ]} في القرن الثاني قبل الميلاد، حسب هيبارخوس حجم القمر ومسافته، واخترع أقدم الأجهزة الفلكية المعروفة، مثل الأسطرلاب . ^{[ 24 ]} كما لاحظ الانحراف الطفيف في مواقع الاعتدالين والانقلابين بالنسبة للنجوم الثابتة، والذي نعرف الآن أنه ناتج عن التبادر . ^{[ 12 ]} أنشأ هيبارخوس أيضًا فهرسًا يضم 1020 نجمًا، ومعظم أبراج نصف الكرة الشمالي مستمدة من علم الفلك اليوناني. ^{[ 25 ]} كانت آلية أنتيكيثيرا (حوالي 150-80 قبل الميلاد) حاسوبًا تناظريًا مبكرًا مصممًا لحساب موقع الشمس والقمر والكواكب في تاريخ محدد . لم تظهر أدوات تكنولوجية ذات تعقيد مماثل حتى القرن الرابع عشر، عندما ظهرت الساعات الفلكية الميكانيكية ^في أوروبا . [ ^{26 ]}

بعد العصر اليوناني الكلاسيكي، هيمن النموذج الجيومركزي للكون، أو النظام البطلمي ، على علم الفلك ، نسبةً إلى كلاوديوس بطليموس . وأصبح كتابه الفلكي المكون من 13 مجلدًا، والذي يحمل اسم " المجسطي" في ترجمته العربية، المرجع الأساسي لأكثر من ألف عام. ^{[ 27 ] : 196} في هذا النظام، كان يُعتقد أن الأرض هي مركز الكون، وأن الشمس والقمر والنجوم تدور حولها. ^{[ 28 ]} ورغم أن هذا النظام قد فُند لاحقًا، إلا أنه قدم أدق التنبؤات المتاحة آنذاك لمواقع الأجرام السماوية. ^{[ 27 ]}

مع وصول علم الفلك الهلنستي إلى الهند عبر التجارة والتواصل الثقافي، دخل علم الفلك الهندي مرحلة جديدة خلال القرون الأولى الميلادية. ^{[ 29 ]} وقد وفرت التقاليد المحلية السابقة، كتلك المسجلة في كتاب "فيدانغا جيوتيشا"، أسسًا تقويمية، بينما دُمجت النماذج الفلكية اليونانية لاحقًا على يد علماء من بينهم أريابهاتا ، وفاراهامهيرا ، وبراهماغوبتا. ^{[ 30 ]} وقد حسّن أريابهاتا بشكل ملحوظ طرق حساب حركات الكواكب والكسوف. ^{[ 31 ]} وفي أواخر العصور الوسطى، أسهمت مدرسة كيرالا في علم الفلك من خلال ممارسات رصدية متطورة وحسابات أكثر دقة لحركات الكواكب والكسوف. ^{[ 32 ]}

ازدهر علم الفلك في العالم الإسلامي في العصور الوسطى ، حيث أُنشئت المراصد الفلكية بحلول أوائل القرن التاسع الميلادي. ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]} وفي عام 964، وصف الفلكي الفارسي المسلم عبد الرحمن الصوفي مجرة ​​أندروميدا ، أكبر مجرة ​​في المجموعة المحلية ، في كتابه "النجوم الثابتة" . ^{[ 37 ]} وفي عام 1006 ، رصد الفلكي المصري العربي علي بن رضوان وفلكيون صينيون المستعر الأعظم SN 1006 ، وهو ألمع حدث نجمي من حيث القدر الظاهري في الألف عام الماضية. ^{[ 38 ]} ولاحظ العالم الإيراني البيروني ، خلافًا لما ذكره بطليموس ، أن أوج الشمس (أعلى نقطة في السماء) متحرك وليس ثابتًا. ^{[ 39 ] [ 40 ]} وقد أدخل الفلكيون العرب العديد من الأسماء العربية المستخدمة حاليًا للنجوم . ^{[ 41 ]}

ربما احتوت الآثار في زيمبابوي الكبرى وتمبكتو ^[ 42 ^{] على مراصد فلكية. [ 43 ]} في غرب أفريقيا ما بعد الكلاسيكية، درس علماء الفلك حركة النجوم وعلاقتها بالفصول، ورسموا خرائط للسماء ومخططات لمدارات الكواكب الأخرى استنادًا إلى حسابات رياضية معقدة. ^{[ 44 ]} وثّق المؤرخ محمود كاتي، من سونغاي، ^وابلًا من الشهب عام 1583. ^{[ 45 ]}

في أوروبا في العصور الوسطى، اخترع ريتشارد من والينغفورد (1292-1336) أول ساعة فلكية، وهي ساعة ريكتانغولوس، التي سمحت بقياس الزوايا بين الكواكب والأجرام السماوية الأخرى، ^{[ 46 ]} بالإضافة إلى جهاز استوائي يُسمى ألبيون، والذي استُخدم في الحسابات الفلكية مثل خطوط الطول القمرية والشمسية والكوكبية . ^{[ 47 ]} ناقش نيكول أورسم ( 1320-1382 ) أدلة على دوران الأرض. ^{[ 48 ]} طوّر جان بوريدان (1300-1361) نظرية الدفع ، واصفًا حركات الأجرام السماوية. ^{[ 49 ] [ 50 ]} لأكثر من ستة قرون (منذ استعادة المعارف القديمة خلال أواخر العصور الوسطى وحتى عصر التنوير)، قدمت الكنيسة الكاثوليكية الرومانية دعمًا ماليًا واجتماعيًا لدراسة علم الفلك يفوق على الأرجح جميع المؤسسات الأخرى. كان من بين دوافع الكنيسة إيجاد موعد عيد الفصح . ^{[ 51 ]}

خلال عصر النهضة ، اقترح نيكولاس كوبرنيكوس نموذجًا مركزيًا للشمس للنظام الشمسي. ^{[ 52 ]} ورغم أن نموذجه حافظ على مدارات دائرية، إلا أنه كان كافيًا لحساب حجم مدارات الكواكب وفتراتها. وقد أدت بساطة علم الفلك الكوبرنيكي الجذابة إلى اعتماده بين علماء الفلك حتى قبل أن تؤكده ملاحظات غاليليو التلسكوبية في القرن السابع عشر. ^{[ 12 ] : 40}

في حوالي عام 1608، تم اختراع التلسكوب ، وبحلول عام 1610، لاحظ غاليليو غاليلي أطوارًا على كوكب الزهرة مشابهة لأطوار القمر، مما دعم النموذج الشمسي المركزي. ^{[ 12 ]} وفي نفس الفترة تقريبًا، قام يوهانس كيبلر بتنظيم النموذج الشمسي المركزي كميًا . ^{[ 53 ]} ومن خلال تحليل عقدين من الملاحظات الدقيقة التي أجراها تيكو براهي ، وضع كيبلر نظامًا يصف تفاصيل حركة الكواكب حول الشمس. ^{[ 54 ] : 4 [ 55 ]} وبينما رفض كيبلر الحركة الدائرية المنتظمة لكوبرنيكوس لصالح الحركة الإهليلجية، ^{[ 12 ]} إلا أنه لم ينجح في صياغة نظرية وراء القوانين التي دوّنها. ^{[ 56 ]} وكان إسحاق نيوتن ، باختراعه للديناميكا السماوية وقانون الجاذبية ، هو من فسّر أخيرًا حركات الكواكب. ^{[ 57 ]} كما طوّر نيوتن التلسكوب العاكس . ^{[ 58 ]} واقترح نيوتن، بالتعاون مع ريتشارد بنتلي، أن النجوم تشبه الشمس ولكنها أبعد بكثير. ^{[ 54 ]}

أحدثت التلسكوبات الجديدة تغييرًا في المفاهيم المتعلقة بالنجوم. ففي عام 1610، اكتشف غاليليو أن حزمة الضوء التي تعبر السماء ليلًا، والتي نسميها درب التبانة، تتكون من عدد كبير من النجوم. ^{[ 12 ] : 48} وفي عام 1668، قارن جيمس غريغوري لمعان كوكب المشتري بنجم الشعرى اليمانية لتقدير المسافة بينهما بأكثر من 83000 وحدة فلكية. ^{[ 54 ]} قام الفلكي الإنجليزي جون فلامستيد ، أول فلكي ملكي في بريطانيا ، بتصنيف أكثر من 3000 نجم، ولكن نُشرت البيانات رغماً عنه في عام 1712. ^{[ 59 ]} وضع الفلكي ويليام هيرشل فهرسًا مفصلاً للسدم والتجمعات النجمية، وفي عام 1781 اكتشف كوكب أورانوس ، أول كوكب جديد يُكتشف. ^{[ 60 ]} قام فريدريك بيسل بتطوير تقنية اختلاف المنظر النجمي في عام 1838، ولكن كان من الصعب جدًا تطبيقها لدرجة أنه لم يتم قياس سوى حوالي 100 نجم بحلول عام 1900. ^{[ 54 ]}

خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، أدت دراسة مسألة الأجسام الثلاثة على يد ليونارد أويلر ، وألكسيس كلود كليرو ، وجان لو رون دالمبير إلى تنبؤات أكثر دقة حول حركات القمر والكواكب. وقد تم تطوير هذا العمل لاحقًا على يد جوزيف لويس لاغرانج وبيير سيمون لابلاس ، مما سمح بتقدير كتل الكواكب والأقمار من خلال اضطراباتها. ^{[ 61 ]}

شهدت علوم الفلك تطورات هامة مع ظهور تقنيات جديدة، من بينها المطياف والتصوير الفلكي . ففي عامي 1814-1815، اكتشف جوزيف فون فراونهوفر نحو 574 خطًا داكنًا في طيف الشمس والنجوم الأخرى. ^{[ 62 ] [ 63 ]} وفي عام 1859، عزا غوستاف كيرشوف هذه الخطوط إلى وجود عناصر مختلفة. ^{[ 64 ]}

في أواخر القرن الثامن عشر، رسم ويليام هيرشل خريطة لتوزيع النجوم في اتجاهات مختلفة من الأرض، وخلص إلى أن الكون يتكون من الشمس بالقرب من مركز قرص النجوم، درب التبانة . بعد أن أثبت جون ميتشل أن النجوم تختلف في لمعانها الذاتي، وبعد ملاحظات هيرشل نفسه باستخدام تلسكوبات أكثر قوة والتي أظهرت ظهور نجوم إضافية في جميع الاتجاهات، بدأ علماء الفلك في اعتبار أن بعض السدم الحلزونية الضبابية هي كون جزر بعيدة . ^{[ 54 ] : 6}

لم يُثبت وجود المجرات، بما فيها مجرة ​​درب التبانة التي تدور حول الأرض ، كمجموعة من النجوم إلا في القرن العشرين. ^{[ 68 ]} في عام 1912، اكتشفت هنريتا ليفيت النجوم المتغيرة من نوع سيفيد، والتي تتميز بتغيرات دورية واضحة في لمعانها، ما يُمكن من تحديد لمعان النجم الحقيقي، وبالتالي يصبح أداة دقيقة لتقدير المسافات. وباستخدام هذه النجوم المتغيرة، رسم هارلو شابلي أول خريطة دقيقة لمجرة درب التبانة. ^{[ 54 ] : 7} وباستخدام تلسكوب هوكر ، حدد إدوين هابل النجوم المتغيرة من نوع سيفيد في العديد من السدم الحلزونية، وفي الفترة 1922-1923 أثبت بشكل قاطع أن سديم أندروميدا وسديم المثلث، من بين سدم أخرى، كانت مجرات كاملة خارج مجرتنا، مُثبتًا بذلك أن الكون يتكون من عدد هائل من المجرات. ^{[ 69 ]}

بدأ نشر ألبرت أينشتاين لنظرية النسبية العامة عام 1917 العصر الحديث للنماذج النظرية للكون ككل. ^{[ 70 ]} وفي عام 1922، نشر ألكسندر فريدمان نماذج مبسطة للكون تُظهر حلولًا ثابتة ومتوسعة ومنكمشة. ^{[ 54 ] : 13} وفي عام 1929، نشر هابل ملاحظات تفيد بأن المجرات تتحرك جميعها مبتعدةً عن الأرض بسرعة تتناسب مع المسافة، وهي علاقة تُعرف الآن بقانون هابل . هذه العلاقة متوقعة إذا كان الكون يتوسع . ^{[ 54 ] : 13} وقد نوقشت نتيجة أن الكون كان في يوم من الأيام شديد الكثافة والحرارة، وهو مفهوم الانفجار العظيم الذي شرحه جورج لومتر عام 1927، ^{[ 71 ]} ولكن لم تتوفر أدلة تجريبية تدعمه. ابتداءً من أربعينيات القرن العشرين، دُرست معدلات التفاعلات النووية في ظل ظروف الكثافة العالية، مما أدى إلى تطوير نموذج ناجح لتخليق العناصر في الانفجار العظيم في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات. ثم في عام 1965، اكتُشف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ، مما عزز الأدلة على نظرية الانفجار العظيم. ^{[ 54 ] : 16}

تنبأت الفيزياء الفلكية بوجود أجسام مثل الثقوب السوداء ^{[ 72 ]} والنجوم النيوترونية ^{[ 73 ] : 89 [ 74 ]} . وقد استُخدمت هذه الأجسام لتفسير ظواهر مثل الكوازارات ^{[ 75 ]} والنجوم النابضة ^{[ 76 ]} .

أتاحت التلسكوبات الفضائية إجراء قياسات في أجزاء من الطيف الكهرومغناطيسي التي عادةً ما يحجبها الغلاف الجوي أو يطمسها. ^{[ 77 ]} رصد مشروع ليغو أدلة على وجود موجات الجاذبية في عام 2015. ^{[ 78 ] [ 79 ]}

يستخدم علم الفلك الراديوي إشعاعًا بأطوال موجية طويلة ، تتراوح أساسًا بين 1 مليمتر و15 مترًا (ترددات من 20  ميجاهرتز إلى 300  جيجاهرتز)، وهي خارج نطاق الضوء المرئي. ^{[ 81 ]} يُنتج الهيدروجين ، وهو غاز غير مرئي في الأحوال العادية، خطًا طيفيًا عند 21  سم (1420  ميجاهرتز) يمكن رصده بأطوال موجية راديوية. ^{[ 82 ]} تشمل الأجسام التي يمكن رصدها بأطوال موجية راديوية الغاز بين النجوم، ^{[ 82 ]} والنجوم النابضة ، ^{[ 82 ]} وانفجارات الراديو السريعة ، ^{[ 82 ]} والمستعرات العظمى ، ^{[ 83 ]} والنوى المجرية النشطة . ^{[ 84 ]}

يرصد علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء الإشعاع ذي الأطوال الموجية الأطول من الضوء المرئي الأحمر ، أي خارج نطاق رؤيتنا. يُعدّ طيف الأشعة تحت الحمراء مفيدًا لدراسة الأجرام الباردة جدًا التي لا تُشعّ ضوءًا مرئيًا، مثل الكواكب والأقراص المحيطة بالنجوم والسدم التي يحجب الغبار ضوءها. تستطيع الأطوال الموجية الأطول للأشعة تحت الحمراء اختراق سحب الغبار التي تحجب الضوء المرئي، مما يسمح برصد النجوم الفتية المندمجة في السحب الجزيئية ونوى المجرات. وقد أثبتت عمليات الرصد التي أجراها مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع المجال (WISE) فعاليتها بشكل خاص في الكشف عن العديد من النجوم الأولية المجرية وتجمعاتها النجمية المضيفة . ^{[ 85 ] [ 86 ]}

باستثناء أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة من الضوء المرئي، يمتص الغلاف الجوي هذا الإشعاع بشدة، أو يُحجب، نظرًا لأن الغلاف الجوي نفسه يُصدر كميات كبيرة من الأشعة تحت الحمراء. ونتيجة لذلك، يجب أن تقع مراصد الأشعة تحت الحمراء في أماكن مرتفعة وجافة على الأرض أو في الفضاء. ^{[ 87 ]} تشع بعض الجزيئات بقوة في نطاق الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بدراسة كيمياء الفضاء. ^{[ 88 ]}

يستشعر تلسكوب جيمس ويب الفضائي الأشعة تحت الحمراء لرصد المجرات البعيدة جدًا. انبعث الضوء المرئي من هذه المجرات قبل مليارات السنين، وتسبب توسع الكون في تحويل هذا الضوء إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء. ويأمل علماء الفلك، من خلال دراسة هذه المجرات البعيدة، في فهم كيفية نشأة المجرات الأولى. ^{[ 89 ]}

يُعد علم الفلك البصري، الذي يُطلق عليه أيضًا علم فلك الضوء المرئي، أقدم أشكال علم الفلك تاريخيًا. ^{[ 90 ]} كانت صور الرصد تُرسَم يدويًا في الأصل. وفي أواخر القرن التاسع عشر ومعظم القرن العشرين، استُخدمت معدات التصوير الفوتوغرافي لالتقاط الصور. أما الصور الحديثة فتُلتقط باستخدام أجهزة الكشف الرقمية، ولا سيما أجهزة اقتران الشحنات (CCDs)، وتُسجَّل على وسائط تخزين حديثة. ورغم أن الضوء المرئي نفسه يمتد من حوالي 380 إلى 700 نانومتر ^{[ 91 ]،} إلا أنه يُمكن استخدام نفس المعدات لرصد بعض الأشعة فوق البنفسجية القريبة والأشعة تحت الحمراء القريبة . ^{[ 92 ]}

يستخدم علم الفلك فوق البنفسجي أطوال موجات فوق بنفسجية تمتصها الغلاف الجوي للأرض، مما يستلزم إجراء عمليات رصد من طبقات الجو العليا أو من الفضاء. ويُعدّ علم الفلك فوق البنفسجي الأنسب لدراسة الإشعاع الحراري وخطوط الانبعاث الطيفي من النجوم الزرقاء الساخنة من نوع OB، والتي تتميز بسطوعها الشديد عند هذه الأطوال الموجية. ^{[ 93 ]}

يستخدم علم الفلك بالأشعة السينية الإشعاع السيني ، الناتج عن عمليات شديدة الحرارة وعالية الطاقة. ولأن الغلاف الجوي للأرض يمتص الأشعة السينية ، يجب إجراء عمليات الرصد على ارتفاعات عالية، كما هو الحال من البالونات أو الصواريخ أو الأقمار الصناعية المتخصصة . تشمل مصادر الأشعة السينية الثنائيات النجمية ، وبقايا المستعرات العظمى ، وتجمعات المجرات ، والنوى المجرية النشطة . ^{[ 94 ]} ولأن سطح الشمس بارد نسبيًا، فإن صور الأشعة السينية للشمس والنجوم الأخرى توفر معلومات قيّمة عن الهالة الشمسية الساخنة . ^{[ 95 ]}

يرصد علم فلك أشعة غاما الأجرام السماوية عند أقصر الأطوال الموجية (أعلى طاقة) في الطيف الكهرومغناطيسي. ويمكن رصد أشعة غاما مباشرةً بواسطة أقمار صناعية مثل مرصد كومبتون لأشعة غاما ، ^{[ 96 ]} أو بواسطة تلسكوبات متخصصة تُسمى تلسكوبات تشيرينكوف الجوية . لا ترصد تلسكوبات تشيرينكوف أشعة غاما مباشرةً، بل ترصد ومضات الضوء المرئي الناتجة عن امتصاص الغلاف الجوي للأرض لأشعة غاما. ^{[ 97 ] [ 98 ]} يوفر علم فلك أشعة غاما معلوماتٍ عن أصل الأشعة الكونية ، وأحداث فناء المادة المظلمة المحتملة ، وتدفقات الجسيمات النسبية من النوى المجرية النشطة ، وباستخدام النوى المجرية النشطة كمصادر بعيدة، خصائص الفضاء بين المجرات. ^{[ 99 ]} انفجارات أشعة غاما ، التي تشع بشكل عابر، هي أحداث ذات طاقة هائلة، وهي ألمع الظواهر (الأكثر إضاءة) في الكون. ^{[ 100 ]}

يمكن رصد بعض الأحداث التي تنشأ من مسافات بعيدة من الأرض باستخدام أنظمة لا تعتمد على الإشعاع الكهرومغناطيسي. ^{[ 101 ] [ 102 ]}

في علم فلك النيوترينو ، يستخدم الفلكيون مرافق تحت الأرض محمية بشكل كبير ، مثل SAGE و GALLEX و Kamioka II/III، لرصد النيوترينوات . تأتي الغالبية العظمى من النيوترينوات المتدفقة عبر الأرض من الشمس ، ولكن تم رصد 24 نيوترينوًا أيضًا من المستعر الأعظم 1987A . تُنتج الأشعة الكونية ، التي تتكون من جسيمات عالية الطاقة (نوى ذرية) يمكن أن تتحلل أو تُمتص عند دخولها الغلاف الجوي للأرض، سلسلة من الجسيمات الثانوية التي يمكن رصدها بواسطة المراصد الحالية. ^{[ 101 ]}

يستخدم علم فلك الموجات الثقالية أجهزة كشف الموجات الثقالية لجمع بيانات رصدية حول الأجسام الضخمة البعيدة. وقد تم بناء عدد قليل من المراصد، مثل مرصد ليغو (LIGO) للتداخل الليزري للموجات الثقالية . وقد رصد ليغو أول موجة ثقالية في 14 سبتمبر 2015، حيث رصد موجات ثقالية صادرة عن ثقب أسود ثنائي . ^{[ 102 ] [ 103 ]} وتم رصد موجة ثقالية ثانية في 26 ديسمبر 2015، ومن المتوقع استمرار عمليات الرصد الإضافية، إلا أن الموجات الثقالية تتطلب أجهزة بالغة الحساسية. ^{[ 104 ] [ 105 ]}

يُعرف الجمع بين الملاحظات التي تتم باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي أو النيوترينوات أو الموجات الثقالية وغيرها من المعلومات التكميلية باسم علم الفلك متعدد الوسائط . ^{[ 106 ] [ 107 ]}

يُعدّ قياس مواقع الأجرام السماوية، المعروف باسم علم الفلك القياسي، من أقدم فروع علم الفلك، بل ومن أقدم فروع العلوم عمومًا. ^{[ 108 ]} تاريخيًا، كانت المعرفة الدقيقة بمواقع الشمس والقمر والكواكب والنجوم أساسية في الملاحة الفلكية (استخدام الأجرام السماوية لتوجيه الملاحة) وفي وضع التقاويم . ^{[ 109 ]} وقد أدى القياس الدقيق لمواقع الكواكب إلى فهم راسخ للاضطرابات الجاذبية ، والقدرة على تحديد مواقع الكواكب الماضية والمستقبلية بدقة عالية، وهو مجال يُعرف باسم الميكانيكا السماوية . ^{[ 110 ]} يوفر قياس اختلاف المنظر النجمي للنجوم القريبة أساسًا جوهريًا في سلم المسافات الكونية المستخدم لقياس حجم الكون. كما توفر قياسات اختلاف المنظر للنجوم القريبة أساسًا مطلقًا لخصائص النجوم الأبعد، إذ يُمكن مقارنة خصائصها. ^{[ 111 ]} تسمح قياسات السرعة الشعاعية ^{[ 112 ] [ 113 ]} والحركة الذاتية للنجوم لعلماء الفلك برسم حركة هذه الأنظمة عبر مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 114 ]}

يسعى علم الكونيات الفيزيائي ، وهو دراسة البنية واسعة النطاق للكون ، إلى فهم تكوين الكون وتطوره. ويُعدّ مفهوم الانفجار العظيم ، الذي يُفترض أن الكون بدأ شديد الكثافة والحرارة، ثم توسّع على مدار 13.8 مليار سنة ^{[ 115 ]} إلى حالته الراهنة، ركيزة أساسية في علم الكونيات الحديث. ^{[ 116 ]} وقد حظي مفهوم الانفجار العظيم بقبول واسع النطاق بعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي عام 1965. ^{[ 116 ]} ويُعتقد الآن أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة تُشكّلان 96% من كتلة الكون. ولهذا السبب، تُبذل جهود كبيرة لفهم فيزياء هذه المكونات. ^{[ 117 ]}

يهتم علم الأجرام السماوية خارج مجرتنا بتكوين المجرات وتطورها ، ووصفها وتصنيفها ، ورصد المجرات النشطة ، وعلى نطاق أوسع، بدراسة مجموعات وعناقيد المجرات . وتساهم هذه الدراسات في فهم البنية واسعة النطاق للكون . ^{[ 109 ]}

يدرس علم الفلك المجري المجرات، بما فيها مجرة ​​درب التبانة ، وهي مجرة ​​حلزونية قضيبية بارزة ضمن المجموعة المحلية للمجرات، وتحتوي على النظام الشمسي . وهي كتلة دوارة من الغاز والغبار والنجوم وغيرها من الأجرام، متماسكة بفعل قوى التجاذب المتبادلة. ولأن الأرض تقع داخل الأذرع الخارجية المغبرة، فإن أجزاءً كبيرة من مجرة ​​درب التبانة محجوبة عن الأنظار. ^{[ 109 ] : 837-842، 944}

تُظهر الدراسات الحركية للمادة في مجرة ​​درب التبانة والمجرات الأخرى وجود كتلة أكبر مما يمكن تفسيره بالمادة المرئية. ويبدو أن هالة من المادة المظلمة تُهيمن على هذه الكتلة، على الرغم من أن طبيعة هذه المادة المظلمة لا تزال غير محددة. ^{[ 118 ]}

تُعدّ دراسة النجوم وتطورها أساسيةً لفهمنا للكون. وقد تمّ تحديد الخصائص الفيزيائية الفلكية للنجوم من خلال الرصد والفهم النظري، ومن خلال محاكاة حاسوبية لباطنها. ^{[ 119 ]} تشمل الجوانب المدروسة تكوين النجوم في السحب الجزيئية العملاقة ، وتكوين النجوم الأولية ، والانتقال إلى الاندماج النووي ونجوم التسلسل الرئيسي ، ^{[ 120 ]} التي تُجري عملية التخليق النووي . ^{[ 119 ]} تشمل العمليات الأخرى المدروسة تطور النجوم، ^{[ 121 ]} الذي ينتهي إما بانفجارات المستعرات العظمى ^{[ 122 ]} أو بالأقزام البيضاء . ويؤدي قذف الطبقات الخارجية إلى تكوين سديم كوكبي . ^{[ 123 ]} أما بقايا المستعر الأعظم فهي نجم نيوتروني كثيف ، أو، إذا كانت كتلة النجم ثلاثة أضعاف كتلة الشمس على الأقل، ثقب أسود . ^{[ 124 ]}

علم الفلك الشمسي هو دراسة الشمس ، وهي نجم قزم نموذجي من نجوم التسلسل الرئيسي ، من الفئة النجمية G2 V، ويبلغ عمرها حوالي 4.6 مليار سنة. تشمل العمليات التي يدرسها هذا العلم دورة البقع الشمسية ، ^{[ 125 ]} وتغيرات لمعان الشمس، سواء الثابتة أو الدورية، ^{[ 126 ] [ 127 ]} وسلوك طبقات الشمس المختلفة، وهي: النواة مع اندماجها النووي ، ومنطقة الإشعاع ، ومنطقة الحمل الحراري ، والغلاف الضوئي ، والغلاف اللوني ، والإكليل الشمسي . ^{[ 109 ] : 498-502}

علم الكواكب هو دراسة مجموعة الكواكب والأقمار والكواكب القزمة والمذنبات والكويكبات وغيرها من الأجرام التي تدور حول الشمس، بالإضافة إلى الكواكب الخارجية التي تدور حول نجوم بعيدة. وقد حظي النظام الشمسي بدراسة وافية نسبياً، بدايةً من خلال التلسكوبات ثم لاحقاً بواسطة المركبات الفضائية. ^{[ 128 ] [ 129 ]}

تشمل العمليات المدروسة تمايز الكواكب ؛ وتوليد المجال المغناطيسي الكوكبي وتأثيراته ؛ ^{[ 130 ]} وتوليد الحرارة داخل الكوكب، كما هو الحال في التصادمات والتحلل الإشعاعي والتسخين المدّي . بدورها، يمكن لهذه الحرارة أن تحفز العمليات الجيولوجية مثل البراكين والتكتونيات وتعرية السطح ، والتي تدرسها فروع علم الجيولوجيا. ^{[ 131 ]}

الكيمياء الفلكية هي فرع من فروع علم الفلك والكيمياء . تدرس وفرة الجزيئات وتفاعلاتها في الكون ، وتفاعلها مع الإشعاع . ويمكن تطبيق مصطلح "الكيمياء الفلكية" على كل من النظام الشمسي والوسط بين النجوم . وتساهم الدراسات في هذا المجال، على سبيل المثال، في فهم تكوين النظام الشمسي . ^{[ 132 ]}

يدرس علم الأحياء الفلكي (أو علم الأحياء الخارجي ^{[ 133 ]} ) أصل الحياة وتطورها خارج كوكب الأرض. ويبحث في إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض ، وكيف يمكن للبشر اكتشافها إن وُجدت. ^{[ 134 ]} ويستعين هذا العلم بعلم الفلك، والكيمياء الحيوية ، والجيولوجيا ، وعلم الأحياء الدقيقة ، والفيزياء، وعلوم الكواكب لاستكشاف إمكانية وجود حياة على عوالم أخرى، والمساعدة في التعرف على المحيطات الحيوية التي قد تختلف عن تلك الموجودة على الأرض. ^{[ 135 ]} ويُعدّ أصل الحياة وتطورها المبكر جزءًا لا يتجزأ من علم الأحياء الفلكي. ^{[ 136 ]} ويشمل ذلك أبحاثًا حول أصل الأنظمة الكوكبية ، وأصول المركبات العضوية في الفضاء ، وتفاعلات الصخور والماء والكربون، ونشأة الحياة على الأرض، وقابلية الكواكب للسكن ، وأبحاثًا حول المؤشرات الحيوية للكشف عن الحياة، ودراسات حول قدرة الحياة على التكيف مع التحديات على الأرض وفي الفضاء الخارجي . ^{[ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]}

تطورت روابط متعددة التخصصات بين علم الفلك والفيزياء الفلكية ومجالات علمية رئيسية أخرى. يُعنى علم الفلك الأثري بدراسة علم الفلك القديم أو التقليدي في سياقه الثقافي، باستخدام الأدلة الأثرية والأنثروبولوجية . ^{[ 140 ]} أما علم الإحصاء الفلكي فهو تطبيق الإحصاء على تحليل كميات كبيرة من البيانات الفلكية الرصدية. ^{[ 141 ]} وأخيرًا، يُستخدم علم الفلك، تحت مسمى " علم الفلك الجنائي "، لحل مشكلات في تاريخ الفن ^{[ 142 ] [ 143 ]} وأحيانًا في القانون. ^{[ 144 ]}

• مسرد مصطلحات علم الفلك
• قائمة علماء الفلك
• قائمة الأدوات الفلكية
• قائمة المراصد الفلكية
• قائمة اختصارات علم الفلك
• قائمة الجمعيات الفلكية
• قائمة برامج البحث والتعليم في علم الفلك