Науки связанные с астрономией. §1

Разрабатывает способы наблюдения, методы их обработки и теорию астрономических приборов.

Разработка теоретических методов техники измерений на небесной сфере и способы их математической обработки;

Служба времени;

Календарь;

Построение инерциальной системы координат.

Схема 3. Структура и области исследования астрометрии

Небесная механика

Наука о пространственном движении небесных тел и их систем под действием сил взаимного тяготения и иной физической природы.

Фигуры и устойчивость небесных тел

Вычисление видимых положений (эфемерид), определение орбит небесных тел

Предвычисление видимых положений небесных тел.

Схема 4. Области исследования небесной механики

В настоящее время разрабатываются новые способы определения орбит, основанные на радиотехнических измерениях и лазерной локации.

Новая отрасль небесной механики – динамика космического полета.

Звездная астрономия - Занимается исследованием движения и распределения в пространстве звезд, газопылевых туманностей и звездных систем, их структурной эволюцией, проблемой устойчивости.

Внегалактическая астрономия – раздел звездной астрономии, занимающийся исследованием свойств и распределение звездных систем – галактик, находящихся за пределами нашей Галактики.

Смежные науки:

физика; химия; математика; биология; история; геология.

Методы астрономии:

наблюдения с Земли;

исследования с помощью космических аппаратов.

Источники информации:

электромагнитные волны различных диапазонов, испускаемые или отражаемые небесными телами; - спектральный анализ;

космические лучи (частицы высоких энергий);

небесные тела, падающие на Землю.

Астрофизика

Изучает физическое состояние и процессы, происходящие на поверхности и в недрах небесных тел, их химический состав, свойства среды между небесными телами и т.п.

Практическая

астрофизика

Теоретическая

астрофизика

разрабатывает: способы астрофизических наблюдений и их обработки;теорию и практическое применение астрофизических инструментов.

объясняет происходящие на небесных телах физические процессы и наблюдаемые явления на основе теоретическойфизики

Разделы астрофизики: инфракрасная;рентгеновская;гамма – астрономия;нейтринная астрономия.

Схема 5. Структура и области исследования астрофизики

Космогония

Разрабатывает проблему происхождения и эволюции небесных тел и их систем, в частности проблему происхождения Солнечной системы и звездообразования.

Правильное решение этой проблемы имеет существенное значение для понимания современных геофизических и геологических процессов, происходящих в недрах Земли.

Космология

Изучает Вселенную как единое целое, ее геометрическую структуру, эволюцию и происхождение всех ее объектов.

Космология опирается на:

данные астрофизики и звездной астрономии;

общие законы физики: общую теорию относительности, физику элементарных частиц, электродинамику и другие фундаментальные физические теории.

Космология – наиболее интенсивно развивающийся в настоящее время раздел астрономии.

Значение астрономии:

Теоретическое:

вклад в познание естественно – научной картины мира;

понимание действия известных физических законов в масштабах Вселенной;

развитие естественных наук, углубление понимания существующих и создание новых фундаментальных теорий.

Мировоззренческое:

формирование правильного взгляда на окружающий мир и место человека в нем.

Народнохозяйственное:

служба времени; - календарь;

астрономические методы в авиации, мореплавании, космонавтике;

составление географических и топографических карт;

предвычисление наступления морских приливов и отливов;

обнаружение залежей полезных ископаемых по силе тяжести;

использование достижений астрономии в народном хозяйстве.

Контрольные вопросы:

Что изучает астрономия?

Что изучают планетная астрономия и небесная механика?

Чем различаются космогония и космология?

Какова роль астрономии при запусках космических спутников Земли?

Почему астрономию называют пассивной наукой, и продолжится ли это в будущем?

6. Какова структура состоит Вселенная?

Развитие астрономии в разные периоды и в различных странах.

Электромагнитные волны: механизмы генерации и регистрация.

Астрономия - наука, которая изучает движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Нагроможденные ею знания применяются для практических потребностей человечества.

Астрономия есть одной из найстародавніших наук, она возникшая на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения уже тысячи лет тому имели народы Вавілону, Египту, Китаю и применяли их для измерения времени и ориентирование за сторонами горизонта.

І в наше время астрономию используют для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследовать и осваивать космическое пространство, развивать космонавтику и изучать нашу планету из космоса. Однако этим далеко не исчерпываются задача, которые она решает.

Наша Земля - часть Вселенной. Месяц и Солнце спричиняють на ней приплыви и отплыви. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния разных космических тел на Землю также изучает астрономия.

Курс астрономии завершает физико-математическое и естественно-научное образование, которое вы приобретаете в школе.

Современная астрономия тесно связана с математикой и физикой, биологией и химией, географией, геологией и космонавтикой. Используя достижение других наук, она в свою очередь обогащает их, стимулирует развитие, выдвигая перед ними все новые задачи.

Изучая астрономию, следует обращать внимание на то, какие сведения являются достоверными фактами, а которые - научными предположениями, которые со временем могут измениться.

Астрономия изучает в космосе вещество в таких станах и масштабах, которые нельзя создать в лабораториях, и этим расширяет физическую картину мира, наши представления о материи. Все это важно для развития диалектико-материалистического представления о природе.

Заведомо определяя наступление затемнений Солнца и Луны, появление комет, показывая возможность естественно-научного объяснения происхождения и эволюции Земли и других небесных тел, астрономия подтверждает, что границы человеческому познанию нет.

В прошлом столетии один из философов-идеалистов, доказывая ограниченность человеческого познания, твердил, что, хотя люди и сумели измерить расстояния к некоторым светилам, они никогда не смогут определить химический состав звезд. Тем не менее в скором времени было открыто спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер зрение, а и определили их температуру. Несостоятельными оказались и много других попыток установить границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру месячной поверхности, потом измерили ее из Земли с помощью термоэлемента и радіометодів, со временем эти данные были подтверждены приборами автоматических станций, которые их создали и послали на Луну люди.

Масштабы Вселенной.

Вы уже знаете, что естественный спутник Земли - Луна - есть ближайшим к нам небесным телом, что наша планета вместе с другими большими и малыми планетами входит в состав Солнечной системы, что все планеты оборачиваются вокруг Солнца. В свою очередь Солнце, как и все видимые на небе звезды, входит в состав нашей звездной системы - Галактики. Размеры Галактики настолько большие, что даже свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит расстояние от одного ее края к другому за сто тысяч лет. Таких галактик во Вселенной множество, но они очень далеко, и мы невооруженным глазом можем видеть лишь одну из них - туманность Андромеды.

Расстояния между отдельными галактиками обычно у десятки раз превышают их размеры.

Зори является найпоширенішим типом небесных тел во Вселенной, а галактики и их сосредоточение - его основными структурными единицами. Пространство между звездами в галактиках и между галактиками заполненный очень разреженной материей в виде газа, пыли, элементарных частичек, электромагнитного излучения, гравитационных и магнитных полив.

Изучая законы движения, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем, астрономия дает нам представление о строении и развитии Вселенной в целом.

Астрономия является одной из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI-III тысячелетия до н. э.). Астрономия изучает движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Человека всегда интересовал вопрос о том, как устроен окружающий мир и какое место он в нем занимает. У большинства народов еще на заре цивилизации были сложены особые - космологические мифы, повествующие о том, как из первоначального хаоса постепенно возникает космос (порядок), появляется все, что окружает человека: небо и земля, горы, моря и реки, растения и животные, а также сам человек.

На протяжении тысячелетий шло постепенное накопление сведений о явлениях, которые происходили на небе. Оказалось, что периодическим изменениям в земной природе сопутствуют изменения вида звездного неба и видимого движения Солнца. Высчитать наступление определенного времени года было необходимо для того, чтобы в срок провести те или иные сельскохозяйственные работы: посев, полив, уборку урожая.

Но это можно было сделать лишь при использовании календаря, составленного по многолетним наблюдениям положения и движения Солнца и Луны. Так необходимость регулярных наблюдений за небесными светилами была обусловлена практическими потребностями счета времени. Строгая периодичность, свойственная движению небесных светил, лежит в основе основных единиц счета времени, которые используются до сих пор, - сутки, месяц, год. Простое созерцание происходящих явлений и их наивное толкование постепенно сменялись попытками научного объяснения причин наблюдаемых явлений. Когда в Древней Греции (VI в. до н. э.) началось бурное развитие философии как науки о природе, астрономические знания стали неотъемлемой частью человеческой культуры.

Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию. С самых древних времен развитие астрономии и математики было тесно связано между собой. Вы знаете, что в переводе с греческого название одного из разделов математики - геометрии - означает «землемерие». Первые измерения радиуса земного шара были проведены еще в III в. до н. э. на основе астрономических наблюдений за высотой Солнца в полдень. Необычное, но ставшее привычным деление окружности на 360° имеет астрономическое происхождение: оно возникло тогда, когда считалось, что продолжительность года равна 360 суткам, а Солнце в своем движении вокруг Земли каждые сутки делает один шаг - градус.

Астрономические наблюдения издавна позволяли людям ориентироваться в незнакомой местности и на море. Развитие астрономических методов определения координат в XV-XVII вв. в немалой степени было обусловлено развитием мореплавания и поисками новых торговых путей. Составление географических карт, уточнение формы и размеров Земли на долгое время стало одной из главных задач, которые решала практическая астрономия. Искусство прокладывать путь по наблюдениям за небесными светилами, получившее название навигация, используется теперь не только в мореходном деле и авиации, но и в космонавтике. Астрономические наблюдения за движением небесных тел и необходимость заранее вычислять их расположение сыграли важную роль в развитии не только математики, но и очень важного для практической деятельности человека раздела физики - механики. Выросшие из единой когда-то науки о природе - философии - астрономия, математика и физика никогда не теряли тесной связи между собой.

Взаимосвязь этих наук нашла непосредственное отражение в деятельности многих ученых. Далеко не случайно, например, что Галилео Галилей и Исаак Ньютон известны своими работами и по физике, и по астрономии. К тому же Ньютон является одним из создателей дифференциального и интегрального исчислений. Сформулированный им же в конце XVII в. закон всемирного тяготения открыл возможность применения этих математических методов для изучения движения планет и других тел Солнечной системы. Постоянное совершенствование способов расчета на протяжении XVIII в. вывело эту часть астрономии - небесную механику - на первый план среди других наук той эпохи. Вопрос о положении Земли во Вселенной, о том, неподвижна она или движется вокруг Солнца, в XVI-XVII вв. приобрел важное значение как для астрономии, так и для миропонимания.

Гелиоцентрическое учение Николая Коперника явилось не только важным шагом в решении этой научной проблемы, но и способствовало изменению стиля научного мышления, открыв новый путь к пониманию происходящих явлений. Много раз в истории развития науки отдельные мыслители пытались ограничить возможности познания Вселенной. Пожалуй, последняя такая попытка случилась незадолго до открытия спектрального анализа. «Приговор» был суров: «Мы представляем себе возможность определения их (небесных тел) форм, расстояний, размеров и движений, но никогда, никакими способами мы не сможем изучить их химический состав...» (О. Конт). Открытие спектрального анализа и его применение в астрономии положило начало широкому использованию физики при изучении природы небесных тел и привело к появлению нового раздела науки о Вселенной - астрофизики.

В свою очередь, необычность с «земной» точки зрения условий, существующих на Солнце, звездах и в космическом пространстве, способствовала развитию физических теорий, описывающих состояние вещества в таких условиях, которые трудно создать на Земле. Более того, в XX в., особенно во второй его половине, достижения астрономии снова, как и во времена Коперника, привели к серьезным изменениям в научной картине мира, к становлению представлений об эволюции Вселенной. Оказалось, что Вселенная, в которой мы сегодня живем, несколько миллиардов лет тому назад была совершенно иной - в ней не существовало ни галактик, ни звезд, ни планет.

Для того чтобы объяснить процессы, происходившие на начальной стадии ее развития, понадобился весь арсенал современной теоретической физики, включая теорию относительности, атомную физику, квантовую физику и физику элементарных частиц. Развитие ракетной техники позволило человечеству выйти в космическое пространство. С одной стороны, это существенно расширило возможности исследования всех объектов, находящихся за пределами Земли, и привело к новому подъему в развитии небесной механики, которая успешно осуществляет расчеты орбит автоматических и пилотируемых космических аппаратов различного назначения.

С другой стороны, методы дистанционного исследования, пришедшие из астрофизики, ныне широко применяются при изучении нашей планеты с искусственных спутников и орбитальных станций. Результаты исследований тел Солнечной системы позволяют лучше понять глобальные, в том числе эволюционные процессы, происходящие на Земле. Вступив в космическую эру своего существования и готовясь к полетам на другие планеты, человечество не вправе забывать о Земле и должно в полной мере осознать необходимость сохранения ее уникальной природы.

Наука, которая изучает Вселенную и является одной из самых древних у человечества, - астрономия. Это слово состоит из двух греческих: "номос" - "закон", и "астрон" - "светило, звезда". В совокупности можно перевести этот термин как "закон звёзд". Астрономия - это целые тысячелетия наблюдений за небом, когда накапливаются разнообразные знания. Нужно отметить, что по сравнению с другими науками уровень этой науки был чрезвычайно высок уже в древности.

Тогда и сейчас

Названия созвездий мы знаем неизменно одни и те же на протяжении многих десятков веков. Наши далёкие предки знали их все, они умели рассчитать восход и заход Солнца, планет, Луны, всех самых крупных звёзд задолго до наступления нашей эры. Более того, учёные уже тогда умели предсказывать солнечные и лунные затмения. Астрономия - это главная наука в жизни древнего человека. Охотники по звёздам находили дорогу к дому, моряки по звёздам вели свои корабли в открытом океане. Все сельскохозяйственные работы были связаны с установленным циклом смен времён года, по светилам рассчитывалось время и составлялись календари. Даже судьбу астрологи предсказывали по звёздам.

Сейчас во многом из вышеперечисленного надобность отпала. Курс кораблей и разливы рек уже не нужно высчитывать по песочным часам, потому что появились всевозможные технические средства. Однако астрономия - это наука, у которой не может быть окончания в её развитии. И сейчас вся космонавтика зиждется на её основах, с помощью этой науки человечество пользуется системами связи, телевидением и наблюдает Землю из Космоса. Теснейшим образом теперь связываются астрономия и математика, астрономия и физика, они имеют общие методы познания, которые широко используются.

Две астрономии

Суть астрономии в древности - это наблюдение. В этой науке невозможны эксперименты, как в физике или химии, поскольку объекты изучения людям недоступны. Но значение астрономии в жизни человека и сегодня очень большое. Вся информация о небесных телах и теперь добывается из получаемых электромагнитных излучений. Но в последние несколько десятилетий учёные получили возможность изучать некоторые небесные объекты непосредственно - автоматические станции зондируют атмосферу ближайших планет, изучается их грунт.

Именно этот факт разделил астрономию на две основные части - теоретическую и наблюдательную. Последняя имеет целью получать данные из наблюдений за небесными телами, которые потом анализируются с помощью физики и её основных законов. А теоретики-астрономы разрабатывают компьютерные, математические и аналитические модели, с помощью которых описывают астрономические явления и объекты. Нужно ли говорить, что значение астрономии как науки для человечества просто огромно? Ведь эти две ветви не существуют отдельно сами по себе, они дополняют друг друга. Теория ищет объяснения по результатам наблюдений, а наблюдатели подтверждают или нет все гипотезы и теоретические выводы.

Астрономия как философская наука

Определение науки "астрономия" появилось во времена античности и благополучно живёт в наши дни. Это изучение фундаментальных законов природы нашего мира, теснейшим образом связанного с большим космосом. Именно поэтому поначалу астрономия трактовалась как наука философская. Собственный мир с её помощью познаётся через знания небесных объектов - звёзд, планет, комет, галактик, а также тех феноменов, которые то и дело происходят за пределами земной атмосферы - сияние Солнца, солнечный ветер, космическая радиация и так далее.

Даже лексическое значение слова "астрономия" говорит об этом же: закон звёзд действует и здесь, на Земле, поскольку она является частью огромного космоса, который развивается согласно единому закону. Именно благодаря ему человечеству подарены эволюция, физика, химия, метеорология и любая другая наука. Всё в мире развивается посредством определённого движения небесных тел: формируются и развиваются галактики, умирают и вновь вспыхивают звёзды. Следует всегда помнить, с чего начиналась всякая другая наука. Большое несчастье, что астрономия в школе сейчас отсутствует. Эти знания и понимание огромности и ценности мира не заменить ничем.

Двадцатый век

Итак, наблюдательная астрономия и теоретическая астрофизика составили профессиональную науку. Неустанно создавались всё новые инструменты для изучения космоса плюс к уже изобретённому в незапамятные времена телескопу. Информация собиралась и обрабатывалась, затем внедрялась теоретиками-астрофизиками в создаваемые ими модели - аналитические или компьютерные.

Значение слова "астрономия" приобрело огромный вес во всех областях человеческой науки, поскольку даже знаменитая теория относительности выстроена из фундаментальных законов астрономической физики. И, что интересно, большинство открытий сделано астрономами-любителями. Это одна из очень немногих наук, где люди, не относящиеся к ней, могут участвовать в наблюдениях и собирать для неё данные.

Астрономия и астрология

Современные школьники (да и студенты) вполне часто путают науку и систему верований, всё-таки сказывается отсутствие соответственных уроков в школьных программах. Астрология давно считается лженаукой, в которой утверждается, что любое человеческое дело, даже самое малое, зависит от положения светил. Конечно, два этих названия происходят из одного корня, но системы познания у той и другой абсолютно противоположные.

Астрономия же позволила человеку сделать громадный скачок в понимании законов Вселенной. Эта наука непознаваема до конца, всегда останется больше вопросов, на которые нет ответа, чем тех, на которые ответ найден. Сколько бы ни строилось устройств в космосе и на Земле, сколько бы ни совершалось ошеломляющих мир открытий - это только капля в океане знаний. В данный момент мы ещё не можем наверняка утверждать ни происхождение звёздной массы во всём её спектре, ни положительно или отрицательно ответить на вопрос о существовании другой жизни во Вселенной. Парадокс Ферми не разъяснён. Природа темноты не ясна. О временном периоде существования Вселенной мы ничего не знаем, как и о конкретной цели её существования.

Астрономия и история

Научившись различать звёзды и планеты, астрономы древности привязали эти знания к трансцендентности, идентифицировав все известные небесные тела с духами и богами. Тогда и появилась тупиковая ветвь науки - астрология, поскольку движение всех космических объектов крепко привязывалось к чисто земным явлениям - смене сезонов, дождям, засухам.

Тогда появились волхвы (священники, жрецы и тому подобные культовые работники), которые и считались профессиональными астрономами. Многие древние постройки - китайские храмы или Стоунхэндж, например, явно сочетали две функции - астрономическую и религиозную.

Восток и Запад

Полезного было совершено настолько много, что древние знания вполне смогли послужить основанием науки, наиболее других процветающей сегодня. По движению светил выстраивались календари - древнеримский жив до сих пор. В Китае в 2300 годах до нашей эры уже функционировала астрономическая обсерватория, она на снимке.

Оракулы в Китае уже четыре тысячи лет хранят рисунки затмений и появления новых звёзд. С шестого века до нашей эры существуют детальные астрономические наблюдения в записях - в Китае. А в Европе весь этот бум начинался только в семнадцатом веке нашей эры. Китайцы же много тысяч лет абсолютно правильно предсказывают появление комет. Там же около шести тысяч лет назад был изготовлен и первый звёздный атлас.

Древняя Греция и арабский мир

Европа в Средние века целиком и полностью прекратила всё развитие науки на своих территориях, даже греческие открытия, которые во многом оказались верны и множеством ценных вкладов внесены в науку астрономию, были преданы анафеме. Классическая античность именно поэтому дошла до наших дней в весьма скудном количестве сводных записей и компиляций.

Зато астрономия процветала в арабских странах, и священники самых дальних приходов христиан две тысячи лет назад умели рассчитать по ходу светил точную дату Пасхи. Арабы во множестве переводили труды астрономов Древней Греции, и именно там рукописи были найдены потомками в глубине сохранившихся библиотек. В арабских странах строились обсерватории уже с девятого века нашей эры. В Персии поэт и учёный Омар Хайям сопоставил огромное количество таблиц и реформировал календарь, сделав его точнее юлианского и ближе к григорианскому. В этом ему помогли постоянные наблюдения небесных тел.

Небесная механика

Вселенская гравитация стала известна миру благодаря Исааку Ньютону. Теперешние школьники слышали это имя только в связи с тремя законами физики. То, что законы эти вплотную связаны с небесной механикой, им невдомёк, поскольку уроков астрономии в школе нет.

Будет огромным счастьем узнать, что этот необходимейший предмет снова в строю. Учёный секретарь из Института космических исследований Российской академии наук Александр Захаров уверен, что существующий в стране дефицит учителей астрономии может быть пополнен быстро в случае возвращения этой дисциплины в учебный план. Директор планетария в Новосибирске Сергей Масликов уверен, что планируемое возвращение астрономии в школу вряд ли может состояться ранее, чем через пять-шесть лет. Однако министр образования и науки РФ Ольга Васильева заявляет, что этот час в неделю для изучения предмета астрономии школьникам нужно вернуть как можно быстрее.