Позагалактична астрономія: гравітаційне лінзування. Видно кілька блакитних петлеподібних об'єктів, які є багаторазовими зображеннями однієї галактики, розмноженими через ефект гравітаційної лінзи від скупчення жовтих галактик біля центру фотографії. Лінза створена гравітаційним полемскупчення, що викривляє світлові промені, що веде до збільшення та спотворення зображення більш далекого об'єкта.
Сучасна астрономія ділиться ряд розділів, які тісно пов'язані між собою, тому поділ астрономії певною мірою умовно. Найголовнішими розділами астрономії є:
Ці три розділи переважно вирішують перше завдання астрономії (дослідження руху небесних тіл), і їх часто називають класичною астрономією.
Ряд розділів астрофізики виділяється за специфічними методами дослідження.
У цих розділах переважно вирішуються питання другого завдання астрономії (будівля небесних тіл).
На підставі всіх отриманих знань про небесні тіла останні два розділи астрономії вирішують її третє завдання (походження та еволюція небесних тіл).
Курс загальної астрономії містить систематичний виклад відомостей про основні методи та найголовніші результати, отримані різними розділами астрономії.
Одним з нових, що сформувалися лише у другій половині XX століття, напрямів є археоастрономія, яка вивчає астрономічні пізнання стародавніх людей і допомагає датувати стародавні споруди, виходячи із явища прецесії Землі.
Планетарна туманність Мураха – Mz3. Викид газу з центральної зірки, що вмирає, показує симетричну модель, на відміну від хаотичних образів звичайних вибухів.
Майже всі елементи, важчі за водень і гелій, утворюються в зірках.
Основними завданнями астрономіїє:
Вирішення цих завдань вимагає створення ефективних методівдослідження – як теоретичних, так і практичних. Перше завдання вирішується шляхом тривалих спостережень, розпочатих ще в давнину, а також на основі законів механіки, відомих вже близько 300 років. Тому в цій галузі астрономії ми маємо в своєму розпорядженні найбільш багату інформацію, особливо для порівняно близьких до Землі небесних тіл: Місяця, Сонця, планет, астероїдів і т.д.
Вирішення другого завдання стало можливим у зв'язку з появою спектрального аналізу та фотографії. Вивчення фізичних властивостейНебесні тіла почалися в другій половині XIX століття, а основні проблеми - лише в останні роки.
Третє завдання вимагає накопичення матеріалу, що спостерігається. В даний час таких даних ще недостатньо для точного опису процесу походження та розвитку небесних тіл та їх систем. Тому знання у цій галузі обмежуються лише загальними міркуваннями та поруч більш менш правдоподібних гіпотез.
Четверте завдання є наймасштабнішим і найскладнішим. Практика показує, що для її вирішення недостатньо існуючих фізичних теорій. Необхідно створення більш загальної фізичної теорії, здатної описувати стан речовини та фізичні процеси при граничних значеннях щільності, температури, тиску. Для вирішення цього завдання потрібні наглядові дані в областях Всесвіту, що знаходяться на відстанях кілька мільярдів світлових років. Сучасні технічні можливості не дозволяють детально досліджувати ці сфери. Тим не менш, це завдання зараз є найбільш актуальним і успішно вирішується астрономами ряду країн, у тому числі й Росії.
Ще в давнину люди помітили взаємозв'язок руху небесних світил по небосхилу та періодичних змін погоди. Астрономія тоді була ґрунтовно перемішана з астрологією. Остаточне виділення наукової астрономії відбулося в епоху Відродження і тривало тривалий час.
Астрономія - одна з найстаріших наук, що виникла з практичних потреб людства. За розташуванням зірок та сузір'їв первісні хлібороби визначали настання пори року. Кочові племена орієнтувалися по Сонцю та зіркам. Необхідність у літочисленні призвела до створення календаря. Є докази, що ще доісторичні люди знали про основні явища, пов'язані зі сходом та заходом Сонця, Місяця та деяких зірок. Періодична повторюваність затемнень Сонця та Місяця була відома вже дуже давно. Серед найдавніших писемних джерел зустрічаються описи астрономічних явищ, а також примітивні розрахункові схеми для передбачення часу сходу та заходу яскравих небесних тіл та методи відліку часу та ведення календаря. Астрономія успішно розвивалася у Стародавньому Вавилоні, Єгипті, Китаї та Індії. У китайському літописі описується затемнення Сонця, яке відбулося у 3-му тисячолітті до н. е. Теорії, які на основі розвинених арифметики та геометрії пояснювали та передбачали рух Сонця, Місяця та яскравих планет, були створені в країнах Середземномор'я в останні століття дохристиянської ери і разом з простими, але ефективними приладами, служили практичним цілям аж до епохи Відродження.
Особливо великого розвитку досягла астрономія в Стародавню Грецію. Піфагор вперше дійшов висновку, що Земля має кулясту форму, а Аристарх Самоський висловив припущення, що Земля обертається навколо Сонця. Гіппарх у 2 ст. до зв. е. склав один з перших зіркових каталогів. У творі Птолемея «Альмагест», написаному у 2 ст. н. е., викладено т.з. геоцентричну систему світу, яка була загальноприйнятою протягом майже півтори тисячі років. У середньовіччі астрономія досягла значного розвитку у країнах Сходу. У 15 ст. Улугбек збудував поблизу Самарканда обсерваторію з точними на той час інструментами. Тут було складено перший після Гіппарха каталог зірок. З 16 ст. починається розвиток астрономії у Європі. Нові вимоги висувалися у зв'язку з розвитком торгівлі та мореплавання та зародженням промисловості, сприяли звільненню науки від впливу релігії та призвели до ряду великих відкриттів.
Народження сучасної астрономії пов'язують із відмовою від геоцентричної системи світу Птолемея (II століття) та заміною її геліоцентричною системою Миколи Коперника (середина XVI століття), з початком досліджень небесних тіл за допомогою телескопа (Галілей, початок XVII століття) та відкриттям закону всесвітнього тяжіння (Ісаак Ньютон, кінець XVII століття). XVIII-XIX століття були для астрономії періодом накопичення відомостей та знань про Сонячну систему, нашу Галактику та фізичну природу зірок, Сонця, планет та інших космічних тіл. Поява великих телескопів та здійснення систематичних спостережень призвели до відкриття, що Сонце входить до складу величезної дископодібної системи, що складається з багатьох мільярдів зірок – галактики. На початку XX століття астрономи виявили, що ця система є однією з мільйонів подібних до неї галактик. Відкриття інших галактик стало поштовхом у розвиток позагалактичної астрономії. Дослідження спектрів галактик дозволило Едвіну Хаблу в 1929 виявити явище «розбігання галактик», яке згодом отримало пояснення на основі загального розширення Всесвіту.
У XX столітті астрономія розділилася на дві основні гілки: спостережну та теоретичну. Спостережна астрономія зосереджена на спостереженнях небесних тіл, які потім аналізують з допомогою основних законів фізики. Теоретична астрономія орієнтована на розробку моделей (аналітичних чи комп'ютерних) для опису астрономічних об'єктів та явищ. Ці дві гілки доповнюють один одного: теоретична астрономія шукає пояснення результатів спостережень, а спостережну астрономію застосовують для підтвердження теоретичних висновків та гіпотез.
Науково-технічна революція ХХ століття мала надзвичайно великий вплив в розвитку астрономії загалом і особливо астрофізики. Створення оптичних та радіотелескопів з високою роздільною здатністю, застосування ракет та штучних супутників Землі для позаатмосферних астрономічних спостережень призвели до відкриття нових видів космічних тіл: радіогалактик, квазарів, пульсарів, джерел рентгенівського випромінювання тощо. Були розроблені основи теорії еволюції зірок Сонячна система. Досягненням астрофізики XX століття стала релятивістська космологія – теорія еволюції Всесвіту загалом.
2009 був оголошений ООН Міжнародним роком астрономії (IYA2009). Основний акцент робиться на підвищенні суспільної зацікавленості та розумінні астрономії. Це одна з небагатьох наук, де непрофесіонали все ще можуть відігравати активну роль. Аматорська астрономія внесла свій вклад до ряду важливих астрономічних відкриттів.
В астрономії інформація в основному виходить від виявлення та аналізу видимого світла та інших спектрів електромагнітного випромінювання у космосі. Астрономічні спостереження можуть бути розділені відповідно до галузі електромагнітного спектра, в якій проводяться вимірювання. Деякі частини спектру можна спостерігати із Землі (тобто її поверхні), а інші спостереження ведуться лише на великих висотахабо у космосі (у космічних апаратах на орбіті Землі). Детальнішу інформацію про ці групи досліджень наведено нижче.
Історично оптична астрономія (яку ще називають астрономією видимого світла) є найдавнішою формою дослідження космосу – астрономії. Оптичні зображення спочатку були намальовані від руки. Наприкінці XIX століття і більшої частини ХХ століття дослідження здійснювалися на основі зображень, які отримували за допомогою фотографій, зроблених на фотографічному устаткуванні. Сучасні зображення отримують з використанням цифрових детекторів, зокрема детектори на основі приладів із зарядним зв'язком (ПЗЗ). Хоча видиме світло охоплює діапазон приблизно від 4000 до 7000 (400-700 нанометрів), застосовуваного обладнання в цьому діапазоні, можна застосувати і для дослідження близьких йому ультрафіолетового та інфрачервоного дапазонів.
Інфрачервона астрономія стосується досліджень, виявлення та аналізу інфрачервоного випромінювання у космосі. Хоча довжина його хвилі близька до довжини хвилі видимого світла, інфрачервоне випромінювання сильно поглинається атмосферою, крім того, атмосфера Землі має значне інфрачервоне випромінювання. Тому обсерваторії вивчення інфрачервоного випромінювання повинні бути розташовані на високих і сухих місцях або в космосі. Інфрачервоний спектр корисний для вивчення об'єктів, які занадто холодні, щоб випромінювати видиме світло таких об'єктів, як планети і навколо зіркові диски. Інфрачервоні промені можуть проходити через хмари пилу, що поглинають видиме світло, що дозволяє спостерігати молоді зірки в молекулярних хмарах та ядер галактик. Деякі молекули потужно випромінюють в інфрачервоному діапазоні, і це може бути використане для вивчення хімічних процесів у космосі (наприклад, виявлення води в кометах) .
Ультрафіолетова астрономія в основному застосовується для детального спостереження в ультрафіолетових довжинах хвиль приблизно від 100 до 3200 (від 10 до 320 нанометрів). Світло цих довжинах хвиль поглинається атмосферою Землі, тому дослідження цього діапазону виконують з верхніх шарів атмосфери чи з космосу. Ультрафіолетова астрономія найкраще підходить для вивчення гарячих зірок (ОФ зірки), оскільки основна частина випромінювання посідає саме цей діапазон. Сюди відносяться дослідження блакитних зірок в інших галактиках та планетарних туманностей, залишків наднових, активних галактичних ядер. Однак ультрафіолетове випромінювання легко поглинається міжзоряним пилом, тому під час вимірювання слід робити поправку на наявність останньої у космічному середовищі.
Надвеликий масив радіотелескопів (англ. Very Large Array) у Сірокко, Нью-Мексико, США
Радіоастрономія - це дослідження випромінювання з довжиною хвилі, більшою за один міліметр (приблизно). Радіоастрономія відрізняється від більшості інших видів астрономічних спостережень тим, що радіохвилі, що досліджуються, можна розглядати саме як хвилі, а не як окремі фотони. Отже, можна виміряти як амплітуду, так і фазу радіохвилі, а це не так легко зробити на діапазонах коротких хвиль.
Хоча деякі радіохвилі випромінюються астрономічними об'єктами у вигляді теплового випромінювання, більшість радіовипромінювання, що спостерігається із Землі, є за походженням синхротронним випромінюванням, яке виникає, коли електрони рухаються в магнітному полі. Крім того, деякі спектральні лінії утворюються міжзоряним газом, зокрема, спектральна лінія нейтрального водню довжиною 21 см .
У радіодіапазоні спостерігається широке розмаїття космічних об'єктів, зокрема наднові зірки, міжзоряний газ, пульсари та активні ядра галактик.
Рентгенівська астрономія вивчає астрономічні об'єктиу рентгенівському діапазоні. Зазвичай об'єкти випромінюють рентгенівське випромінювання завдяки:
Оскільки рентгенівське випромінювання поглинається атмосферою Землі, рентгенівські спостереження здебільшого виконують з орбітальних станцій, ракет або космічних кораблів. До відомих рентгенівських джерел у космосі відносяться: рентгенівські подвійні зірки, пульсари, залишки наднових, еліптичні галактики, скупчення галактик, а також активні ядра галактик.
Астрономічні гамма-промені з'являються у дослідженнях астрономічних об'єктів із короткою довжиною хвилі електромагнітного спектру. Гамма-промені можуть спостерігатися безпосередньо такими супутниками, як Телескоп Комптон або спеціалізовані телескопи, які називаються атмосферними телескопами Черенкова. Ці телескопи фактично не вимірюють гамма-промені безпосередньо, а фіксують спалахи видимого світла, що утворюються при поглинанні гамма-променів атмосферою Землі, внаслідок різних фізичних процесів, що відбуваються із зарядженими частинками, що виникають при поглинанні, на зразок ефекту Комптону або черенківського випромінювання.
Більшість джерел гамма-випромінювання є фактично джерелами гамма-сплесків, які випромінюють лише гамма-промені протягом короткого проміжку часу від кількох мілісекунд до тисячі секунд, перш ніж розвіятись у просторі космосу. Тільки 10% джерел гамма-випромінювання перехідним джерелами. Стаціонарні гамма-джерела включають пульсари, нейтронні зірки та кандидати на чорні дірки в активних галактичних ядрах.
До Землі, з дуже великих відстаней, потрапляє як електромагнітне випромінювання, а й інші типи елементарних частинок.
Новим напрямком у різновиді методів астрономії може стати гравітаційно-хвильова астрономія, яка прагне використовувати детектори гравітаційних хвиль для збору даних спостережень про компактні об'єкти. Декілька обсерваторій вже побудовано, наприклад, лазерний інтерферометр гравітаційної обсерваторії LIGO, але гравітаційні хвилі дуже важко виявити, і вони досі залишаються невловимими.
Планетарна астрономія використовує також безпосереднє вивчення за допомогою космічних кораблів та дослідницьких місій типу «за зразками та назад» (Sample Return). До них відносяться польоти місій із використанням датчиків; спускних апаратів, які можуть проводити експерименти на поверхні об'єктів, а також дозволяють здійснювати віддалене зондування матеріалів або об'єктів та місії доставки на Землю зразків для прямих лабораторних досліджень.
Один із найстаріших підрозділів астрономії, що займається вимірюваннями становище небесних об'єктів. Ця галузь астрономії називається астрометрією. Історично точні знання про розташування Сонця, Місяця, планет та зірок відіграють надзвичайно важливу роль у навігації. Ретельні виміри розташування планет призвели до глибокого розуміння гравітаційних обурень, що дозволило з високою точністю визначати їхнє розташування в минулому та передбачати на майбутнє. Ця галузь відома як небесна механіка. Зараз відстеження навколоземних об'єктів дозволяє прогнозувати зближення з ними, а також можливі зіткнення різних об'єктів із Землею.
Вимірювання зоряних паралаксів найближчих зірок є фундаментом для визначення відстаней у далекому космосі, який застосовується для вимірювання масштабів Всесвіту. Ці виміри забезпечили основу визначення властивостей віддалених зірок; властивості можуть бути зіставлені із сусідніми зірками. Вимірювання променевих швидкостей та власних рухів небесних тіл дозволяє досліджувати кінематику цих систем у нашій галактиці. Астрометричні результати можуть використовуватись для вимірювання розподілу темної матерії в галактиці.
У 1990-х роках астрометричні методи виміру зіркових коливань були застосовані для виявлення великих позасонячних планет (планет на орбітах сусідніх зірок).
Дослідження за допомогою космічної техніки займають особливе місце серед методів вивчення небесних тіл та космічного середовища. Початок було покладено запуском у СРСР 1957 року першого у світі штучного супутника Землі. Космічні апарати дозволили проводити дослідження у всіх діапазонах довжин хвиль електромагнітного випромінювання. Тому сучасну астрономію часто називають всехвильовою. Позаатмосферні спостереження дозволяють приймати в космосі випромінювання, які поглинає або дуже змінює земна атмосфера: радіовипромінювання деяких довжин хвиль, що не доходять до Землі, а також корпускулярні випромінювання Сонця та інших тіл. Дослідження цих раніше недоступних видів випромінювання зірок і туманностей, міжпланетного та міжзоряного середовища дуже збагатили наші знання про фізичні процеси Всесвіту. Зокрема було відкрито невідомі раніше джерела рентгенівського випромінювання - рентгенівські пульсари. Багато інформації про природу віддалених від нас тіл та їх систем також отримано завдяки дослідженням, виконаним за допомогою встановлених спектрографів на різних космічних апаратах.
Основна стаття: Теоретична астрономія
Астрономи-теоретики використовують широкий спектр інструментів, які включають аналітичні моделі (наприклад, політропи чекають наближені поведінки зірок) та розрахунки чисельних моделювань. Кожен із методів має свої переваги. Аналітична модель процесу, як правило, краще дає зрозуміти суть того, чому це відбувається. Численні моделі можуть свідчити про наявність явищ та ефектів, яких, ймовірно, інакше не було б видно.
Теоретики в галузі астрономії прагнуть створювати теоретичні моделі та з'ясувати у дослідженнях наслідки цих моделювань. Це дозволяє спостерігачам шукати дані, які можуть спростувати модель чи допомагає у виборі між кількома альтернативними чи суперечливими моделями. Теоретики також експериментують у створенні чи видозміні моделі з урахуванням нових даних. У разі невідповідності загальна тенденція полягає у спробі зробити мінімальними зміни у моделі та відкоригувати результат. У деяких випадках велика кількість суперечливих даних може призвести до повної відмови від моделі.
Теми, що вивчають теоретичні астрономи: зіркова динаміка та еволюція галактик; великомасштабна структура Всесвіту; походження космічних променів, загальна теорія відносності та фізична космологія, зокрема космології зірок та астрофізика. Астрофізичні відносності служать як інструмент оцінки властивостей великомасштабних структур, для яких гравітація відіграє значну роль у фізичних явищах та основою для досліджень чорних дірок, астрофізики та вивчення гравітаційних хвиль. Деякі широко прийняті та вивчені теорії та моделі в астрономії, тепер включені в Lambda-CDM моделі, Великий Вибух, розширення космосу, темної матерії та фундаментальні теорії фізики.
Астрономія є однією з наук, в якій внесок любителів може бути значним. Взагалі всі астрономи-аматори спостерігають різні небесні об'єкти та явища у більшому обсязі, ніж вчені, хоча їх технічний ресурс набагато менший за можливості державних інститутів, іноді обладнання вони будують собі самостійно (як це було ще 2 століття тому). Нарешті більшість учених вийшли саме із цього середовища. Головні об'єкти спостережень астрономів-аматорів: Місяць, планети, зірки, комети, метеорні потоки та різні об'єкти глибокого неба, а саме: зоряні скупчення, галактики та туманності. Одна з гілок аматорської астрономії, аматорська астрофотографія передбачає фотофіксацію ділянок нічного неба. Багато любителів хотіли б спеціалізуватися у спостереженні окремих предметів, типів об'єктів, чи типів подій, які їх цікавлять .
Астрономи-аматори і надалі продовжують вносити свій вклад в астрономію. Справді, вона одна із небагатьох дисциплін, де внесок любителів може бути значним. Досить часто вони проводять точкові виміри, які використовуються для уточнення орбіт малих планет, частково вони також виявляють комети, виконують регулярні спостереження змінних зірок. А досягнення в галузі цифрових технологій дозволило любителям досягти вражаючого прогресу в галузі астрофотографії.
| Портал «Астрономія» | |
| Астрономіяу Вікисловарі | |
| Астрономіяу Вікіпідручнику | |
| у Вікітеку | |
| Астрономіяна Вікіскладі | |
| Астрономіяу Вікіновостях |
Урок №1.
Тема: "Що вивчає астрономія"
Цілі уроку:
Особистісні: обговорити потреби людини у пізнанні, як найбільш значущої ненасиченої потреби, розуміння різниці між міфологічною та науковою свідомістю.
Метапредметні: формулювати поняття «предмет астрономії»; доводити самостійність та значимість астрономії як науки.
Предметні: пояснювати причини виникнення та розвитку астрономії, наводити приклади, що підтверджують дані причини; ілюструвати прикладами практичну спрямованість астрономії; відтворювати відомості з розвитку астрономії, її зв'язок з іншими науками.
Основний матеріал:
Астрономія як наука.
Історія становлення астрономії у зв'язку із практичними потребами.
Взаємозв'язок та взаємовплив астрономії та інших наук.
Новий матеріал
Що вивчає астрономія
Люди здавна намагалися розгадати таємницю навколишнього світу, визначити своє місце у Всесвіті, який давньогрецькі філософи називали Космосом. Так людина уважно спостерігала за сходом і заходом Сонця, за порядком зміни фаз Місяця - адже від цього залежало його життя та трудова діяльність. Людину цікавив добовий перебіг зірок, але лякали непередбачувані явища – затемнення Місяця та Сонця, поява яскравих комет. Люди намагалися зрозуміти закономірність небесних явищ і осмислити своє місце у безмежному світі.
Астрономія (походить від грецьких слівastron - Зірка,nomos - Закон) -наука вивчає будову, рух, походження та розвиток небесних тіл, їх систем та всього Всесвіту в цілому.
Астрономія як наука – важливий вид людської діяльності, дає систему знання закономірності у розвитку природи.
Мета астрономії – вивчити походження, будову та еволюцію Всесвіту.
Важливимизавданнями астрономії є:
Пояснення та прогнозування астрономічних явищ (наприклад, сонячні та місячні затемнення, поява періодичних комет, проходження поблизу Землі астероїдів, великих метеорних тіл або комет).
Вивчення фізичних процесів, що відбуваються в надрах планет, на поверхні та в їх атмосферах щоб краще зрозуміти будову та еволюцію нашої планети.
Дослідження руху небесних тіл дозволяє з'ясувати питання стійкості Сонячної системи, ймовірність зіткнення Землі з астероїдами і кометами.
Відкриття нових об'єктів Сонячної системи та вивчення їх руху .
Вивчення процесів, що відбуваються на Сонці, та прогнозування їх подальшого розвитку (Бо від цього залежить існування всього живого на Землі).
Вивчення еволюції інших зірок та порівняння їх із Сонцем (Це допомагає пізнати етапи розвитку нашого світила).
Отже, астрономія вивчає будову та еволюцію Всесвіту.
Всесвіт – максимально велика область простору, що включає всі доступні для вивчення небесні тіла та їх системи.
Виникнення астрономії
Астрономія виникла у давнину. Відомо, що ще первісні люди спостерігали зоряне небо і на стінах печер малювали те, що бачили. З розвитком людського суспільства з виникненням землеробства виникла потреба у рахунку часу, у створенні календаря. Помічені закономірності у русі небесних світил, зміні виду Місяця дозволили стародавній людинізнайти та визначити одиниці рахунку часу (добу, місяць, рік) та вираховувати настання певних сезонів року, щоб вчасно провести посівні роботи та зібрати врожай.
Спостереження зоряного неба з найдавніших часів формувало саму людину як мислячу істоту. Так у Стародавньому Єгиптіпо появі на ранковому небі зірки Сіріус жерці пророкували періоди весняних розливів Нілу, що визначали терміни землеробських робіт. В Аравії, де через денну спеку багато робіт переносилися на нічний час, істотну роль відігравало спостереження фаз Місяця. У країнах, де було розвинене мореплавання, особливо до винаходу компаса, особливу увагу приділяли способам орієнтування зірок.
У ранніх письмових документах (3 – 2-е тисячоліття е.) найдавніших цивілізацій Єгипту, Вавилону, Китаю, Індії та Америки є сліди астрономічної діяльності. У різних місцяхЗемлі наші предки залишили споруди з кам'яних брил та оброблених стовпів, зорієнтовані астрономічно значущі напрями. Ці напрями збігаються, наприклад, з точками сходу Сонця в дні рівнодення та сонцестояння. Подібні кам'яні сонячно-місячні покажчики знайдені у південній Англії (Стоунхенж), у Росії на південному Уралі (Аркаїм) та на березі озера Янове поблизу м. Полоцька. Вік таких стародавніх обсерваторій – близько 5 – 6 тисяч років.
Значення та зв'язок астрономії з іншими науками
У ході спостережень людини за навколишнім світом та Всесвітом, придбанням та узагальненням отриманих знань астрономія тією чи іншою мірою пов'язувалася з різними науками, наприклад:
З математикою (використання прийомів наближених обчислень, заміна тригонометричних функцій кутів значеннями самих кутів, виражених радіанною мірою);
З фізикою (рух у гравітаційному та магнітному полях, опис станів речовини; процеси випромінювання; індукційні струми в плазмі, що утворює космічні об'єкти);
З хімією (відкриття нових хімічних елементіву атмосфері зірок, становлення спектральних методів; хімічні властивості газів, що становлять небесні тіла);
З біологією (гіпотези походження життя, пристосовність та еволюція живих організмів; забруднення навколишнього комічного простору речовиною та випромінюванням);
З географією (природа хмар на Землі та інших планетах; припливи в океані, атмосфері та твердій корі Землі; випаровування води з поверхні океанів під дією випромінювання Сонця; нерівномірне нагрівання Сонцем різних частин земної поверхні, що створює циркуляцію атмосферних потоків);
З літературою (стародавні міфи та легенди як літературні твори, в яких, наприклад, оспівується муза-покровителька науки астрономії - Уранія; науково-фантастична література).
Розділи астрономії
Така тісна взаємодія з перерахованими науками дозволила швидко розвиватися астрономії як науці. Сьогодні астрономія включає ряд розділів, тісно пов'язаних між собою. Вони відрізняються один від одного предметом дослідження, методами та засобами пізнання.
Правильне, наукове уявлення про Землю як небесне тіло з'явилося в Стародавній Греції. Олександрійський астроном Ератосфен у 240 р. до н. дуже точно визначив за спостереженнями Сонця розміри земної кулі. Розвиваються торгівля і мореплавання потребували розробки методів орієнтації, визначенні географічне розташування спостерігача, точному вимірі з астрономічних спостережень. Вирішенням цих завдань почала займатисяпрактична астрономія .
З давніх-давен люди вважали, що Земля - нерухомий об'єкт, навколо якого обертається Сонце і планети. Основоположником такої системи світу –геоцентричної системи світу - Птолемей. У 1530 р. Микола Коперник перевернув уявлення про влаштування Всесвіту. Згідно з його теорією Земля, як і всі планети, обертається навколо Сонця. Систему світу Коперника почали називатигеліоцентричної . Подібний «пристрій» сонячної системи довго не був прийнятий суспільством. Але італійський астроном, фізик, механік Галілео Галілей за допомогою спостережень через найпростіший телескоп виявив зміни фаз Венери, що свідчить про обертання планети навколо Сонця. Йоган Кеплер після тривалих обчислень зумів знайти закони руху планет, які відіграли істотну роль у розвитку уявлень про влаштування Сонячної системи. Розділ астрономії, що вивчає рух небесних тіл, отримав назвунебесної механіки. Небесна механіка дозволила пояснити і попередньо обчислити з дуже високою точністю майже всі рухи, що спостерігаються як у Сонячній системі, так і в Галактиці.
В астрономічних спостереженнях використовувалися дедалі досконаліші телескопи, з допомогою яких було зроблено нові відкриття, причому які стосуються як тіл Сонячної системи, а й світу далеких зірок. У 1655 році Гюйгенс розглянув кільця Сатурна і відкрив його супутник Титан. У 1761 р. Михайло Васильович Ломоносов відкрив атмосферу у Венери та провів дослідження комет. Беручи за зразок Землю, вчені порівнювали її з іншими планетами та супутниками. Так зароджуваласяпорівняльна планетологія.
Величезні та все більші можливості вивчення фізичної природи та хімічного складу зірок надало відкриття спектрального аналізу, який уXIXвіці стає основним методом у вивченні фізичної природи небесних тіл. Розділ астрономії, що вивчає фізичні явища та хімічні процеси, що відбуваються в небесних тілах, їх системах та у космічному просторі, називаєтьсяастрофізикою .
Подальший розвиток астрономії пов'язані з удосконаленням техніки спостережень. Великих успіхів досягнуто у створенні нових типів приймачів випромінювання. Фотоелектронні помножувачі, електронно-оптичні перетворювачі, методи електронної фотографії та телебачення підвищили точність та чутливість фотометричних спостережень та ще більш розширили спектральний діапазон випромінювань, що реєструються. Став доступним спостережень світ далеких галактик, що знаходяться на відстані мільярдів світлових років. Виникли нові напрями астрономії:зіркова астрономія, космологія та космогонія.
Часом зародження зоряної астрономії прийнято вважати 1837-1839 рр., коли незалежно друг від друга у Росії, Німеччини та Англії було отримано перші результати у визначенні відстаней до зірок.Зоряна астрономія вивчає закономірності у просторовому розподілі та русі зірок у нашій зірковій системі - Галактиці, досліджує властивості та розподіл інших зіркових систем.
Космологія – розділ астрономії, що вивчає походження, будову та еволюцію Всесвіту як єдиного цілого. Висновки космології ґрунтуються на законах фізики та даних спостережної астрономії, а також на всій системі знань певної доби. Інтенсивно цей розділ астрономії став розвиватися у першій половині ХХ ст., після розробки загальної теорії відносності Альбертом Ейнштейном.
Космогонія – розділ астрономії, що вивчає походження та розвиток небесних тіл та систем. Оскільки всі небесні тіла виникають і розвиваються, ідеї про їхню еволюцію тісно пов'язані з уявленнями про природу цих тіл взагалі. При дослідженні зірок та галактик використовуються результати спостережень багатьох подібних об'єктів, що виникають у різний час та знаходяться на різних стадіях розвитку. У сучасній космогонії широко застосовуються закони фізики та хімії.
Структура та масштаби Всесвіту
Перегляд відеофільму «Планети»
Запуск відеофільму проводиться шляхом натискання на ілюстрацію
Значення астрономії
Астрономія та її методи мають велике значенняв житті сучасного суспільства. Питання, пов'язані з виміром часу та забезпеченням людства знанням точного часу, вирішуються тепер спеціальними лабораторіями – службами часу, організованими, як правило, при астрономічних установах.
Астрономічні методи орієнтування поряд з іншими, як і раніше, широко застосовуються в мореплаванні і в авіації, а в останні роки - і в космонавтиці. Обчислення та складання календаря, який широко застосовується у народному господарстві, також ґрунтуються на астрономічних знаннях.
Складання географічних та топографічних карт, Перед обчисленням настань морських припливів і відливів, визначення сили тяжіння в різних точках земної поверхні з метою виявлення покладів корисних копалин - все це в своїй основі має астрономічні методи.
Закріплення нового матеріалу
Дайте відповідь на питання:
Що вивчає астрономія?
Які завдання вирішує астрономія?
Як виникла наука астрономії? Охарактеризуйте основні періоди розвитку.
З яких розділів складається астрономія? Коротко охарактеризуйте кожен із них.
Яким є значення астрономії для практичної діяльності людства?
Проект «Дерево розвитку астрономії»
Ця найдавніша наука виникла, щоб допомагати людині орієнтуватися в часі та просторі (календарі, географічні карти, навігаційні прилади створювалися на основі астрономічних знань), а також прогнозувати різні природні явища, так чи інакше пов'язані з переміщенням небесних тіл. Сучасна астрономіявключає кілька розділів.
Сферична астрономіяза допомогою математичних методів вивчає видиме розташування та рух Сонця, Місяця, зірок, планет, супутників, у тому числі штучних тілна небесній сфері. Із цим розділом астрономії пов'язана розробка теоретичних засад рахунку часу.
Практична астрономіяявляє собою знання про астрономічні інструменти та способи визначення з астрономічних спостережень часу, географічних координат та азимутів напрямків. Вона служить суто практичним цілям і залежно від місця застосування (у небі, землі чи море) поділяється на три виду: авіаційну,
геодезичнуі морехідну.
Астрофізикавивчає фізичний стан і хімічний склад небесних тіл та їх систем, міжзоряного та міжгалактичного середовищ та процеси, що відбуваються в них. Будучи розділом астрономії, але у свою чергу ділиться на розділи залежно від об'єкта вивчення: фізика планет, природних супутників планет, Сонця, міжзоряного середовища, зіркових атмосфер, внутрішньої будови та еволюції зірок, міжзоряного середовища тощо.
Небесна механікавивчає рух небесних тіл Сонячної системи, включаючи комети та штучні супутники Землі у їхньому загальному гравітаційному полі. Упорядкування ефемерид теж належить до завдань цього розділу астрономії.
Астрометрія- Розділ астрономії, пов'язаний з вимірюванням координат небесних об'єктів і вивченням обертання Землі.
Зоряна астрономіявивчає зіркові системи (їх скупчення, галактики), їх склад, будову, динаміку, еволюцію.
Позагалактична астрономіявивчає космічні небесні тіла, що знаходяться за межами нашої зіркової системи (Галактики), а саме інші галактики, квазари та інші наддалекі об'єкти.
Космогоніявивчає походження та розвиток космічних тіл та їх систем (Сонячної системи в цілому, а також планет, зірок, галактик).
Космологія- Вчення про космос, що вивчає фізичні властивості Всесвіту в цілому, висновки робляться на основі результатів дослідження тієї її частини, яка доступна для спостереження та вивчення.
Астрологіянічого з перерахованого вище не вивчає і більшість астрономічних знань для астролога абсолютно марні. Астроному так само немає потреби розбиратися в астрології, а тим більше вступати в дискусії на цю тему, що лежить поза його інтересами та компетенцією. Проте на астрологічному сайті астрономії місце знайшлося. Буде тут той необхідний мінімум астрономічних відомостей, без яких астрологу не обійтися і все, що може бути цікаве будь-якій людині, яка цікавиться астрологією.
Ще в дитинстві, будучи цікавою дитиною, я мріяв стати космонавтом. І, звичайно, коли я виріс, мій інтерес був звернений до зірок. Поступово читаючи книги з астрономії та фізики, поволі вивчав ази. Паралельно читання книг, опановував карту зоряного неба. Т.к. я виріс у селищі, то у мене був достатньо хороший оглядзоряне небо. Зараз у вільний час продовжую читати книги, публікації та намагаюся стежити за сучасними досягненнями науки у цій галузі знань. Надалі хотілося б придбати власний телескоп.
Астрономія - наука про рух, будову та розвиток небесних тіл та їх систем, аж до Всесвіту в цілому.
Людина, за своєю суттю, має надзвичайну цікавість, яка веде її до вивчення навколишнього світу, тому астрономія поступово зароджувалась у всіх куточках світу, де жили люди.
Астрономічна діяльність простежується у джерелах принаймні з VI-IV тис. до н. е., а найбільш ранні згадки назв світил зустрічаються в "Текстах пірамід", що датуються XXV-XXIII ст. до зв. е. - Релігійному пам'ятнику. Окремі особливості мегалітичних споруд і навіть наскельних малюнків первісних людей тлумачаться як астрономічні. У фольклорі також багато подібних мотивів.
Малюнок 1 – Небесний диск з Небри
Отже, одними з перших "астрономів" можна назвати шумер та вавилонян. Жерці-вавилоняни залишили безліч астрономічних таблиць. Вони ж виділили основні сузір'я та зодіак, ввели поділ повного кута на 360 градусів, розвинули тригонометрію. У II тис. до зв. е. у шумерів з'явився місячний календар, удосконалений I тис. до зв. е. Рік складався з 12 синодичних місяців - шість по 29 днів та шість по 30 днів, всього 354 дні. Опрацювавши свої таблиці спостережень, жерці відкрили багато законів руху планет, Місяця та Сонця, змогли передбачати затемнення. Ймовірно, саме у Вавилоні з'явився семиденний тиждень (щодня був присвячений одному з 7 світил). Але свій календар був не тільки у шумера, в Єгипті був створений свій "сотичний" календар. Сотичний рік - це період між двома геліакічними сходами Сіріуса, тобто він збігався із сидеричним роком, а громадянський рік складався з 12 місяців по 30 днів плюс п'ять додаткових діб, всього 365 днів. Використовувався Єгипті і місячний календар з метоновим циклом, узгоджений з цивільним. Пізніше під впливом Вавилону з'явився семиденний тиждень. Доба ділилася на 24 години, які спочатку були нерівними (окремо для світлого та темного часу доби), але наприкінці IV століття до н. е. придбали сучасний вигляд. Єгиптяни також поділяли небо на сузір'я. Свідченням цього можуть бути згадки в текстах, а також малюнки на стелях храмів та гробниць.
З країн Східної Азії найбільшого розвитку давня астрономія отримала в Китаї. У Китаї було дві посади придворних астрономів. Приблизно VI столітті до зв. е. китайці уточнили тривалість сонячного року (365,25 днів). Відповідно небесне коло ділили на 365,25 градусів чи 28 сузір'їв (по руху Місяця). Обсерваторії з'явилися торік у XII столітті до зв. е. Але вже раніше китайські астрономи старанно реєстрували всі незвичайні події на небі. Перший запис про появу комети відноситься до 631 р. до н. е., про місячне затемнення - до 1137 до н. е.., про сонячне - до 1328 до н. е., перший метеорний потік описаний 687 р. до н. е. З інших досягнень китайської астрономії варто відзначити правильне пояснення причин сонячних і місячних затемнень, відкриття нерівномірності руху Місяця, вимір сидеричного періоду спочатку для Юпітера, а з III століття до н. е. - і для всіх інших планет, як сидеричні, так і синодичні, з точністю. Календарів у Китаї було багато. До VI століття до зв. е. було відкрито метонов цикл і утвердився місячно-сонячний календар. Початок року - день зимового сонцестояння, початок місяця - молодик. Доба ділилася на 12 годин (назви яких використовувалися як назви місяців) або на 100 частин.
Паралельно Китаю, на протилежному боці землі, цивілізація майя поспішає опановувати астрономічні знання, що доводять численні археологічні розкопкина місцях міст цієї цивілізації. Стародавні астрономи майя вміли пророкувати затемнення, і дуже ретельно спостерігали за різними, найбільш добре видимими астрономічними об'єктами, такими як Плеяди, Меркурій, Венера, Марс та Юпітер. Залишки міст та храмів-обсерваторій виглядають вражаюче. На жаль, збереглися лише 4 рукописи різного вікута тексти на стелах. Майя з великою точністю визначили синодичні періоди всіх 5 планет (особливо вважалася Венера), вигадали дуже точний календар. Місяць майя містив 20 днів, а тиждень – 13. Астрономія розвивалася також і в Індії, хоч і не мала там великого успіху. У інків - астрономія безпосередньо пов'язана з космологією та міфологією, це знайшло відображення у багатьох легендах. Інки знали різницю між зірками і планетами. У Європі було гірше, але друїди кельтських племен безперечно мали якісь астрономічні знання.
На ранніх етапах свого розвитку астрономія була ґрунтовно перемішана з астрологією. Ставлення вчених до астрології у минулому було суперечливим. Освічені люди загалом завжди скептично ставилися до натальної астрології. Але віра у загальну гармонію та пошук зв'язків у природі стимулювали розвиток науки. Тому природний інтерес давніх мислителів викликала натуральна астрологія, яка встановила емпіричну зв'язок між небесними явищами календарного характеру та прикметами погоди, врожаю, термінами господарських робіт. Астрологія веде своє походження від шумеро-вавилонських астральних міфів, в яких небесні тіла (Сонце, Місяць, планети) та сузір'я були асоційовані з богами та міфологічними персонажами, вплив богів на земне життя в рамках цієї міфології трансформувався у вплив на життя небесних тіл – символів божеств. Вавилонська астрологія була запозичена греками і, потім, у ході контактів з світом еллінізму, проникла в Індію. Остаточне виділення наукової астрономії відбулося в епоху Відродження і тривало тривалий час.
Становлення астрономії як науки, мабуть, слід зарахувати ще давніх греків, т.к. вони зробили величезний внесок у розвиток науки. У працях давньогрецьких вчених перебувають витоки багатьох ідей, які у основі науки нового часу. Між сучасною та давньогрецькою астрономією існує відношення прямої спадкоємності, тоді як наука інших стародавніх цивілізацій вплинула на сучасну лише за посередництва греків.
У Стародавню Грецію астрономія була однією з найрозвиненіших наук. Для пояснення видимих рухів планет грецькі астрономи, найбільший із них Гіппарх (II ст. до н.е.), створили геометричну теорію епіциклів, яка лягла в основу геоцентричної системи світу Птолемея (II ст. н.е.). Будучи принципово невірною, система Птолемея проте дозволяла передраховувати наближені положення планет на небі і тому задовольняла, певною мірою, практичним запитам протягом кількох століть.
Системою світу Птолемея завершується етап розвитку давньогрецької астрономії. Розвиток феодалізму та поширення християнської релігії спричинили значний занепад природничих наук, і розвиток астрономії в Європі загальмувався на багато століть. В епоху похмурого середньовіччя астрономи займалися лише спостереженнями видимих рухів планет та узгодженням цих спостережень із прийнятою геоцентричною системою Птолемея.
Раціональний розвиток у цей період астрономія отримала лише в арабів і народів Середньої Азії та Кавказу, у працях видатних астрономів на той час - Аль-Баттані (850-929 рр.), Біруні (973-1048 рр.), Улугбека (1394-1449 рр.) .) та ін. У період виникнення та становлення капіталізму в Європі, який прийшов на зміну феодальному суспільству, почався подальший розвиток астрономії. Особливо швидко вона розвивалася в епоху великих географічних відкриттів(XV-XVI ст.). Народжений новий класБуржуазія була зацікавлена в експлуатації нових земель і споряджала численні експедиції для їх відкриття. Але далекі подорожі через океан вимагали більш точних і простіших методів орієнтування та обчислення часу, ніж ті, які могла забезпечити система Птолемея. Розвиток торгівлі та мореплавання вимагав удосконалення астрономічних знань і, зокрема, теорії руху планет. Розвиток продуктивних сил та вимоги практики, з одного боку, і накопичений спостережний матеріал, - з іншого, підготували ґрунт для революції в астрономії, який і зробив великий польський вчений Микола Коперник (1473-1543), який розробив свою геліоцентричну систему світу, опубліковану на рік його смерті.
Вчення Коперника стало початком нового етапу у розвитку астрономії. Кеплером у 1609-1618 pp. було відкрито закони рухів планет, а 1687 р. Ньютон опублікував закон всесвітнього тяжіння.
Нова астрономія отримала можливість вивчати не лише видимі, а й дійсні рухи небесних тіл. Її численні та блискучі успіхи у цій галузі увінчалися в середині XIX ст. відкриттям планети Нептун, а в наш час – розрахунком орбіт штучних небесних тіл.
Астрономія та її методи мають велике значення у житті сучасного суспільства. Питання, пов'язані з виміром часу та забезпеченням людства знанням точного часу, вирішуються тепер спеціальними лабораторіями – службами часу, організованими, як правило, при астрономічних установах.
Астрономічні методи орієнтування поряд з іншими, як і раніше, широко застосовуються в мореплаванні і в авіації, а в останні роки - і в космонавтиці. Обчислення та складання календаря, який широко застосовується у народному господарстві, також ґрунтуються на астрономічних знаннях.
Малюнок 2 – Гномон - найдавніший кутомірний інструмент
Упорядкування географічних і топографічних карт, передрахування наступів морських припливів і відливів, визначення сили тяжкості у різних точках земної поверхні з виявлення покладів з корисними копалинами - усе це у своїй основі має астрономічні методи.
Дослідження процесів, що відбуваються на різних небесних тілах, дозволяють астрономам вивчати матерію в таких її станах, яких ще не досягнуто в земних лабораторних умовах. Тому астрономія, і зокрема астрофізика, тісно пов'язана з фізикою, хімією, математикою, сприяє розвитку останніх, а вони, як відомо, є основою всієї сучасної техніки. Досить сказати, що питання ролі внутрішньоатомної енергії вперше було поставлено астрофізиками, а найбільше досягнення сучасної техніки - створення штучних небесних тіл (супутників, космічних станцій а кораблів) взагалі було б немислимо без астрономічних знань.
Астрономія має винятково велике значення у боротьбі проти ідеалізму, релігії, містики та попівщини. Її роль у формуванні правильного діалектико-матеріалістичного світогляду величезна, бо саме вона визначає становище Землі, а разом з нею і людину в навколишньому світі, у Всесвіті. Самі спостереження небесних явищ не дають нам підстав безпосередньо виявити їх справжні причини. За відсутності наукових знань це призводить до невірного їхнього пояснення, до забобонів, містики, до обожнювання самих явищ та окремих небесних тіл. Так, наприклад, у давнину Сонце, Місяць та планети вважалися божествами, і їм поклонялися. В основі всіх релігій та всього світогляду лежало уявлення про центральне становище Землі та її нерухомість. Багато забобонів у людей було пов'язано (та й тепер ще не всі звільнилися від них) із сонячними та місячними затемненнями, з появою комет, з явищем метеорів та болідів, падінням метеоритів тощо. Так, наприклад, комети вважалися вісниками різних лих, що осягають людство на Землі (пожежі, епідемії хвороб, війни), метеори брали за душі померлих людей, що відлітають на небо, і т.д.
Астрономія, вивчаючи небесні явища, досліджуючи природу, будову та розвиток небесних тіл, доводить матеріальність Всесвіту, його природний, закономірний розвиток у часі та просторі без втручання будь-яких надприродних сил.
Історія астрономії показує, що вона була і залишається ареною запеклої боротьби матеріалістичного та ідеалістичного світоглядів. Нині багато прості питання і явища не визначають і викликають боротьби цих двох основних світоглядів. Тепер боротьба між матеріалістичною та ідеалістичною філософіями йде в галузі більш складних питань, більш складних проблем. Вона стосується основних поглядів на будову матерії та Всесвіту, на виникнення, розвиток та подальшу долюяк окремих частин, і всього Всесвіту загалом .
Двадцяте століття для астрономії означає щось більше, ніж просто ще сто років. Саме у XX столітті дізналися фізичну природу зірок і розгадали таємницю їхнього народження, вивчили світ галактик та майже повністю відновили історію Всесвіту, відвідали сусідні планети та виявили інші планетні системи.
Вміючи на початку століття вимірювати відстані лише до найближчих зірок, наприкінці сторіччя астрономи "дотяглися" майже до меж Всесвіту. Але досі вимір відстаней залишається хворою на проблему астрономії. Мало "дотягнутися", необхідно точно визначити відстань до найдальших об'єктів; тільки так ми дізнаємося про їхні справжні характеристики, фізичну природу та історію.
Успіхи астрономії у XX ст. були тісно пов'язані з революцією у фізиці. При створенні та перевірці теорії відносності та квантової теорії атома використовувалися астрономічні дані. З іншого боку, прогрес у фізиці збагатив астрономію новими методами та можливостями.
Не секрет, що швидке зростання числа вчених у XX ст. був викликаний потребами техніки, переважно військової. Але астрономія негаразд необхідна у розвиток техніки, як фізика, хімія, геологія. Тому навіть зараз, наприкінці XX ст., професійних астрономів у світі не так вже й багато - всього близько 10 тис. Не пов'язані умовами таємності, астрономи ще на початку століття, 1909 р., об'єдналися в Міжнародний астрономічний союз (MAC), який координує спільне вивчення єдиного всім зоряного неба. Співпраця астрономів різних країн особливо посилилася в останнє десятиліття завдяки комп'ютерним мережам.
Рисунок 3 – Радіотелескопи
Зараз у XXI столітті перед астрономією стоїть безліч завдань, у тому числі таких складних, як вивчення найбільш загальних властивостей Всесвіту, для цього необхідно створення більш загальної фізичної теорії, здатної описувати стан речовини і фізичні процеси. Для вирішення цього завдання потрібні наглядові дані в областях Всесвіту, що знаходяться на відстанях кілька мільярдів світлових років. Сучасні технічні можливості не дозволяють детально досліджувати ці сфери. Тим не менш, це завдання зараз є найбільш актуальним і успішно вирішується астрономами низки країн.
Але цілком можливо, що основну увагу астрономів нового покоління привертатимуть не ці проблеми. У наші дні перші боязкі кроки роблять нейтринна та гравітаційно-хвильова астрономія. Ймовірно, за кілька десятків років саме вони відкриють перед нами нове обличчя Всесвіту.
Одна особливість астрономії залишається незмінною, попри її бурхливий розвиток. Предмет її інтересу - зоряне небо, доступне для милування та вивчення з будь-якого місця Землі. Небо одне для всіх, і кожен за бажання може його вивчати. Навіть зараз, астрономи-аматори роблять помітний внесок у деякі розділи спостережної астрономії. І це приносить не тільки користь науці, а й величезну, ні з чим не порівняти радість їм самим.
Сучасні технологіїдозволяють промоделювати космічні об'єкти та надати дані звичайному користувачеві. Таких програм ще не багато, але їхня кількість зростає і вони постійно вдосконалюються. Ось деякі програми, які будуть цікаві та корисні навіть людям, далеким від астрономії:
1 / 5
✪ Що таке астрономія. Урок астрономії у школі.
✪ Сурдін Володимир - Лекція "Астрономія та інші науки: Всесвіт як велика лабораторія. Частина 1"
✪ Астрономія 1. Що вивчає астрономія. Чому мерехтять зірки - Академія цікавих наук
✪ Сурдін Володимир - Лекція "Астрономія та інші науки: Всесвіт як велика лабораторія. Частина 2"
Астрономія - одна з найдавніших і найстаріших наук. Вона виникла із практичних потреб людства.
З того часу, як на Землі існують люди, їх завжди цікавило те, що вони бачили на небі. Ще в давнину вони помітили взаємозв'язок руху небесних світил по небосхилу і періодичних змін погоди. Астрономія тоді була ґрунтовно перемішана з астрологією.
За розташуванням зірок і сузір'їв первісні хлібороби визначали настання пори року. Кочові племена орієнтувалися по Сонцю та зіркам. Необхідність у літочисленні призвела до створення календаря. Ще доісторичні люди знали про основні явища, пов'язані зі сходом і заходом Сонця, Місяця та деяких зірок. Періодична повторюваність затемнень Сонця та Місяця була відома дуже давно. Серед найдавніших писемних джерел зустрічаються описи астрономічних явищ, а також примітивні розрахункові схеми для передбачення часу сходу та заходу яскравих небесних тіл, методи відліку часу та ведення календаря.
Астрономія успішно розвивалася у Стародавньому Вавилоні, Єгипті, Китаї та Індії. У китайському літописі описується затемнення Сонця, яке відбулося у 3-му тисячолітті до н. е. Теорії, які на основі розвинених арифметики та геометрії пояснювали та передбачали рух Сонця, Місяця та яскравих планет, були створені в країнах Середземномор'я в останні століття дохристиянської ери. Разом з простими, але ефективними приладами вони служили практичним цілям аж до епохи Відродження.
Особливо великого розвитку досягла астрономія у Стародавній Греції. Піфагор вперше дійшов висновку, що Земля має кулясту форму, а Аристарх Самоський висловив припущення, що Земля обертається навколо Сонця. Гіппарх у ІІ. до зв. е. склав один із перших зіркових каталогів. У творі Птолемея «Альмагест», написаному у ІІ. н. е.., викладено геоцентричну “систему” світу, яка була загальноприйнятою протягом майже півтори тисячі років. У середньовіччі астрономія досягла значного розвитку у країнах Сходу. У XV ст. Улугбек збудував поблизу Самарканда обсерваторію з точними на той час інструментами. Тут було складено перший після Гіппарха каталог зірок.
З XVI ст. починається розвиток астрономії у Європі. Нові вимоги висувалися у зв'язку з розвитком торгівлі та мореплавання та зародженням промисловості, сприяли звільненню науки від впливу релігії та призвели до ряду великих відкриттів.
Остаточне виділення наукової астрономії відбулося в епоху Відродження і зайняло довгий час. Але лише винахід телескопа дозволило астрономії розвинутись у сучасну самостійну науку.
Історично астрономія включала астрометрію , навігацію по зірках , спостережну астрономію , створення календарів і навіть астрологію . У наші дні професійна астрономія часто сприймається як синонім астрофізики.
Народження сучасної астрономії пов'язують із відмовою від геоцентричної системи світу Птолемея (II століття) та заміною її геліоцентричною системою Миколи Коперника (середина XVI століття), з початком досліджень небесних тіл за допомогою телескопа (Галілей, початок XVII століття) та відкриттям закону всесвітнього тяжіння (Ісаак) Ньютон, кінець XVII століття). XVIII-XIX століття були для астрономії періодом накопичення відомостей і знань про Сонячну систему, нашу Галактику та фізичну природу зірок, Сонця, планет та інших космічних тіл.
Науково-технічна революція XX століття мала надзвичайно великий вплив на розвиток астрономії та особливо астрофізики.
Поява великих оптичних телескопів, створення радіотелескопів з високою роздільною здатністю та здійснення систематичних спостережень призвели до відкриття, що Сонце входить до складу величезної дископодібної системи, що складається з багатьох мільярдів зірок-галактики. На початку XX століття астрономи виявили, що ця система є однією з мільйонів подібних до неї галактик.
Відкриття інших галактик стало поштовхом у розвиток позагалактичної астрономії. Дослідження спектрів галактик дозволило Едвіну-Хабблу в 1929 році виявити явище «розбігання-галактик», яке згодом отримало пояснення на основі загального розширення Всесвіту.
Застосування ракет та штучних супутників Землі для позаатмосферних астрономічних спостережень призвели до відкриття нових видів космічних тіл: радіогалактик, квазарів, пульсарів, джерел рентгенівського випромінювання і т. д. Були розроблені основи теорії еволюції зірок та космогонії Сонячної системи. Досягненням астрофізики XX століття стала релятивістська космологія – теорія еволюції Всесвіту.
Сучасна астрономія ділиться ряд розділів, які тісно пов'язані між собою, тому поділ астрономії певною мірою умовно. Найголовнішими розділами астрономії є:
Ці три розділи переважно вирішують перше завдання астрономії (дослідження руху небесних тіл), і їх часто називають класичною астрономією.
Ряд розділів астрофізики виділяється за специфічними методами дослідження.
У цих розділах переважно вирішуються питання другого завдання астрономії (будівля небесних тіл).
На підставі всіх отриманих знань про небесні тіла останні два розділи астрономії вирішують її третє завдання (походження та еволюція небесних тіл).
Курс загальної астрономії містить систематичний виклад відомостей про основні методи та найголовніші результати, отримані різними розділами астрономії.
Одним з нових, що сформувалися тільки в другій половині XX-століття, напрямів є археоастрономія, яка вивчає астрономічні пізнання стародавніх людей і допомагає датувати стародавні споруди, виходячи з явища прецесії Землі.
Майже всі елементи, важчі за водень і гелій, утворюються в зірках.
Основними завданнями астрономіїє:
Вирішення цих завдань вимагає створення ефективних методів дослідження – як теоретичних, так і практичних. Перше завдання вирішується шляхом тривалих спостережень, розпочатих ще в давнину, а також на основі законів механіки, відомих вже близько 300 років. Тому в цій галузі астрономії ми маємо в своєму розпорядженні найбільш багату інформацію, особливо для порівняно близьких до Землі небесних тіл: Місяця, Сонця, планет, астероїдів і т.д.
Вирішення другого завдання стало можливим у зв'язку з появою спектрального аналізу та фотографії. Вивчення фізичних властивостей небесних тіл почалося у другій половині XIX-століття, а основних проблем - лише в останні роки.
Третє завдання вимагає накопичення матеріалу, що спостерігається. В даний час таких даних ще недостатньо для точного опису процесу походження та розвитку небесних тіл та їх систем. Тому знання у цій галузі обмежуються лише загальними міркуваннями та поруч більш менш правдоподібних гіпотез.
Четверте завдання є наймасштабнішим і найскладнішим. Практика показує, що для її вирішення недостатньо існуючих фізичних теорій. Необхідно створення більш загальної фізичної теорії, здатної описувати стан речовини та фізичні процеси при граничних значеннях щільності, температури, тиску. Для вирішення цього завдання потрібні наглядові дані в областях Всесвіту, що знаходяться на відстанях кілька мільярдів світлових років. Сучасні технічні можливості не дозволяють детально досліджувати ці сфери. Тим не менш, це завдання зараз є найбільш актуальним і успішно вирішується астрономами ряду країн, у тому числі й Росії.
У XX столітті астрономія розділилася на дві основні гілки:
Ці дві гілки доповнюють один одного: теоретична астрономія шукає пояснення результатів спостережень, а спостережна астрономія дає матеріал для теоретичних висновків та гіпотез та можливість їх перевірки.
Більша частина астрономічних спостережень - це реєстрація та аналіз видимого світла та іншого електромагнітного випромінювання. Астрономічні спостереження можуть бути розділені відповідно до галузі електромагнітного спектра, в якій проводяться вимірювання. Деякі частини спектру можна спостерігати із Землі (тобто її поверхні), інші спостереження ведуться тільки великих висотах чи космосі (у космічних апаратах на орбіті Землі). Детальнішу інформацію про ці групи досліджень наведено нижче.
Оптична астрономія (яку ще називають астрономією видимого світла) - найдавніша форма дослідження космосу. Спочатку спостереження замальовували від руки. Наприкінці XIX століття і більшу частину XX століття дослідження здійснювалися за фотографіями. Зараз зображення отримують цифровими детекторами, зокрема детекторами на основі приладів з зарядовим зв'язком (ПЗС). Хоча видиме світло охоплює діапазон приблизно від 4000 до 7000 (400-700 нанометрів), обладнання, що застосовується в цьому діапазоні, дозволяє досліджувати ближній ультрафіолетовий та інфрачервоний діапазон.
Інфрачервона астрономія стосується реєстрації та аналізу інфрачервоного випромінювання небесних тіл. Хоча довжина його хвилі близька до довжини хвилі видимого світла, інфрачервоне випромінювання поглинається атмосферою, крім того, в цьому діапазоні сильно випромінює атмосфера Землі. Тому обсерваторії вивчення інфрачервоного випромінювання повинні бути розташовані на високих і сухих місцях або в космосі. Інфрачервоний спектр корисний для вивчення об'єктів, які надто холодні, щоб випромінювати видиме світло (наприклад, планети та газопилові диски навколо зірок). Інфрачервоні промені можуть проходити через хмари пилу, що поглинають видиме світло, що дозволяє спостерігати молоді зірки в молекулярних хмарах та ядрах галактик. Деякі молекули потужно випромінюють інфрачервоному діапазоні, і це дає можливість вивчати хімічний склад астрономічних об'єктів (наприклад, знаходити воду в кометах) .
Ультрафіолетова астрономія має справу з довжинами хвиль приблизно від 100 до 3200 Ǻ (10-320 нанометрів). Світло цих довжинах хвиль поглинається атмосферою Землі, тому дослідження цього діапазону виконують з верхніх шарів атмосфери чи з космосу. Ультрафіолетова астрономія найкраще підходить для вивчення гарячих зірок (класів O і B), оскільки основна частина випромінювання припадає саме на цей діапазон. Сюди відносяться дослідження блакитних зірок в інших галактиках та планетарних туманностей, залишків наднових, активних галактичних ядер. Однак ультрафіолетове випромінювання легко поглинається міжзоряним пилом, тому результати вимірювань слід вносити поправку на неї.
Радіоастрономія - це дослідження випромінювання з довжиною хвилі, більшою за один міліметр (приблизно). Радіоастрономія відрізняється від більшості інших видів астрономічних спостережень тим, що радіохвилі, що досліджуються, можна розглядати саме як хвилі, а не як окремі фотони. Отже, можна виміряти як амплітуду, і фазу радіохвилі, а коротких хвиль це легко зробити .
Хоча деякі радіохвилі випромінюються астрономічними об'єктами у вигляді теплового випромінювання, більшість радіовипромінювання, що спостерігається із Землі, є за походженням синхротронним випромінюванням, яке виникає, коли електрони рухаються в магнітному полі. Крім того, деякі спектральні лінії утворюються міжзоряним газом, зокрема, спектральна лінія нейтрального водню довжиною 21 см .
У радіодіапазоні спостерігається широке розмаїття космічних об'єктів, зокрема наднові зірки, міжзоряний газ, пульсари та активні ядра галактик.
Рентгенівська астрономія вивчає астрономічні об'єкти у рентгенівському діапазоні. Зазвичай об'єкти випромінюють рентгенівське випромінювання завдяки:
Гамма-астрономія – це дослідження самого короткохвильового випромінювання астрономічних об'єктів. Гамма-промені можуть спостерігатися безпосередньо (такими супутниками, як Телескоп-Комптон) або опосередковано (спеціалізованими телескопами, які називаються атмосферні телескопи Черенкова). Ці телескопи фіксують спалахи видимого світла, що утворюються при поглинанні гамма-променів атмосферою Землі внаслідок різних фізичних процесів на кшталт ефекту Комптону, а також черенківського випромінювання.
Більшість джерел гамма-випромінювання - це гамма-сплески, які випромінюють гамма-промені всього від кількох мілісекунд до тисячі секунд. Тільки 10% джерел гамма-випромінювання активні тривалий час. Це, зокрема, пульсари, нейтронні зірки та кандидати у чорні дірки в активних галактичних ядрах.
З Землі спостерігається як електромагнітне випромінювання, а й інші типи випромінювання.
Новим напрямком у різновиді методів астрономії може стати гравітаційно-хвильова астрономія, яка прагне використовувати детектори гравітаційних хвиль для спостереження компактних об'єктів. Декілька обсерваторій вже побудовано, наприклад, лазерний інтерферометр гравітаційної обсерваторії LIGO. Вперше гравітаційні хвилі були виявлені в 2015 році.
Планетарна астрономія займається не лише наземними спостереженнями небесних тіл, а й їх безпосереднім вивченням за допомогою космічних апаратів, у тому числі зразки речовини, що доставили на Землю. Крім того, багато апаратів збирають різну інформацію на орбіті або на поверхні небесних тіл, а деякі проводять там різні експерименти.
Астрометрія – один із найстаріших підрозділів астрономії. Вона вимірює положення небесних об'єктів. Точні дані про розташування Сонця, Місяця, планет та зірок колись відігравали надзвичайно важливу роль у навігації. Ретельні виміри становища планет призвели до глибокого розуміння гравітаційних обурень, що дозволило з високою точністю розраховувати їхнє минуле розташування та передбачати майбутнє. Ця галузь відома як небесна механіка. Зараз відстеження навколоземних об'єктів дозволяє прогнозувати зближення з ними, а також можливі зіткнення різних об'єктів із Землею.
Вимірювання паралаксів найближчих зірок - фундамент визначення відстаней у далекому космосі і виміру масштабів Всесвіту. Ці виміри забезпечили основу визначення властивостей віддалених зірок; властивості можуть бути зіставлені із сусідніми зірками. Вимірювання променевих швидкостей та власних рухів небесних тіл дозволяє досліджувати кінематику цих систем у нашій галактиці. Астрометричні результати можуть використовуватись для вимірювання розподілу темної матерії в галактиці.
У 1990-х роках астрометричні методи виміру зіркових коливань були застосовані для виявлення великих позасонячних планет (планет на орбітах сусідніх зірок).
Дослідження за допомогою космічної техніки займають особливе місце серед методів вивчення небесних тіл та космічного середовища. Початок було покладено запуском у СРСР 1957 року першого у світі штучного супутника Землі. Космічні апарати дозволили проводити дослідження у всіх діапазонах довжин хвиль електромагнітного випромінювання. Тому сучасну астрономію часто називають всехвильовою. Позаатмосферні спостереження дозволяють приймати в космосі випромінювання, які поглинає або дуже змінює земна атмосфера: радіовипромінювання деяких довжин хвиль, що не доходять до Землі, а також корпускулярні випромінювання Сонця та інших тіл. Дослідження цих раніше недоступних видів випромінювання зірок і туманностей, міжпланетного та міжзоряного середовища дуже збагатило наші знання про фізичні процеси Всесвіту. Зокрема, було відкрито невідомі раніше джерела рентгенівського випромінювання – рентгенівські пульсари. Багато інформації про природу віддалених від нас тіл та їх систем також отримано завдяки дослідженням, які виконані за допомогою спектрографів, встановлених на різних космічних апаратах.
Багатоканальна астрономія використовує одночасний прийом електромагнітного випромінювання, гравітаційних хвиль і елементарних частинок, що випускаються тим самим космічним об'єктом або явищем, для його вивчення.
Астрономи-теоретики використовують широкий спектр інструментів, які включають аналітичні моделі (наприклад, політропи для наближеної поведінки зірок) та чисельне моделювання. Кожен із методів має свої переваги. Аналітична модель процесу, як правило, краще дає зрозуміти суть того, чому це відбувається. Численні моделі можуть свідчити про наявність явищ та ефектів, яких, ймовірно, інакше не було б видно.
Теоретики в галузі астрономії прагнуть створювати теоретичні моделі та з'ясувати у дослідженнях наслідки цих моделювань. Це дозволяє спостерігачам шукати дані, які можуть спростувати модель чи допомагає у виборі між кількома альтернативними чи суперечливими моделями. Теоретики також експериментують у створенні чи видозміні моделі з урахуванням нових даних. У разі невідповідності загальна тенденція полягає у спробі досягти корекції результату мінімальними змінами моделі. У деяких випадках велика кількість суперечливих даних може призвести до повної відмови від моделі.
Теми, які вивчають теоретичні астрономи: зіркова динаміка та еволюція галактик, великомасштабна структура Всесвіту, походження космічних променів, загальна теорія відносності та фізична космологія, зокрема космологія струн та астрофізика елементарних частинок. Теорія відносності важлива вивчення великомасштабних структур, котрим гравітація грає значної ролі у фізичних явищах. Це основа досліджень чорних дірок та гравітаційних хвиль. Деякі широко прийняті та вивчені теорії та моделі в астрономії, тепер включені в модель Лямбда-CDM , - Великий Вибух, розширення космосу, темна матеріята фундаментальні фізичні теорії.
Астрономія - одна з наук, де внесок любителів може бути значним. Загальний обсяг аматорських спостережень більший, ніж професійних, хоча технічні можливості аматорів набагато менші. Іноді вони самостійно будують собі обладнання (як і 2 століття тому). Нарешті більшість учених вийшли саме із цього середовища. Головні об'єкти спостережень астрономів-аматорів - Місяць, планети, зірки, комети, метеорні потоки та різні об'єкти глибокого космосу, а саме: зоряні скупчення, галактики та туманності. Одна з гілок аматорської астрономії, аматорська астрофотографія, є фотографуванням ділянок нічного неба. Багато любителів спеціалізуються за окремими об'єктами, типами об'єктів або типами подій.
Астрономи-аматори і зараз продовжують робити внесок у цю науку. Це одна з небагатьох дисциплін, де їхній внесок може бути значним. Досить часто вони спостерігають покриття астероїдами зірок і ці дані використовуються для уточнення орбіт астероїдів. Іноді любителі знаходять комети, а багато хто з них регулярно спостерігає змінні зірки. А досягнення в галузі цифрових технологій дозволили любителям досягти вражаючого прогресу в галузі астрофотографії.
З 2008 по 2017 роки астрономія не викладалася у школах Росії у вигляді окремого предмета. Згідно з опитуваннями ВЦВГД в 2007 році 29% росіян вважали, що не Земля обертається навколо Сонця, а навпаки - Сонце обертається навколо Землі, а в 2011 році вже 33% росіян дотримувалися цієї точки зору.
| Портал «Астрономія» | |
| Астрономіяу Вікисловарі | |
| Астрономіяу Вікіпідручнику | |
| у Вікітеку | |
| Астрономіяна Вікіскладі | |
| Астрономіяу Вікіновостях |
