Thiên văn học (phần IV) Vũ trụ học Bài chi tiết: Vật lý vũ trụ Vũ trụ học (từ từ tiếng Hy Lạp κοσμος "thế giới, vũ trụ" và λογος "từ, nghiên cứu") có thể được coi là việc nghiên cứu vũ trụ như một tổng thể. Các quan sát cấu trúc tầm mức lớn của vũ trụ, một nhánh được gọi là vật lý vũ trụ, đã cung cấp một hiểu biết sâu về sự thành tạo và tiến hoá của vũ trụ. Nền tảng cho vũ trụ học hiện đại là lý thuyết big bang được chấp nhận rộng rãi, theo đó vũ trụ của chúng ta khởi đầu tại một điểm duy nhất trong thời gian, và sau đó mở rộng trong 13.7 tỷ năm để trở thành như hiện tại. Ý tưởng big bang có thể được truy nguyên dấu vết từ sự khám phá bức xạ vi sóng vũ trụ năm 1965. Trong quá trình mở rộng này, vũ trụ trải qua nhiều giai đoạn tiến hoá. Ở những khoảnh khắc đầu tiên, lý thuyết cho rằng vũ trụ trải qua một giai đoạn lạm phát vũ trụ rất nhanh chóng, làm đồng nhất các điều kiện khởi đầu. Sau đó, tổng hợp hạt nhân tạo ra sự phong phú nguyên tố của vũ trụ buổi đầu. (Xem thêm Niên đại hạt nhân vũ trụ.) Khi các nguyên tử đầu tiên hình thành, vũ trụ trở nên trong suốt với bức xạ, nhả ra năng lượng có thể được thấy hiện nay ở dạng màn bức xạ vi sóng. Vụ trụ mở rộng sau đó trải qua một Thời kỳ Tối vì sự thiếu hụt các nguồn năng lượng sao. [51] Một cơ cấu cấp bậc vật chất bắt đầu hình thành từ những sự thay đổi trong thời gian ngắn trong mật độ khối lượng. Vật chất tích tụ trong những vùng đặc nhất, hình thành nên các đám mây khí và những ngôi sao đầu tiên. Những ngôi sao lớn này gây ra quá trình tái tổ chức và được cho là đã tạo ra nhiều nguyên tố nặng trong vũ trụ buổi đầu và thường có xu hướng phân rã trở lại thành các nguyên tố nhẹ hơn mở rộng chu kỳ. Những sự tích tụ hấp dẫn tập trung thành các sợi, để lại các khoảng trống trong các lỗ hổng. Dần dần, các tổ chức khí và bụi hoà trộn để hình thành nên các thiên hà nguyên thuỷ đầu tiên. Cùng với thời gian, chúng lôi kéo vào trong thêm nhiều vật chất và thường được tổ chức thành các nhóm và cụm thiên hà, sau đó thành các siêu cụm ở tầm mức lớn. [52] Nền tảng của cơ cấu của vụ trụ là sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng tối. Chúng hiện được cho là các thành phần chiếm ưu thế, tạo ra 96% mật độ vũ trụ. Vì lý do này, nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm tìm hiểu tính chất vật lý của các thành phần đó. [53] Các nghiên cứu đa lĩnh vực Thiên văn học và vật lý vũ trụ đã phát triển khá nhiều kết nối đa lĩnh vực với các lĩnh vực khoa học khác. Khảo cổ thiên văn học là việc nghiên cứu thiên văn học truyền thống hay cổ đại trong bối cảnh văn hoá của chúng, sử dụng bằng chứng khảo cổ và nhân loại. Sinh vật học vũ trụ là việc nghiên cứu sự xuất hiện và tiến hoá của các hệ sinh thái trong vũ trụ, với sự nhấn mạnh đặc biệt trên khả năng về sự sống ngoài trái đất. Việc nghiên cứu các hoá chất được tìm thấy trong vũ trụ, gồm sự thành tạo, tương tác và phá huỷ của chúng, được gọi là hoá học vũ trụ (Astrochemistry). Các chất đó thường được tìm thấy trong các đám mây phân tử, dù chúng có thể xuất hiện trong những ngôi sao nhiệt độ thấp, sao lùn nâu và các hành tinh. Hoá học vũ trụ (Cosmochemistry) là việc nghiên cứu các hoá chất được tìm thấy bên trong Hệ mặt trời, gồm cả các nguồn gốc của các nguyên tố và các biến đổi trong các tỷ lệ đồng vị. Cả hai lĩnh vực này đều có sự trùng lặp trong phương pháp thiên văn học và hoá học. Thiên văn học nghiệp dư Bài chi tiết: Thiên văn học nghiệp dư Các nhà thiên văn nghiệp dư có thể chế tạo thiết bị của riêng mình, và có thể tổ chức các bữa tiệc sao, như kiểu câu lạc bộ Stellafane. Thiên văn là một trong những ngành khoa học mà những người nghiệp dư có thể đóng góp nhiều nhất [54] . Nói chung, các nhà thiên văn học nghiệp dư quan sát nhiều loại vật thể và hiện tượng vũ trụ thỉnh thoảng bằng thiết bị tự chế. Các mục tiêu thông thường của các nhà thiên văn nghiệp dư gồm Mặt trăng, các hành tinh, các ngôi sao, sao chổi, mưa sao băng và nhiều loại vật thể sâu trong vũ trụ như các cụm sao, thiên hà hay tinh vân. Một nhánh của thiên văn nghiệp dư, chụp ảnh vũ trụ nghiệp dư, liên quan tới việc chụp ảnh bầu trời đêm. Nhiều người nghiệp dư muốn chuyên biệt trong quan sát các vật thể đặc biệt, các kiểu vạt thể hay các kiểu sự kiện làm họ quan tâm. [55][56] Đa số nhà thiên văn nghiệp dư làm việc ở các chiều dài sóng nhìn thấy được, nhưng một cộng đồng nhỏ làm việc với các chiều dài sóng bên ngoài quang phổ nhìn thấy được. Điều này gồm việc sử dụng các thiết bị lọc hồng ngoại trên các kính viễn vọng thông thường, và việc sử dụng các kính viễn vọng radio. Người đi đầu trong thiên văn học radio nghiệp dư là Karl Jansky, ông đã bắt đầu quan sát bầu trời ở những chiều dài sóng radio từ thập niên 1930. Một số nhà thiên văn nghiệp dư sử dụng các kính viễn vọng tự làm hay các kính viễn vọng radio ban đầu được sản xuất cho nghiên cứu thiên văn nhưng hiện các nhà thiên văn nghiệp dư đã có thể tiếp cận (ví dụ Kính viễn vọng Một Dặm). [57][58] Các nhà thiên văn nghiệp dư tiếp tục thực hiện các đóng góp khoa học trong lĩnh vực thiên văn. Quả thực, đây là một trong số ít ngành khoa học nơi những người nghiệp dư vẫn có thể có những đóng góp quan trọng. Những người nghiệp dư có thể thực hiện đo đạc che khuất được dùng để tinh chỉnh các quỹ đạo của các hành tinh nhỏ. Họ cũng có thể khám phá các sao chổi, và thực hiện những quan sát thường xuyên với các ngôi sao biến đổi. Những cải tiến trong kỹ thuật số đã cho phép những người nghiệp dư thực hiện những tiến bộ quan trọng trong lĩnh vực chụp ảnh vũ trụ. [59][60][61] Những vấn đề lớn của thiên văn học Xem thêm: Các vấn đề chưa được giải quyết trong vật lý Dù lĩnh vực khoa học thiên văn đã có bước phát triển lớn trong việc tìm hiểu bản chất vũ trụ và nội dung của nó, vẫn còn một số vấn đề chưa được giải quyết. Những câu trả lời cho chúng có thể đòi hỏi những công cụ mới trên mặt đất và trong không gian, và có thể những phát triển mới trong vật lý lý thuyết và thực nghiệm. Cái gì là nguồn gốc của quang phổ khối lượng sao? Có nghĩa, tại sao cá nhà thiên văn quan sát cùng sự phân bố các khối lượng sao—chức năng khối lượng ban đầu—rõ ràng không quan tâm tới các điều kiện ban đầu? [62] Cần có một sự hiểu biết sâu hơn về sự thành tạo sao và hành tinh. Có sự sống trong vũ trụ không? Đặc biệt, có sự sống thông minh khác không? Nếu có, đâu là sự giải thích cho nghịch lý Fermi? Sự tồn tại của sự sống ở một nơi nào đó có những hàm ý khoa học và triết học quan trọng. [63][64] Đâu là bản chất của vật chất tối và năng lượng tối? Chúng thống trị sự tiến hoá và số phận vũ trụ, quả thực chúng ta vẫn chưa chắc chắn về các bản chất thực của chúng. [65] Tại sao những hằng số vật lý lại hài hoà như vậy tới mức chúng cho phép sự tồn tại của sự sống? Chúng có thể là kết quả của sự lựa chọn tự nhiên của vũ trụ không? Cái gì gây ra lạm phát vũ trụ đã tạo ra vũ trụ đồng nhất của chúng ta? Đâu là số phận cuối cùng của vũ trụ? [66] Năm thiên văn học quốc tế 2009 Bài chi tiết: Năm thiên văn học quốc tế Trong cuộc họp Đại hội đồng lần thứ 62 của Liên hiệp quốc, năm 2009 đã được công bố là Năm thiên văn học quốc tế (IYA2009), với nghị quyết được chính thức hoá ngày 20 tháng 12 năm 2008. Một sự phối hợp toàn cầu do Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) bố trí, nó đã được UNESCO — cơ quan của Liên hiệp quốc chịu trách nhiệm về các vấn đề Giáo dục, Khoa học và Văn hoá, tán đồng. Năm Thiên văn quốc tế 2009 được dự định trở thành một lễ hội toàn cầu về thiên văn học và những đóng góp của nó vào xã hội và văn hoá, khơi dậy sự quan tâm toàn cầu không chỉ với thiên văn và cả khoa học nói chung, với sự nhấn mạnh vào thanh niên. . này đều có sự trùng lặp trong phương pháp thiên văn học và hoá học. Thiên văn học nghiệp dư Bài chi tiết: Thiên văn học nghiệp dư Các nhà thiên văn nghiệp dư có thể chế tạo thiết bị của. cứu đa lĩnh vực Thiên văn học và vật lý vũ trụ đã phát triển khá nhiều kết nối đa lĩnh vực với các lĩnh vực khoa học khác. Khảo cổ thiên văn học là việc nghiên cứu thiên văn học truyền thống. trụ? [66] Năm thiên văn học quốc tế 2009 Bài chi tiết: Năm thiên văn học quốc tế Trong cuộc họp Đại hội đồng lần thứ 62 của Liên hiệp quốc, năm 2009 đã được công bố là Năm thiên văn học quốc tế