Реферат

на тему:

КОСМОС -- ЗЕМЛЯ -- ЛЮДИНА

Зоряне небо.

Одним з найважливіших положень ма-теріалістичної діалектики в уявлення про загальний взаємозв'язок і взаємозалежність явищ природи.

Як суспільна формація людство підпорядковується особливим специфічним закономірностям -- законам су-спільного розвитку, відкритим і дослідженим прихильниками матеріалізму. Але з точки зору при-родничих наук ми -- частина Всесвіту і підпорядковує-мося діючим у Всесвіті фізичним та іншим закономір-ностям.

Не тільки цілий ряд умов нашого життя, а й саме існування земної цивілізації залежать від того, що являє собою наш Всесвіт, як він розвивається, які фізичні процеси у ньому відбуваються, які закони діють. Усві-домлення людиною з наукових позицій свого місця у Всесвіті, свого взаємозв'язку з навколишнім світом, має не тільки важливе значення для нашої практичної діяльності, воно становить основу нашого наукового світогляду.

Якщо ми -- частина Всесвіту, то наше існування має бути тісно пов'язане не тільки з оточуючими нас яви-щами, а й з явищами космічного характеру.

Подолати земне тяжіння і вийти у космос людині вдалося тільки у другій половині XX століття. І все ж життя людини було пов'язане з космічними явищами вже з глибокої давнини. Як уже було зазначено, зорі й планети допомагали людині знаходити шляхи в океані, вимірювати час, складати календарі, визначати строки сільськогосподарських робіт.

Однією з перших, зрозуміло, ще наївних спроб ви-явити зв'язок земних і небесних явищ були міфи старо-давніх греків про зоряне небо. Хоча в них діють числен-ні боги, німфи, циклопи й інші фантастичні істоти, що мають надприродні властивості, все ж їхніми головними героями в люди, які не тільки виступають нарівні з бо-гами, а нерідко і перемагають їх.

Зрозуміло, зв'язок між земним і небесним як у міфах стародавніх греків, так і в аналогічних легендах інших народів е ілюзорним. Він не відповідає реальному стану речей.

Релігійні люди намагалися знайти зв'язок між «не-бесним» і «земним» також у рідкісних небесних яви-щах -- повних затемненнях Місяця й Сонця, появах яскравих комет, дощах падаючих зір. Але й ці зв'язки були ілюзорними, вони існували лише в уяві наших предків.

Роль математичних методів у пізнанні світу.

Пізнання природничими науками навколишнього світу нероз-ривно пов'язане із застосуванням математичного апарату і математичних методів дослідження.

Не випадково Коперник на титульному аркуші своєї великої праці написав: «Хай не входить сюди ніхто, не обізнаний з математикою». Без допомоги математичного апарату неможливо було б точно виразити реальні кіль-кісні співвідношення та залежності, що існують у при-роді.

Правда, у процесі свого розвитку наука виявляє не тільки кількісні, а й якісні закономірності. Однак, по-перше, в основі будь-яких якісних перетворень ле-жать кількісні зміни. А, по-друге, виявлення якісних закономірностей не дає нам завершеного знання -- це лише проміжний етап. Наукова теорія тільки тоді може вважатися завершеною, коли вона дістає свого матема-тичного виразу. Зрозуміло, це в першу чергу стосується таких наук, як фізика і астрономія. До того ж матема-тичні формули -- це не тільки спосіб описання. Матема-тичний метод має колосальну евристичну силу; виходячи з фактів реального світу, він здатний давати нове знан-ня. Якщо математичний апарат правильно відображає існуючі в природі зв'язки і відносини, то шляхом чисто математичних перетворень можна, відштовхуючись від явищ, на основі яких цей апарат був побудований, пе-редбачати нові, ще невідомі явища, а також прогнозу-вати дальший розвиток тих чи інших природних про-цесів.

Спостережна астрономія пов'язана з точними кіль-кісними вимірюваннями. А ці вимірювання неможливі без введення якоїсь системи відліку, подібної до геогра-фічної системи координат на Землі. Тільки за цієї умови можна забезпечити, в одного боку, потрібну точність результатів спостережень, а з другого -- можливість цільоуказань на небі, що дають змогу безпомилково від-шукувати досліджувані об'єкти.

Введення небесних координат здійснюється за допо-могою спеціальної системи геометричних побудов, су-купність яких дістала назву сферичної астрономії. На перший погляд сферична астрономія -- не більш ніж умовна допоміжна конструкція. Але саме вона забезпе-чує відповідність результатів спостережень реальній природі і можливість практичних застосувань астроно-мічних даних.

Методичні міркування.

Слід зазначити, що нині ве-личезна більшість астрономічних розрахунків здійснює-ться з допомогою швидкодіючих електронно-обчислювальних машин. Це дає змогу за короткі строки діставати бажані результати і тим самим значно прискорює про-цес наукового дослідження Всесвіту.

Водночас більшість математичних конструкцій, навіть незважаючи на те, що вони приводять до бажаних ре-зультатів, можуть вдатися надуманими й штучними. В зв'язку з цим може скластися зовсім неправильне й небезпечне у світоглядному плані уявлення про те, що людина нібито за допомогою математичних формально-логічних побудов конструює властивості навколишнього світу.

«Чиста математика,-- писав Кант,-- має своїм об'єктом просторові форми і кількісні відношення дійс-ного світу, отже -- дуже реальний матеріал. Той факт, що цей матеріал набирає надзвичайно абстрактної фор-ми, може лише слабо затушувати його походження із зовнішнього світу. Але щоб бути спроможним дослідити ці форми і відношення в чистому вигляді, треба цілком відокремити їх від їхнього змісту, залишити цей остан-ній осторонь як щось неістотне».

Тим самим Кант хотів підкреслити, що абстракт-ний характер математичних побудов ніякою мірою не може бути підставою для висновку про те, що цей апа-рат існує сам по собі поза всякою залежністю від реаль-ної дійсності.

З другого боку, неправомірно також ототожнювати математичний апарат з реальною дійсністю.

Тому, знайомлячи школярів із сферичною астроно-мією, треба не тільки дати уявлення про те, як прак-тично користуватися системами небесних координат, а й показати, яким чином пов'язані її геометричні по-будови з реальними властивостями навколишнього світу і умовами астрономічних спостережень.

Перш за все слід звернути увагу на те, що саме поняття небесної сфери виникає природним чином. Спра-ва в тому, що багато завдань спостережної астрономії пов'язані з кутовими вимірюваннями на небі. При цьому астроном абстрагується од відстаней до космічних об'єк-тів, мовби відносячи їх усіх до однакової відстані, тобто подумки розташовуючи їх на сферичній поверхні, в гео-метричному центрі якої перебуває він сам. На цю по-верхню вздовж відповідних радіусів і проектуються небесні світила.

Але сконструйована таким чином небесна сфера ще ніяк не пов'язана із Землею і місцеперебуванням на ній спостерігача. Встановленню цих зв'язків і служать по-дальші побудови сферичної астрономії. Спочатку треба пов'язати небесну сферу з кулястістю Землі. Саме для цього будується прямовисна лінія, напрям якої у кожній точці земної поверхні можна визначити за допомогою виска. Перетин прямовисної лінії з небесною сферою визначає розташування точок зеніту і надира. За допо-могою прямовисної лінії будується й площина горизон-ту. Вона проводиться через центр небесної сфери пер-пендикулярно до прямовисної лінії. Перетин площини горизонту з небесною сферою дає математичний горизонт. Внаслідок кулястості Землі небесні сфери, побудовані для двох спостерігачів, які перебувають у різних точках земної кулі, різняться одна від одної. Кожна з них має свою прямовисну лінію, свій зеніт, свої площину гори-зонту й математичний горизонт.

Треба також зв'язати небесну сферу з добовим обер-танням Землі. Спостерігаючи зоряне небо протягом до-сить тривалого часу, можна виявити, що картина його змінюється. Одні сузір'я піднімаються над горизонтом у східній стороні, інші заходять на заході. Ці зміни є наслідком добового обертання Землі довкола власної осі, що відбувається із заходу на схід. При цьому ми помітимо, що світила, розташовані порівняно невисоко над горизонтом, у південній стороні неба описують дуги великих радіусів. У міру наближення до зеніту ці радіуси зменшуються, і десь у районі Полярної зорі знаходиться нерухома точка. Визначити її місцерозташування можна дослідним шляхом. Для цього треба направити фото-апарат у район Полярної зорі і сфотографувати цю ділянку неба з довгочасною витримкою. На знімку всі зорі внаслідок добового руху прокреслять відповідні дуги. А в центрі знаходиться нерухома точка -- Північ-ний полюс світу. Він розташований на продовженні осі обертання Землі -- осі світу. Північний полюс світу, зе-ніт і центр небесної сфери визначають розташування площини небесного меридіана і точок горизонту -- пів-дня і півночі. З напрямом осі світу безпосередньо пов'я-зане й розташування у просторі перпендикулярної до неї площини небесного екватора.

Таким чином, небесна сфера з усіма її геометрични-ми елементами зовсім не е довільною математичною конструкцією, її побудова тісно пов'язана з реальними умовами астрономічних спостережень.

Засвоєння основних положень сферичної астрономії й осмислення їхньої сутності, як правило, стикається з серйозними труднощами. Воно вимагає достатньою мірою розвинутої просторової уяви, оскільки всі побу-дови сферичної астрономії здійснюються у тривимірному просторі. Проте усі відповідні ілюстрації виконуються на плоскому аркуші паперу.

Тому в тих містах, де є стаціонарні або навчальні планетарії, дуже корисно провести заняття з викори-станням апаратури, що відтворює побудови сферичної астрономії на сферичному куполі, тобто у тривимірному просторі.

Практична астрономія.

Ми вже говорили, що астро-номія подібно до інших природничих наук зародилася у безпосередньому зв'язку з практичними потребами людей. Виникнувши для розв'язання практичний зав-дань, астрономія в свою чергу істотно вплинула на роз-виток людського суспільства, сприяла його прогресу. Зо-крема, можливість визначати місцезнаходження корабля у морі за розташуванням Сонця і зір сприяла великим географічним відкриттям. Відкриття Америки, кругосвіт-ні подорожі здійснили мореплавці, які добре знали практичну астрономію. «Існує тільки одне безпомилкове обчислення,-- говорив Колумб,-- це -- астрономічне. Ща-сливий той, хто з ним обізнаний».

Аж до другої половини XX століття астрономічні методи навігації, геодезії, а також обчислення часу збе-рігали своє практичне значення. І вже в повоєнні роки внаслідок розвитку радіотехніки, електроніки, атомної фізики з'явилися зручніші, оперативніші й точніші ме-тоди як для розв'язування навігаційних та геодезичних задач, так і для надточного відліку проміжків часу.

І в цих традиційних галузях свого практичного за-стосування сучасна астрономія відійшла на другий план, поступившись першістю технічним методам. Проте, чи означає це, що практична астрономія повністю віджила свій вік і вже нездатна у наш час приносити якусь ре-альну користь? Такий висновок був би неправильним.

Насамперед не втратила свого значення астронавіга-ція. Вона залишається невід'ємною складовою частиною сучасного навігаційного комплексу -- в кінцевому підсумку координата його опорних пунктів визначаються точними астрономічними вимірюваннями. Крім того, в екстремальних ситуаціях можуть знадобитися і безпо-середні навігаційні астрономічні спостереження (астрономічні ж методи автономні: вони незалежні від стаціо-нарних наземних служб).

Є, нарешті, й нова сфера людської діяльності, в якій астронавігаційні методи відіграють особливо важливу роль. Йдеться про космонавтику. Вже зараз операції орієнтування й стабілізації космічних кораблів здійсню-ються за допомогою астрономічних спостережень. А при польотах у далекий космос астронавігація може стати єдиним методом визначення місцезнаходження косміч-них кораблів у світовому просторі та знаходження їхньо-го курсу.

Цікава трансформація відбулася з астрономічними методами визначення точного часу. Якщо раніше астро-номи уточнювали хід годинників, звіряючи їх з добовим обертанням Землі, то з розробкою надточних атомних еталонів часу з'явилася можливість розв'язувати проти-лежне завдання: за показаннями атомних годинників з допомогою астрономічних спостережень визначати нерівномірність обертання нашої планети.

Доля практичної астрономії досить повчальна. Вона показує, як змінюється сфера застосування фундамен-тальних методів пізнання природи, вироблених багатові-ковою практикою людей. І в цьому -- один з проявів діалектики процесу освоєння людиною навколишнього світу.