การสำรวจอวกาศช่วยให้เราเข้าใจสถานที่ของเราในจักรวาลและการทำงานพื้นฐานของจักรวาล พื้นที่อันกว้างใหญ่เหนือชั้นบรรยากาศของโลกนี้เต็มไปด้วยวัตถุและปรากฏการณ์อันน่าทึ่ง เรามาเริ่มต้นการเดินทางเพื่อทำความเข้าใจแนวคิดสำคัญบางประการทางดาราศาสตร์กันดีกว่า
จักรวาลเป็นพื้นที่อันกว้างใหญ่ที่ดูเหมือนไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งมีทุกสิ่งตั้งแต่อนุภาคที่เล็กที่สุดไปจนถึงกาแลคซีที่ใหญ่ที่สุด ประกอบด้วย กาแลคซีหลายพันล้านกาแล็กซี แต่ละกาแล็กซีประกอบด้วยดวงดาว ดาวเคราะห์ และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ นับล้านหรือหลายพันล้านกาแล็กซี จักรวาลยังประกอบด้วยสสารลึกลับ เช่น สสารมืด และ พลังงานมืด ซึ่งคิดเป็นประมาณ 96% ของปริมาณมวล-พลังงานทั้งหมด
ระบบสุริยะของเราเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของกาแล็กซีทางช้างเผือก ประกอบด้วย ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดของเรา และทุกสิ่งที่ยึดเหนี่ยวด้วยแรงโน้มถ่วง รวมถึง ดาวเคราะห์แปดดวง ดวงจันทร์ของพวกมัน ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และดาวเคราะห์แคระจำนวนนับไม่ถ้วน ดาวเคราะห์ชั้นในทั้ง 4 ดวง (ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร) เป็นที่รู้จักในนาม ดาวเคราะห์ชั้นใน เนื่องจากมีองค์ประกอบของหิน ดาวเคราะห์ชั้นนอกทั้งสี่ดวง (ดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน) เรียกว่า ก๊าซยักษ์ โดยดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ส่วนใหญ่เป็นก๊าซ ส่วนดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนเป็น "ยักษ์น้ำแข็ง"
ดาวฤกษ์เป็นพลาสมาทรงกลมขนาดใหญ่และส่องสว่างซึ่งยึดติดกันด้วยแรงโน้มถ่วง พวกมันก่อตัวจากเมฆฝุ่นและก๊าซในกระบวนการที่เรียกว่า นิวเคลียร์ฟิวชัน \(: 4 \textrm{ ชม} \rightarrow \textrm{เขา} + \textrm{พลังงาน}\) โดยที่อะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมเป็นฮีเลียม และปล่อยก๊าซจำนวนมหาศาลออกมา ของพลังงาน กระบวนการนี้ทำให้ดาวฤกษ์มีแสงสว่างและความร้อน
กาแลคซีคือระบบขนาดมหึมาของดาวฤกษ์ เศษดาวฤกษ์ ก๊าซระหว่างดวงดาว ฝุ่น และสสารมืด รวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง กาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเป็นเพียงหนึ่งในพันล้านจักรวาล เป็นดาราจักรกังหันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง ประกอบด้วยดาวฤกษ์มากกว่า 100 พันล้านดวง
กล้องโทรทรรศน์มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจจักรวาลของเรา ด้วยการรวบรวมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุท้องฟ้า กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้เราสามารถสังเกตดวงดาว ดาวเคราะห์ และกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปได้เกินความสามารถของสายตามนุษย์
กล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสง จะรวบรวมแสงที่มองเห็นได้ ขยายและโฟกัสเพื่อสร้างภาพ ในขณะเดียวกัน กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ตรวจจับคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากวัตถุในอวกาศ และ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ทำงานนอกชั้นบรรยากาศของโลกเพื่อให้ภาพที่ชัดเจนกว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน
การค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกเป็นหนึ่งในภารกิจที่น่าดึงดูดใจที่สุดในดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีการต่างๆ ในการค้นหา ดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเราที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่น ภารกิจเคปเลอร์พร้อมกับกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ได้ระบุดาวเคราะห์เหล่านี้หลายพันดวง ซึ่งบางดวงอาศัยอยู่ใน เขตเอื้ออาศัยได้ ของดาวฤกษ์ ซึ่งเงื่อนไขอาจเหมาะสมสำหรับน้ำของเหลวและสิ่งมีชีวิตที่อาจดำรงอยู่ได้
หลุมดำเป็นหนึ่งในวัตถุลึกลับที่สุดในจักรวาล พวกมันเป็นพื้นที่ในอวกาศที่แรงโน้มถ่วงมีแรงมากจนไม่มีอะไรแม้แต่แสงก็สามารถหลบหนีไปได้ ขอบเขตที่ไม่มีอะไรหนีพ้นไปได้ เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ หลุมดำก่อตัวขึ้นเมื่อดาวมวลมากยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของมันเองเมื่อสิ้นสุดวงจรชีวิต หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกหรือที่เรียกว่าราศีธนู A* มีมวลเทียบเท่ากับประมาณสี่ล้านเท่าของดวงอาทิตย์
ทฤษฎีบิกแบงเป็นแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาที่มีอยู่ทั่วไปซึ่งอธิบายการพัฒนาในช่วงแรกของจักรวาล ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลขยายตัวจากสถานะที่มีความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิสูงมากเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน และได้ขยายตัวนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ทฤษฎีนี้ได้รับการสนับสนุนจากการสำรวจ เช่น การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิก ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบแสง และการเคลื่อนไปทางสีแดงของกาแลคซีห่างไกล
คลื่นความโน้มถ่วงเป็นระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาลอวกาศที่เกิดจากกระบวนการที่รุนแรงและมีพลังมากที่สุดในจักรวาล อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของพวกมันในปี 1916 โดยเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา คลื่นความโน้มถ่วงถูกตรวจพบโดยตรงเป็นครั้งแรกในปี 2558 โดย Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ซึ่งยืนยันหนึ่งในการคาดการณ์ครั้งสุดท้ายของทฤษฎีของไอน์สไตน์
การสำรวจอวกาศคือการสำรวจทางกายภาพของอวกาศรอบนอก ทั้งโดยนักบินอวกาศที่เป็นมนุษย์และโดยยานอวกาศที่เป็นหุ่นยนต์ ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา มนุษยชาติได้เปิดตัวภารกิจต่างๆ เพื่อสำรวจระบบสุริยะของเราและอื่นๆ ภารกิจที่โดดเด่น ได้แก่ การลงจอดบนดวงจันทร์ของอะพอลโล ยานอวกาศโวเอเจอร์ ซึ่งขณะนี้ได้เข้าสู่อวกาศระหว่างดวงดาวแล้ว และยานสำรวจดาวอังคาร ซึ่งสำรวจพื้นผิวดาวอังคาร
การทำความเข้าใจความมหัศจรรย์ของอวกาศผ่านดาราศาสตร์ไม่เพียงช่วยให้เราเข้าใจถึงที่มาของเรา แต่ยังรวมถึงสถานที่ที่เรากำลังจะไปอีกด้วย การศึกษาดาราศาสตร์นำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ขณะที่เราสำรวจพื้นที่อันกว้างใหญ่ของจักรวาลต่อไป เราอาจพบคำตอบสำหรับคำถามที่เก่าแก่ที่สุดบางข้อของมนุษยชาติ และอาจค้นพบคำถามใหม่ที่จะถามด้วยซ้ำ จักรวาลเต็มไปด้วยความลึกลับที่รอการค้นพบ และดาราศาสตร์เป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนาเหล่านั้น
