Астрономія як наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

Астрономія -- як наука, що вивчає об'єкти Всесвіту та Всесвіт у цілому.

Астрономія (від грец. «астрон» -- «зоря», «номос» -- «закон») -- наука про небесні світила, про закони їхнього руху, будови і розвитку, а також про будову і розвиток Всесвіту в цілому.

Астрономія - одна з найдавніших наук. Перші астрономічні записи, знайдені в давньоєгипетських гробницях, датуються ХХІ-ХVII ст. до н. е. Так, відомо, що вже за 3000 років до н. е. єгипетські жерці за першою ранковою появою найяскравішої зорі земного зоряного неба Сіріус визначали час настання розливу річки Ніл. В давньому Китаї за 2000 років до н. е. видимі рухи Сонця та Місяця були так добре вивчені, що китайські астрономи передбачали настання сонячних та місячних затемнень.

Астрономія вивчає всю сукупність небесних світил: планети та їхні супутники, комети і метеорні тіла, Сонце, зорі, зоряні скупчення, туманності, галактики, а також речовину та поля, які заповнюють простір між світилами. Було принаймні три причини, що обумовили і стимулювали зародження і розвиток астрономії.

Перший і, безумовно, найдавніший стимул - це практичні потреби людей. Для первісних кочових племен, які займалися мисливством, дуже важливою обставиною було чергування темних безмісячних та світлих місячних ночей, що вимагало спостережень за зміною фаз Місяця.

З ритмічною зміною пір року пов'язаний річний цикл життя землеробів. Для народів Межиріччя, Єгипту, Китаю дуже важливим було завбачення розливів великих річок, у долинах яких вони жили. А це вимагало як спостережень за висотою Сонця над обрієм упродовж року, так і зіставлення подій на Землі з виглядом зоряного неба. Спираючись на ці спостереження, люди вже з давніх давен розробили певні системи лічби часу - календарі.

Спостерігаючи схід Сонця вранці і його захід увечері, вони змогли виділити для орієнтації в просторі один із головних напрямків - напрямок схід-захід. Слово «орієнтуватися» походить від латинського «орієнс», що означає «схід», а також «схід Сонця».

Для встановлення напрямку вночі люди запам'ятовували розташування на небі яскравих зір та їхніх окремих характерних груп, з'ясовували умови видимості світил на небі впродовж року.

Другим стимулом для ретельних спостережень зоряного неба, а загалом - для нагромадження астрономічних знань і розвитку астрономії, були астрологічні завбачення.

Вже в III тис. до н. е. давні вавілоняни уважно слідкували за рухом так званих «блукаючих світил», які, на відміну від нерухомих зір, не займали постійних положень на небі, а рухались, переміщаючись із сузір'я в сузір'я. Від давніх греків до нас дійшла їхня загальна назва -планети, від римлян - власні назви: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн. До числа планет у ті часи відносили ще й Сонце та Місяць, бо вони також «блукали» небом по сузір'ях.

Не знаючи справжніх причин руху планет на небі, давні спостерігачі склали уявлення, за яким Сонце, Місяць і згадані п'ять світил є «провісниками волі богів». Наприклад, на клинописних табличках, датованих 2300 р. до н. е., читаємо: «Якщо Венера з'являється на сході в місяці айяру і Великі та Малі Близнята оточують її, і всі чотири, як і вона, темні, тоді цар Елама буде уражений хворобою і не залишиться живим».

Понад 4000 років тому зародилась астрологія - необгрунтоване з позицій сучасної науки намагання за положенням планет на небі передбачати хід подій на землі: погоду та урожай, мир чи війну для держави, долю правителя, а згодом - і кожної людини

Третім, напевно, найголовнішим стимулом для розвитку астрономії було нестримне бажання людської думки проникнути в суть речей, усвідомити справжнє положення Землі й людини у Всесвіті, пізнати закони, за якими рухаються світила і які визначають їхнє народження, будову та подальший розвиток. Тобто астрономія задовольняла потребу людини в поясненні походження та розвитку навколишнього світу.

Відіграючи величезну світоглядну роль, астрономія завжди посідала чільне місце в духовному житті людства. Ось що писав з цього приводу А. Пуанкаре: «Астрономія корисна, тому що вона підносить нас над нами самими; вона корисна, тому що вона велична; вона корисна, тому що вона прекрасна. Вона показує нам, яка нікчемна людина тілом і яка велична вона духом, бо розум її у змозі осягнути сяючі безодні, де її тіло - лише темна точка, у змозі насолоджуватись їхньою безмовною гармонією. Так приходимо ми до усвідомлення своєї могутності, і це усвідомлення ... робить нас сильнішими».

Астрономія зароджувалася в різних куточках планети: у Межиріччі, Китаї, Єгипті - скрізь, де, усвідомивши себе, людина організовувала своє життя у певній спільноті. Ясна річ, у ті часи відповіді на питання про будову й походження навколишнього світу і про місце Землі у ньому люди давали на підставі своїх безпосередніх вражень та відчуттів. Тож не випадково склалось уявлення про те, що Земля нерухома і знаходиться в центрі світу. Як очевидний факт приймалося, що Сонце, Місяць і весь небосхил обертаються навколо неї.

Астрономія істотно відрізняється від інших галузей природознавства. В основі інших природничих наук лежить експеримент. Фізик чи хімік можуть штучно створювати ті чи інші умови і досліджувати, як зміна цих умов впливає на перебіг певного процесу.

Основа астрономії -- спостереження. Вивчаючи потоки електромагнітних хвиль від небесних світил, астрономи не тільки змогли визначити відстані до них, дослідити фізичні умови в їхніх надрах, встановити хімічний склад їхніх атмосфер, з'ясувати внутрішню будову, але й накреслити шляхи їхньої еволюції впродовж мільярдів років.

Можна сказати, що сучасна астрономія утримується на трьох «китах»: по-перше, це потужна світлоприймальна техніка, тобто телескопи з найрізноманітнішими допоміжними приладами та світлореєструвальни-ми пристосуваннями; по-друге, вся сукупність законів, ідей і методів теоретичної фізики, встановлених і розроблених за останні триста років; по-третє, весь складний і різноманітний математичний апарат у поєднанні з можливостями сучасної обчислювальної техніки.

Довгий час у людей не було підстав сумніватись навіть у тому, що Земля плоска. Результати тривалих спостережень, зокрема видимих рухів Місяця, Сонця, планет, передавались із покоління в покоління. З часом вони допомогли змоделювати рухи цих світил і завдяки цьому обчислювати їхні положення серед зір на багато років наперед. Найдосконаліше це вдалося зробити грецькому вченому Клавдію Птолемею біля 150 р. н. е. Його геоцентрична модель світ (мал. 1.1) була так ретельно опрацьована, що її використовували майже 1500 років.

Сучасна астрономія є настільки розвиненою наукою, що поділяється на понад десять окремих дисциплін, в кожній з яких використовуються лише їй властиві методи досліджень, типи інструментів, поняттєвий апарат. Так, астрометрія розробляє методи вимірювання положень небесних світил і кутових відстаней між ними, вона ж розв'язує проблеми вимірювання часу. Небесна механіка з'ясовує динаміку руху небесних тіл. Астрофізика вивчає фізичну природу, хімічний склад і внутрішню будову зір. Зоряна астрономія досліджує будову нашої Галактики та інших зоряних систем. Питаннями походження і розвитку небесних тіл займається космогонія, а розвитком Всесвіту в цілому -- космологія (від грец. «космос» -- «Всесвіт», «гоне» -- «походження», «логос» -- «вчення»).

У величну будівлю сучасної астрономії вкладали цеглини сотні вчених усіх країн. Зокрема, Микола Коперник (1473-1543) «зрушив Землю, зупинивши Сонце». Йоган Кеплер (1618-1621) на підставі двадцятирічних спостережень Тіхо Браге (1546-1601) встановив закони руху планет. Галілео Галілей (1564-1642), збудувавши перший телескоп і спрямувавши його в небо, відкрив чотири супутники Юпітера, фази Венери та багато іншого. Ці відкриття утверджували геліоцентричну модель світу (мал. 1.2) Коперника.

Ісаак Ньютон (1643-1727), узагальнивши закони Кеплера про рух планет, відкрив закон всесвітнього тяжіння і заклав основи небесної механіки. Вільям Гершель (1738-1822) створив модель нашої Галактики - велетенської, але скінченних розмірів системи зір. Йозеф Фраунгофер (1787-1826) вперше використав спектральний аналіз в астрономії. Едвін Габбл (1889-1953) довів, що за межами нашої Галактики є незліченне число інших таких же зоряних систем і що цей світ галактик розширюється. Альберт Ейнштейн (1879-1955) створив теорію відносності, яка стала фундаментом космології.

Сучасна астрономія, залишаючись фундаментальною наукою, має величезне прикладне значення і безпосередньо пов'язана з науково-технічним прогресом людства. Вивчення різноманітних небесних тіл, які можуть перебувати в умовах і дуже високих, і дуже низьких температур, густин і тисків, збагачує важливими даними «земні» науки - фізику, хімію тощо. Закони небесної механіки покладено в основу теорії руху космічних апаратів, а практичну космонавтику уявити без астрономії взагалі неможливо. Дослідження Місяця і планет дозволяють значно краще вивчати нашу Землю.Крім того, астрономія є однією з найголовніших наук, завдяки яким створюється наукова картина світу - система уявлень про найза-гальніші закони будови і розвитку Всесвіту та його окремих частин. І ця наукова картина світу, більшою чи меншою мірою, стає елементом світогляду кожної людини.

Основні розділи астрономії

Астрометрія -- підрозділ науки астрономії, що вивчає небесні тіла в конкретні моменти часу.

Небесна механіка -- вивчає рух небесних тіл під впливом сили тяжіння та фігури рівноваги небесних тіл, що визначається силою гравітації та обертання. З'явилася небесна механіка лише у XVII столітті, коли стало можливим вивчення сил, що керують рухом небесних тіл.

Астрофізика -- вивчає фізичну природу небесних тіл, тобто фізичний стан і хімічний склад небесних тіл, а також досліджує питання про джерела енергії, випромінюваної Сонцем і зорями.

Зоряна астрономія -- вивчає будову, походження і розвиток зоряних систем і міжзоряної матерії.

Фізична космологія -- досліджує будову та еволюцію Всесвіту у найбільших масштабах, розглядає питання про утворення і розвиток систем небесних тіл, зокрема нашої Галактики та Сонячної системи.

Оптична астрономія

Історично оптична астрономія (яку ще називають астрономією видимого світла) є найдавнішою формою дослідження космосу -- астрономії. Оптичні зображення спочатку були намальовані від руки. Наприкінці ХІХ століття і більшої частини ХХ століття, дослідження здійснювалися на основі зображень, які здобували за допомогою фотографій, зроблених на фотографічному устаткуванні. Сучасні зображення отримують з використанням цифрових детекторів, зокрема детектори на основі приладів із зарядовим зв'язком (ПЗЗ). Хоча видиме світло охоплює діапазон приблизно від 4000 ? до 7000 ? (400 -- 700 нанометрів), обладнання, що застосовується у цьому діапазоні, можна застосувати і для дослідження близьких до нього ультрафіолетового та інфрачервоного діапазонів.

Астрометрія та небесна механіка

Один з найстаріших підрозділів астрономії, який вимірює положення небесних об'єктів. Ця галузь астрономії називається астрометрією. Історично точні знання про розташування Сонця, Місяця, планет і зір відіграють надзвичайно важливу роль у навігації.

Ретельні вимірювання розташування планет призвели до глибокого розуміння гравітаційних збурень, що дало змогу з високою точністю визначати їхнє розташування у минулому та передбачати на майбутнє. Ця галузь відома як небесна механіка. Зараз відстеження навколоземних об'єктів дає змогу прогнозування зближення з ними, а також можливі зіткнення різних об'єктів із Землею.

Вимірювання зоряних паралаксів найближчих зір є фундаментом для визначення відстаней у далекому космосі, що застосовується для виміру масштабів Всесвіту. Ці вимірювання забезпечили основу для визначення властивостей віддаленіших зір, бо їхні властивості можуть бути зіставлені з ближчими. Вимірюванняпроменевих швидкостей і власних рухів небесних тіл дає змогу показати кінематику цих систем у нашій галактиці. Астрометричні результати також можуть використовуватися для вимірювання розподілу темної матерії в галактиці.

У 1990-х роках астрометричні методи вимірювання зоряних коливань було застосовано для виявлення великих позасонячних планет (планет на орбітах прилеглих зір).

Структура астрономії як наукової дисципліни

Сучасна астрономія підрозділяється на ряд окремих розділів, які тісно пов'язані між собою, і таке розділення астрономії у відомому сенсі умовне. Найголовнішими розділами астрономії є:

Астрометрія - вивчає видимі положення і рух світил. На етапі історичного розвитку науки роль астрометрії довгий час складалася також у високоточному визначенні географічних координат і часу за допомогою вивчення руху небесних світил (в даний момент для того й іншого існують новітні способи). Сучасна астрометрія складається з:

фундаментальної астрометрії, завданням якої є визначення координат небесних тіл зі спостережень, складання каталогів зоряних положень та визначення числових значень астрономічних параметрів, - величин, що дозволяють враховувати закономірні зміни координат світил;

радіоастрономії

сферичної астрономії, що розробляє математичні методи визначення видимих положень і рухів небесних тіл за допомогою різних систем координат, а також теорію закономірних змін координат світил з часом;

Теоретична астрономія дає методи для визначення орбіт небесних тіл по їх видимих положеннях та методи обчислення ефемерід (видимих положень) небесних тіл по відомим елементам їх орбіт (обернена задача).

Небесна механіка вивчає закони рухів небесних тіл під дією сил всесвітнього тяжіння, визначає маси і форму небесних тіл і стійкість їх систем.

Ці розділи астрономії в основному вирішують першу задачу астрономії (дослідження руху небесних тіл), і їх часто називають класичною астрономією.

Астрофізика вивчає будову, фізичні властивості і хімічний склад небесних об'єктів. Вона поділяється на:

а) практичну (наглядову) астрофізику, в якій розробляються і застосовуються практичні методи астрофізичних досліджень і відповідні інструменти та прилади;

б) теоретичну астрофізику, в якій, на підставі законів фізики, даються пояснення спостережуваних фізичним явищам.

Ряд розділів астрофізики виділяється за специфічними методами дослідження. астрономія небесний зоряний

Зоряна астрономія вивчає закономірності просторового розподілу та утворення зірок, зоряних систем і міжзоряного матерії з урахуванням їх фізичних особливостей.

У цих двох розділах в основному вирішуються питання другого завдання астрономії (будову небесних тіл).

Космогонія розглядає питання походження й еволюції небесних тіл, у тому числі і нашої Землі.

Космологія вивчає загальні закономірності будови і розвитку Всесвіту.

На підставі всіх отриманих знань про небесних тілах останні два розділи астрономії вирішують її третю задачу (походження і еволюція небесних тіл).

Курс загальної астрономії містить систематичний виклад відомостей про основні методи і найголовніших результати, отримані різними розділами астрономії.

Одним з нових, що сформувалися тільки в другій половині XX століття, напрямків є археоастрономія, яка вивчає астрономічні пізнання стародавніх людей і допомагає датувати стародавні споруди, виходячи з явища прецесії Землі.

Зоряна астрономія

Вивчення зірок і зоряної еволюції має фундаментальне значення для нашого розуміння Всесвіту. Астрофізика зірочок розвивалася на основі спостережень і теоретичного розуміння, а зараз і за допомогою комп'ютерного моделювання.

Формування зірок відбувається в областях щільного пилу і газу, відомих як гігантські молекулярні хмари. Якщо відбувається дестабілізація, то фрагменти хмари можуть стиснутися під впливом гравітації і сформувати протозірку. Досить щільні і гарячі області викличуть термоядерні реакції, таким чином почнеться головна послідовність зірки.

Майже всі елементи, більш важкі ніж водень і гелій, створюються всередині ядра зірки.

Предмети астрономії

Астрометрія

Сузір'я

Небесна сфера

Системи небесних координат

Час

Небесна механіка

Астрофізика

Еволюція зірок

Нейтронні зірки і чорні діри

Галактики

Чумацький шлях

Будова галактик

Еволюція галактик

Космологія

Червоне зміщення

Реліктове випромінювання

Теорія Великого вибуху

Темна речовина

Темна енергія

Основні завдання астрономії

Основними завданнями астрономії є:

Вивчення та пояснення видимих рухів небесних тіл, знаходження закономірностей і причин цих рухів.

Вивчення будови небесних тіл, їх фізичних і хімічних властивостей, побудова моделей їх внутрішньої будови.

Рішення проблем походження і розвитку небесних тіл і їх систем.

Вивчення найбільш загальних властивостей Всесвіту, побудова теорії спостережуваної частини Всесвіту - Метагалактики.

Вирішення цих завдань потребує створення ефективних методів дослідження - як теоретичних, так і практичних. Перше завдання вирішується шляхом тривалих спостережень, початих ще в глибоку давнину, а також на основі законів механіки, відомих уже близько 300 років. Тому в цій галузі астрономії ми маємо в своєму розпорядженні найбільш багатою інформацією, особливо для порівняно близьких до Землі небесних тіл: Місяця, Сонця, планет, астероїдів і т. д.

Рішення другого завдання стало можливим у зв'язку з появою спектрального аналізу та фотографії. Вивчення фізичних властивостей небесних тіл почалося в другій половині XIX століття, а основних проблем - лише в останні роки.

Третє завдання вимагає накопичення спостережуваного матеріалу. В даний час таких даних ще недостатньо для точного опису процесу походження та розвитку небесних тіл і їх систем. Тому знання в цій області обмежуються тільки спільними міркуваннями і рядом більш-менш правдоподібних гіпотез.

Четверта задача є наймасштабнішою і найскладнішою. Практика показує, що для її вирішення вже недостатньо існуючих фізичних теорій. Необхідне створення більш загальної фізичної теорії, здатної описувати стан речовини і фізичні процеси при граничних значеннях щільності, температури, тиску. Для вирішення цього завдання потрібні спостережні дані в областях Всесвіту, що знаходяться на відстанях у кілька мільярдів світлових років. Сучасні технічні можливості не дозволяють детально досліджувати ці області. Тим не менш, це завдання зараз є найбільш актуальною і успішно вирішується астрономами низки країн, у тому числі і України.

Астрономія в Українії

Першу в Україні астрономічну обсерваторію засновано у 1821 адміралом А.С. Грейсом. Обсерваторію було збудовано у Миколаєві. Вона мала призначення обслуговувати Чорноморський флот. Другою в Україні була обсерваторія Київського Університету, будівництво якої було завершено 1845 року. Потім було відкрито обсерваторії в Одесі (1871) та Харкові (1888), у 1900 створено обсерваторію Львівського Університету. У Сімеїзі (Крим) 1908 року було організовано астрофізичний відділ Пулковської обсерваторії, який в радянські часи входив до складу Кримської астрофізичної обсерваторії АН СРСР. 1926 року у Полтаві створено гравіметричнуобсерваторію, основним завданням якої є вивчення рухів земних полюсів і припливів уземній корі. 1945 року в Голосієві, під Києвом, створено астрономічну обсерваторію АН УРСР.

Значні астрометричні роботи виконали в Україні І.Є. Кортацці, Б.П. Остащенко-Кудрявцев, Л.І. Семенов (Миколаїв), В.І. Фабріціус, М.П Диченко (Київ), М.В. Ціммерман, Б.В. Новопашенний (Одеса), Г.В. Левицький, Л.О. Струве, М.М. Євдокимов (Харків), О.Я Орлов, Є.П. Федоров (Полтава). М.Ф. Хандриков був визначним організатором Київської школи теоретичної астрономії. Важливі дослідження виконав у Києві А.О. Яковкін. В галузі астрофізики значних успіхів досягли С.К. Всехсвятський (Київ), О.К. Кононович і В.П. Цесевич (Одеса), В.Г. Фесенков, М.П. Барабашов (Харків), Г.М. Неуймін, Г.А. Шайн, Е.Р. Мустель (Крим), Е.В. Рибка, В.Б. Степанов, М.С. Ейгенсон (Львів) та багато інших.

Нерозв'язані проблеми в галузі астрономії

Астрономія як наукова дисципліна, зробила величезний крок вперед у розумінні природи Всесвіту і його зміст, але залишається ряд важливих невирішених питань. Для пошуку відповідей на ці питання може знадобитися будівництво нових наземних і космічних інструментів, і, можливо, нові розробки в теоретичній та експериментальній фізиці.

Чи є інше життя у Всесвіті? Тим більше, чи є розумне життя? Існування життя в інших місцях має важливе наукове і філософське значення.Чи є Сонячна система унікальною?

Що спричинило утворення Всесвіту? Чи правильна теорія космічної інфляції, і якщо так, то які докладні деталі цієї стадії? Чому в Всесвіті споcтерігається баріонна асиметрія? Яку форму має Всесвіт?

Яка природа темної матерії і темної енергії? Вони визначають розвиток і долю Всесвіту, проте їхня справжня природа залишається невідомою. Якою буде подальша доля Всесвіту?

Якими були перші галактики? Як утворилися надмасивні чорні діри?

Що спричиняє утворенню космічних променів з надвисокою енергією?

Астрономічні нагороди

Медаль Еддінгтона -нагорода Королівського астрономічного товариства, що присуджується раз на два роки за видатні дослідження в галузі теоретичної астрофізики. Названа на честь видатного англійського астрофізика сера А.С. Еддінгтона.

Золота медаль Лондонського королівського астрономічного товариства - вища нагорода Лондонського королівського астрономічного товариства.

Медаль Кетрін Брюс -- одна з найпрестижніших відзнак для астрономів іастрофізиків, яка встановлена Тихоокеанським Астрономічним Товариством

Медаль Коплі - щорічна нагорода Лондонського королівського товариства.

Використані матеріали

1. http://www.astronet.ru

2. http://www.m31.spb.ru

3. http://colonization.narod.ru

4. http://www.zvezdi-oriona.ru

5. http://fargalaxy.al.ru

6. http://www.kremmoscow.boom.ru

7. http://sunsys.nm.ru

8. http://www.space.vsi.ru

9. http://www.galaxy.vinnica.ua

Размещено на Allbest.ru