Астрономия — это что за наука? суть и значение астрономии

Введение[править]

Что такое астрономияправить

Астрономия — наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом. Астрономия изучает Солнце, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, звёзды и внесолнечные планеты, туманности, межзвёздное вещество, галактики и их скопления, пульсары, квазары, чёрные дыры и многое другое.

Сам термин «Астрономия» (от древнегреческого ἀστρονομία) образован из слов «астрон» (ἄστρον), «звезда» и «номос» (νόμος), «закон» или «культура», и дословно означает «Закон звёзд» (или «культура звёзд», в зависимости от перевода).

Древность, использованиеправить

Астрономия является одной из древнейших наук. Доисторические культуры оставили после себя такие астрономические артефакты как древнеегипетские монументы и Стоунхендж. А первые цивилизации вавилонян, греков, китайцев, индийцев и майя уже в своё время проводили методические наблюдения ночного небосвода. После изобретения телескопа, развитие астрономии, как современной науки, было значительно ускорено. Исторически, астрономия включала в себя астрометрию, навигацию по звёздам, наблюдательную астрономию, создание календарей, и даже астрологию.

Современная астрономия используется для определения точного времени и географических координат (системы GPS, Глонасс, Galileo), помогает исследованию космического пространства и изучению Земли из космоса.

Задачи астрономииправить

Основными задачами астрономии являются:

1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств вещества в них.
3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Первая задача решается путём длительных наблюдений, а также на основе законов механики.

Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии. Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века, а основных проблем — лишь в последние годы.

В настоящее время ещё недостаточно данных для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в области третьей задачи ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.

Для решения четвёртой задачи необходимо создание общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности, температуры, давления, а также наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет.

Структура астрономииправить

Современная астрономия делится на ряд разделов, которые тесно связаны между собой.

Главнейшими разделами астрономии являются три раздела, решающих первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел). И их часто называют классической астрономией.

• Астрометрия — изучает и измеряет видимые положения и движения светил.
• Теоретическая астрономия — решает задачи определения орбит небесных тел их видимых положений.
• Небесная механика — изучает законы движений небесных тел.

Следующие три раздела, решающие вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел), это:

• Астрофизика — изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов.
• Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи.
• Космохимия — изучает химический состав космических тел.

Третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел) решают:

• Космогония — рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
• Космология — изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

Дополнительным разделом является:

Археоастрономия — изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения.

Отрасли астрономии

Как уже было сказано, астрономия делится на две области: наблюдательная астрономия и теоретическая астрономия.

Наблюдательная астрономия фокусируется на получении информации и анализе данных с использованием основных физических принципов. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку компьютеризированных аналитических моделей для описания астрономических объектов и явлений.

Эти две области астрономии дополняют друг друга таким образом, что теоретическая астрономия отвечает за поиск объяснения результатов, полученных с помощью наблюдательной астрономии.

Точно так же наблюдательная астрономия используется для подтверждения результатов теоретической астрономии (Physics, 2015).

Начинающие астрономы внесли много важных астрономических открытий. Таким образом, астрономия считается одной из немногих наук, где начинающие ученые могут играть активную и важную роль, особенно в открытии и наблюдении переходных явлений (Daily, 2016).

Этапы развития

В истории развития астрономии выделяют следующие этапы.

Донаучный

Наблюдение за небесными телами началось в глубокой древности. В те времена астрономия носила в основном описательный характер и часто смешивалась с астрологией.

Астрология — это системой верований, представлений и практик, основанных на убеждении, что космические явления влияют на земную жизнь. В частности, астрологи были убеждены, что с помощью наблюдения за звездами можно предсказывать будущее.

Больших успехов достигла астрономия в Древнем Египте. Наблюдая за Сириусом, египтяне научились предсказывать разливы реки Нил, что имело большое практическое значение для развития земледелия.

Жрецы Древнего Вавилона выделили многие созвездия и зодиакальный круг, а также составили множество астрономических таблиц. Вавилоняне открыли некоторые законы движения планет, Солнца и Луны, составили довольно точный лунный календарь.

Больших успехов достигло развитие астрономии в Древней Греции. Многие древнегреческие названия сохранились в современной науке. Аристотель высказывал предположение о шарообразности Земли и даже пробовал вычислить ее размеры.

Пример 5

Названия планет произошли от имен древнеримских богов, которые были прямым заимствованием из древнегреческой мифологии. Например, Венера — богиня любви, Марс — бог войны.

Сформулированная эллинским астроном Клавдием Птолемеем геоцентрическая система мира просуществовала со 2 века нашей эры до эпохи Возрождения.

Геоцентрическая система — картина мира, согласно которой Земля находится в центре Вселенной, а все остальные небесные тела вращаются вокруг нее.

Новое время

Основы астрономии как науки были заложены в эпоху Нового времени (16–19 века).

В этот период времени произошли 3 грандиозных события:

1. Утверждение гелиоцентрической системы мира. Первым ученым, который научно сформулировал и попытался доказать утверждение, что Земля не является центром Вселенной и вращается вокруг Солнца, был польский астроном 16 века Николай Коперник. Несмотря на гонения со стороны церкви, гелиоцентрическая система постепенно утверждалась в научных кругах.
2. Изобретение телескопа. По-настоящему революционным открытием в астрономии было изобретение телескопа. С его помощью ученые смогли наблюдать за небесными телами и тщательно исследовать их. Один из первых телескопов соорудил итальянский астроном Галилео Галилей. Он сделал серию важных астрономических открытий — например, обнаружил на Луне горы.
3. Открытие закона всемирного тяготения. В конце 17 века английский физик, математик и астроном Исаак Ньютон открыл закон, описывающий гравитационное взаимодействие.

В эпоху Нового времени происходило накопление сведений о Солнечной системе, физических свойствах планет и других небесных тел.

Новейшее время

В 20–21 веке астрономия вышла на принципиально новый уровень. Научно-технический прогресс оказал сильнейшее влияние на развитие этой науки. Были изобретены мощные оптические и радиотелескопы, запущены космические спутники и орбитальные станции.

Примечание 1

Мощным стимулом развития астрономии послужил первый полет человека в космос, осуществленный 12 апреля 1961 года советским космонавтом Юрием Гагариным.

В 20 веке были обнаружены другие галактики, что стало толчком для развития внегалактической астрономии.

Важнейшим событием стало открытие закона относительности Альбертом Эйнштейном, которое предопределило развитие астрономии будущего.

Средние века

На протяжении средневековья в Европе астрономия находилась в состоянии застоя, как минимум, до XIII века. Однако эта наука процветала в исламском мире и в других частях мира. Развитие астрономии привело к появлению первых астрономических обсерваторий в мусульманском мире уже в IX веке. В 964 году персидский астроном Азофи открыл Галактику Андромеды. Сверхновая звезда SN 1006 — самая яркая сверхновая в известной истории — наблюдалась в Египте арабским астрономом Али-Ибн-Ридваном и китайскими астрономами в 1006 году. Некоторые видные исламские (преимущественно персидские и арабские) астрономы внесли существенный вклад в науку, в числе которых: Аль-Баттани, Тебит, Азофи, Аль-Бумасар, Бируни, Арзахель, Аль-Бирьянди, наблюдатели из обсерваторий Самарканда и Марагеха. В этот исторический период астрономы дали арабские имена многим ярким звёздам. Считается, что руины Великого Зимбабве и Тимбакуту могли использоваться как астрономические обсерватории. Европейцы долгое время полагали, что арабы в Африке южнее пустыни Сахары не проводили никаких наблюдений за небом, но современные открытия показывают, что это не так.

Внимание! Анимация работает только в браузерах поддерживающих стандарт -webkit (Google Chrome, Opera или Safari).

В годы Ренессанса Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель солнечной системы. Его работа была расширена и усовершенствована Галилео Галилеем и Иоганном Кеплером. Галилей использовал телескоп для проведения наблюдений.

Английский астроном Джон Флестид внёс в каталог более 3000 звёзд. Последующие открытия были тесно связаны с совершенствованием качества телескопов. Каталоги звёздного неба год за годом пополнялись новыми объектами. Астроном Уильям Гершель внёс в каталог многие туманности и галактики, а в 1781 году открыл планету Уран — первую планету, недоступную для наблюдения невооружённым глазом! Первое измерение расстояния до звёзд было произведено Фредериком Бесселом, когда в 1838 году он вычислил параллакс звезды 61 Лебедя.

Значительные достижения в развитии астрономии связаны с появлением новых приборов, таких как спектроскоп и фотоаппарат. Йозеф Фраунгофер обнаружил около 600 линий в спектре Солнца в 1815-1816 гг., которые Густав Кирхгоф в 1859 году связал с различными элементами в его составе. Учёные того времени установили, что звёзды подобны Солнцу, различаясь размерами, массами, температурами и составом входящих в них газов и элементов.

Теоретические изыскания позволили открыть чёрные дыры, нейтронные звёзды, квазары, пульсары, блазары и радиогалактики.

В Новейшее время была сформулирована теория Большого взрыва, дающая ответ на вопрос о происхождении Вселенной, а во второй половине XX века после обнаружения реликтового излучения из теории она превратилась в научный факт.

Астрономия и физика

Эти дисциплины также являются тесно связанными. Астрономы, наблюдая космическое пространство и астрономические объекты, поставляют физикам новые задачи для решения. В результате физика определяет особенности строения, природу, происхождение и свойства тех ли иных объектов и космических явлений.

Примером связи физики и астрономии являются работы таких известных ученых как Галилео Галилей и Исаак Ньютон.

В результате тесного взаимодействия физики и астрономии, на их стыке появилась такая дисциплина как астрофизика.

Определение 1

Отметим, что такая известная теория как теория относительности Альберта Эйнштейна, была доказана астрономическими методами наблюдения. И заслуга в этом в основном принадлежит американскому астроному Эдвину Хабблу.

Ещё одним примером междисциплинарного синтеза является такой предмет как нейтринная астрономия.

С помощью данной дисциплины, возможно, узнавать о процессах, которые происходят в глубине изучаемых космических тел. Примером служит изучение недр нашего светила – Солнца.

Эта дисциплина появилась в результате успехов ученых-физиков в исследовании атомных ядер и элементарных частиц.

Астрономия в школе сейчас

В 2017 году Министерство образования вернуло изучение астрономии в школы, но только для выпускных классов. Теперь задания по астрономии входят в ЕГЭ по физике. 

Но при этом олимпиады по астрономии проходят для 5–11 классов — всей средней и старшей школы. Как правило, туда приходят дети, которые увлеклись наукой в раннем возрасте.

Астрономия в современной школе преподаётся только в 10–11 классах — в зависимости от учебного заведения. Например, в домашней онлайн-школе «Фоксфорда» курс астрономии входит в базовую программу 10 класса.

В «Фоксфорде» есть и отдельные курсы «Занимательной астрономии» для 5–9 классов в индивидуальных образовательных маршрутах. Такие курсы подойдут юным любителям космоса — вы узнаете основы классической физики, познакомитесь с космическими явлениями, изучите строение Солнечной системы и «заглянете» в чёрную дыру.

Наблюдательная астрономия

Наблюдательная астрономия — это область астрономии, которая сосредоточена на непосредственном изучении звезд, планет, галактик и любых небесных тел во Вселенной.

В этой области астрономия использует телескоп, однако первые астрономы наблюдали за небесными телами без какой-либо помощи.

Современные созвездия были задуманы первыми астрономами на основе наблюдений за ночным небом. Таким образом были идентифицированы пять планет солнечной системы (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и предложены современные созвездия.

Современные телескопы (рефлекторы и рефракторы) были изобретены, чтобы более подробно раскрыть то, что можно обнаружить невооруженным глазом (Калифорния, 2002).

Космология[править]

Космология — это наука, изучающая структуру Вселенной, её происхождение и состав.
Что такое Вселенная?
Вселенная — понятие, не имеющее определённо сформулированного значения. В космологии Вселенной называют пространство, в котором находятся галактики. Область, доступная для наблюдения человечеству — Наблюдаемая Вселенная.
Из чего состоит Вселенная?
Состав Вселенной в классической механике описать невозможно — Вселенная уникальна, она ни с чем не может взаимодейстовать, это — грубо говоря, «всё». Вследствии чего, отпадают
понятия классификации, такие как масса, форма и размер. Однако, с точки зрения термодинамики описать Вселенную можно — у Вселенной есть температура, плотность, давление, химический состав. Вселенная — это не газ. На крупных масштабах предстоит столкнуться с расширением Вселенной и реликтовым тепловым излучением. Природа расширения — гравитационное взаимодействие объектов во Вселенной, природа реликтового излучения — это отделение света Большого взрыва от материи.
Структура Вселенной (объекты)
Вселенная состоит из огромных скоплений галактик. По размеру, галактическое строение Вселенной можно подразделить на — гал. нити, большие сверхскопления (с диаметром 500-520 св.л.) и малые сверхскопления, скопления и группы. Гал. нити — это нитевидные структуры из галактик, связанные гравитацией тёмной материи. Сверхскопления — это группы групп и скоплений галактик.
Происхождение Вселенной
Существует много теорий, объясняющие происхождение всей Вселенной. По большей части приянта теория Большого взрыва. Она заключается в том, что сначала Вселенная находилась в состоянии космологической сингулярности с бесконечной плотностью. Вызванная в сингулярности флуктуация заставила её взорваться и положить начало Вселенной. В первые секунды Большого взрыва была самая большая температура за всё время существования Вселенной.

Млечный Путь

Первые астрономические таблицы были составлены в Древнем Вавилоне во II тысячелетии до н. э. Жрецы отслеживали движения Луны и Солнца, планет и звёзд. Астрономы всех последующих времён занимались тем же, изменялись лишь приборы для наблюдений.

В XVIII веке была выдвинута гипотеза о вхождении Солнечной системы в более крупный объект. Английский астроном У. Гершель обнаружил, что все звёзды, видимые с Земли, являются частью гигантской звёздной системы. Эта система фиксируется на небесном своде как Млечный Путь.

В ХХ веке выяснилось, что галактика Млечный Путь является спиральной, имеет форму чечевицы. Она включает 200–400 млрд звёзд, Солнце — одна из них. На окраине галактики расположена Солнечная система.

Рис. 2. Галактика Млечный Путь.

Астрономия и история

На первый взгляд может показаться странным, как могут быть связаны такие разные дисциплины. Однако, для исторической науки бывают крайне важны астрономические данные и наблюдения.

С помощью астрономических данных полученных, как из древних документов, так и путем наблюдений и вычислений, можно восстановить и реконструировать события прошлых столетий, канувших в Лету.

Однако, пытаясь восстановить хронологию древности, необходимо учитывать следующие особенности летоисчисления в прошлом. К таким особенностям следует отнести следующие моменты:

1. Летоисчисление в античные так и в более древние времена было не линейным, а циклическим. То есть счёт велся в основном по годам правления владыки.
2. С приходом нового правителя счет лет обнулялся и начинался заново.
3. Также календарь мог быть лунным или солнечным.

Дошедшие же до нас астрономические наблюдения древних греков, китайцев, шумеров и т. д. позволяют свести воедино зачастую разрозненные данные о времени происходивших событий в древней истории.

Замечание 2

Таким образом, получается, что фальсифицировать древнюю историю невозможно, поскольку различные источники описываю порою одни и те же как астрономические, так и исторические события.

К тому каждый документ является памятником своего времени и написан на языке диалекте той эпохи и конкретного исторического региона.

01 Созвездие Большая Медведица

Латинское название: Ursa MajorПлощадь (кв. градусы): 1280Число звёзд ярче 6m: 125

Созвездие Большой Медведицы лежит на северном небе. Созвездие Большая Медведица — самое большое северное созвездие и третье по величине созвездие на небе. Его самые яркие звезды образуют астеризм Большой Медведицы, одну из самых узнаваемых фигур на небе, также известную как Плуг. Большая Медведица хорошо известна в большинстве мировых культур и связана с рядом мифов. Это было одно из созвездий, занесенных в каталог греческим астрономом Птолемеем во II веке. В греческой мифологии он ассоциируется с Каллисто, нимфой, которую ревнивая жена Зевса Гера превратила в медведя.

Красивая легенда о созвездии Большая Медведица

Однако ревнивая жена Зевса Гера, которую не забавляли распутства ее мужа, нанесла бы еще больший ущерб. Разгневанная предательством Зевса, она превратила Каллисто в медведя.

Следующие 15 лет Каллисто жила как медведь, бродя по лесу и постоянно убегая и прячась от охотников. Однажды ее сын Аркас шел по лесу, и они столкнулись лицом к лицу. При виде медведя Аркас испуганно выхватил копье.

Увидев эту сцену с Олимпа, Зевс вмешался, чтобы предотвратить катастрофу. Он послал вихрь, который унес Каллисто и Аркаса в небеса, где он превратил Аркаса в созвездие Боэта, Пастуха, а Каллисто — в Большую Медведицу. В другой версии Аркас становится созвездием Малой Медведицы.

Вселенная и ее масштабы

Современная наука доказала, что Вселенная имеет свои границы. Ученые измеряют ее размер световыми годами и насчитывают их около 45.7 миллиардов. Если представить, что один световой год равен 10 триллионам километров, то попробуйте представить себе масштабы Вселенной.

Какие тела заполняют Вселенную

Вселенную наполняют различные небесные тела. Их еще называют космическими телами Вселенной. Среди них выделяют:

• астероиды.
• кометы;
• метеороиды;
• звезды;
• планеты;

Размеры небесных тел вселенского пространства могут быть как микроскопическими, так и гигантскими. Метеориты, астероиды и кометы относятся к малым телам Вселенной. Ученые продолжают  изучать небесные тела и открыли самое большое тело во Вселенной. Им стала звезда UY Scuti. Ее радиус в 1700 раз превышает радиус Солнца. 

Познакомимся поближе с небесными телами и определим их характеристики.

Астероиды – это глыбы из камня, которые образуют астероидный пояс. Он находится между орбитами Юпитера и Марса. Форма у астероидов неправильная, диаметр тел начинается от 30 метров и может достигать десятки километров. На данный момент ученые открыли более 97 853 768 этих малых космических тел Вселенной. Движение астероидов происходит по орбите вокруг Солнца.

Кометы – состоят из твердого ядра. Приближаясь к Солнцу, ядро начинает нагреваться и происходит испарение веществ, из которых оно состоит. В результате этого происходит образование газовой оболочки, а потом возникает хвост. По мере удаления от Солнца хвост и оболочка исчезают. Изредка кометы можно наблюдать невооруженным взглядом. Последней кометой, которая за последние 7 лет четко просматривалась на ночном небе, была C/2020 F3 NEOWISE. Это произошло в июле 2020 года. В основном же эти небесные тела ученые изучают с помощью телескопа.

Метеороиды – твердые небесные тела, размер которых больше атома, но меньше астероида. Они могут быть как первичными объектами, так и представлять собой фрагменты космических объектов, причем не только астероидов. Небесные тела, попавшие в атмосферу, называют метеорами. К ним относят осколки комет или астероидов.

Часть метеороида, достигшая земной поверхности, принято называть метеоритом. Другими словами, метеорит – это любое тело космического происхождения, упавшее на поверхность другого небесного объекта.

После падения метеориты оставляют след – кратер. На сегодняшний день крупнейший кратер Уилкса имеет диаметр 500 км.

Кратер от метеорита 

Звезды – свет и тепло исходит от этих небесных тел. Они представляют собой массивные шары, состоящие из газа. Ближайшая звезда к Земле – Солнце. На ночном небе при отсутствии облаков можно наблюдать самые разные звезды. Их значение оценили еще наши предки. Эти «мерцающие точки» помогали ориентироваться в пространстве, о них часто писали в мифах и религиозных историях. Еще в древности, люди, не имеющие никакой техники, видели в звездах образы самых различных существ. Так начали выделять созвездия. На сегодняшний день их насчитывается 88, 12 из которых являются зодиакальными. 

Планеты – достаточно большие шарообразные объекты, вращающиеся вокруг Солнца по определенной оси и не являющиеся спутником другого космического тела. В Солнечной системе 8 планет:

• Меркурий;
• Венера;
• Земля;
• Марс;
• Юпитер;
• Сатурн;
• Уран;
• Нептун.

Астрономия в школе раньше

Предмет «астрономия» в школе был введён ещё в царской России Петром Великим. Тогда наука о небесных телах была обязательной в технических учебных заведениях.

В 19 веке в Российской империи астрономия объединялась с курсом физики в программе среднего школьного образования.

В Советском Союзе астрономия преподавалась по идеологическим соображениям — считалось, что астрономические познания привьют учащимся научное мировоззрение и уменьшат распространение религии. Кроме того, роль играла начавшаяся космическая гонка.

Но уже к концу существования Советского Союза преподавание астрономии в школе сошло на нет — во многом из-за экономического положения в стране и недостатка денежных средств. 

В 1993 году в российских школах отменили астрономию, убрав её из списка обязательных предметов. Но наука о небесных телах осталась на уровне факультативных дисциплин — её продолжили изучать в отдельных учреждениях. 

<<Форма демодоступа>>