Спектральный анализ в астрономии

Введение

Данный реферат
посвящен современным вопросам астрономии — той области знаний, которые за
последние годы дали наибольшее число научно-технических открытий.

Вся история
изучения Вселенной есть, в сущности, поиск средств, улучшающих человеческое
зрение. До начала XVII века невооруженный глаз был единственным оптическим
инструментом астрономов. Вся астрономическая техника древних сводилась к
созданию различных угломерных инструментов, как можно более точных и прочных.
Уже первые телескопы сразу резко повысили разрешающую и проницающую способность
человеческого глаза. Вселенная оказалась совсем иной, чем она казалась до тех
пор. Постепенно были созданы приемники невидимых излучении и в настоящее время
Вселенную мы воспринимаем во всех диапазонах электромагнитного спектра — от
гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн.

Более того,
созданы приемники корпускулярных излучений, улавливающие мельчайшие частицы —
корпускулы (в основном ядра атомов и электроны), приходящие к нам от небесных
тел. Если не бояться аллегорий, можно сказать, что Земля стала зорче, ее
“глаза”, то есть совокупность всех приемников космических излучений, способны
фиксировать объекты, от которых до нас лучи света доходят за многие миллиарды
лет.

Благодаря
телескопам и другим инструментам астрономической техники человек за три с
половиной века проник в такие космические дали, куда свет — самое быстрое, что
есть в этом мире — может добраться лишь за миллиарды лет! Это означает, что
радиус изучаемой человечеством Вселенной растет со скоростью, в огромное число
раз превосходящей скорость света!

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:

Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств вещества в них.
Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
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.

Любительская астрономия[]

Основная статья: Любительская астрономия

Вообще все астрономы-любители наблюдают различные небесные объекты и явления в большем объеме, чем ученые, хотя их технический ресурс намного меньше возможности государственных институтов, иногда оборудование они строят себе самостоятельно (как это было еще 2 века назад). Наконец большинство ученых вышли именно из этой среды. Главные объекты наблюдений астрономов-любителей: Луна, планеты, звезды, кометы, метеорные потоки и различные объекты глубокого неба, а именно: звездные скопления, галактики и туманности. Одна из ветвей любительской астрономии, любительская астрофотография, предусматривает фотофиксацию участков ночного неба. Многие любители хотели бы специализироваться в наблюдении отдельных предметов, типов объектов, или типов событий, которые интересуют их.

Большинство любителей работающих в видимом спектре, но небольшая часть экспериментирует с длиной волны за пределами видимого спектра. Это включает в себя использование инфракрасных фильтров на обычных телескопах, а также использование радиотелескопов.
Пионером любительской радиоастрономии является Карл Янский, наблюдавший небо в радиодиапазоне 1930 года. Некоторые астрономов-любителей использует как домашние телескопы, так и радиотелескопы, которые изначально были построены для астрономических учреждений, но теперь доступны для любителей (как для крупных исследовательских институтов).

Астрономы-любители и в дальнейшем продолжают вносить свой вклад в астрономию. Действительно, она является одной из немногих дисциплин, где вклад любителей может быть значительным. Довольно часто они проводят точечные измерения, которые используются для уточнения орбит малых планет, отчасти они также проявляют кометы, выполняют регулярные наблюдения переменных звезд. А достижения в области цифровых технологий позволило любителям добиться впечатляющего прогресса в области астрофотографии.

Виды астрономии, основные разделы

Астрономия как наука делится на ряд разделов. Между ними существуют неразрывные связи, поэтому это деление в некоторой степени условно.

Основные разделы астрономии:

Астрометрия — в сфере ее интересов находится изучение положения и движения небесных тел.
Позиционная или сферическая астрономия — изучает способы определения положения космических объектов из разных точек наблюдения. Часто ее рассматривают как часть астрометрии.
Небесная механика — исследует законы движения небесных тел вод воздействием силы всемирного тяготения. Один из старейших разделов астрономической науки.
Астрофизика — изучает физические и химические свойства космических объектов. Ее составными частями являются космохимия и звездная астрономия. Первая занимается исследованием химического состава небесных тел, выявлением закономерностей распределения химических элементов во вселенной. Вторая изучает движение звезд и звездных систем, а также их пространственное распределение с учетом физических законов.
Космология — рассматривает общие закономерности, свойства и эволюцию Вселенной.
Космогония — исследует происхождение, развитие и эволюцию космических тел.

Слайд 8Чем же объясняется такое поведение спектра? Ответ кроется в квантовой природе

излучения. Как известно, при поглощении атомом электромагнитной энергии, его внешний электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Аналогично при излучении – на более низкий. Каждый атом имеет свою разницу энергетических уровней. Отсюда и уникальная частота поглощения и излучения для каждого химического элемента.Именно на этих частотах излучает и испускает газ. В тоже время твёрдые и жидкие тела при нагревании испускают полный спектр, независящий от их химического состава. Поэтому получаемый спектр подразделяется на три типа: непрерывный, линейчатый спектр и спектр поглощения. Соответственно, непрерывный спектр излучают твёрдые и жидкие тела, линейчатый – газы. Спектр поглощения наблюдается тогда, когда непрерывное излучение поглощается газом. Другими словами, разноцветные линии на тёмном фоне линейчатого спектра будут соответствовать тёмным линиям на разноцветном фоне спектра поглощения.

Принципы спектроскопии

Принцип оптического спектрального анализа

Оптический спектральный анализ относительно прост в техническом исполнении. В основе его работы лежит разложение излучения исследуемого объекта и дальнейший анализ полученного спектра. Используя стеклянную призму, в 1671 году Исаак Ньютон осуществил первое «официальное» разложение света. Он же и ввёл в слово «спектр» в научный обиход. Собственно, раскладывая таким же образом свет, Волластон и заметил чёрные линии на спектре. На этом принципе работают и спектрографы.

Разложение света может также происходить с помощью дифракционных решёток. Дальнейший анализ света можно производить самыми различными методами. Изначально для этого использовалась наблюдательная трубка, затем – фотокамера. В наши дни получаемый спектр анализируется высокоточными электронными приборами.

До сих пор речь шла об оптической спектроскопии. Однако современный спектральный анализ не ограничивается этим диапазоном. Во многих областях науки и техники используется спектральный анализ практически всех видов электромагнитных волн – от радио до рентгена. Естественно, такие исследования осуществляются самыми различными методами. Без различных методов спектрального анализа мы бы не знали современной физики, химии, медицины и, конечно же, астрономии.

История[]

Исторически раньше всех прочих спектров было начато исследование оптических спектров. Первым был Исаак Ньютон, который и ввёл в научный обиход термин «спектр» для обозначения полученной им в опытах над солнечным светом многоцветной полосы, похожей на радугу. В своём труде «Оптика», вышедшем в 1704 году, опубликовал результаты своих опытов разложения с помощью треугольной стеклянной призмы белого видимого света на отдельные компоненты различной цветности и преломляемости, то есть получил спектры солнечного излучения, и объяснил их природу, показав, что цвет есть собственное свойство света, а не вносятся призмой, как утверждал Роджер Бэкон в XIII веке. Фактически, Ньютон заложил основы оптической спектроскопии: в «Оптике» он описал все три используемых поныне метода разложения света — преломление, интерференцию и дифракцию, а его призма с коллиматором, щелью и линзой была первым спектроскопом.

Следующий этап наступил через 100 лет, когда Уильям Волластон в 1802 году наблюдал тёмные линии в солнечном спектре, но не придал своим наблюдениям значения. В 1814 году эти линии независимо обнаружил и подробно описал Фраунгофер (сейчас линии поглощения в солнечном спектре называются линиями Фраунгофера), но не смог объяснить их природу. Фраунгофер описал свыше 500 линий в солнечном спектре и отметил, что положение линии D близко к положению яркой жёлтой линии в спектре пламени.

В 1854 году Кирхгоф и Бунзен начали изучать спектры пламени, окрашенного парами металлических солей, и в результате ими были заложены основы спектрального анализа, первого из инструментальных спектральных методов — одних из самых мощных методов экспериментальной науки.

В 1859 году Кирхгоф опубликовал в журнале «Ежемесячные сообщения Берлинской академии наук» небольшую статью «О фраунгоферовых линиях». В ней он писал:

Спектроскоп Кирхгофа-Бунзена, Annalen der Physik und der Chemie (Poggendorff), Vol. 110 (1860).

Оптический линейчатый эмиссионный спектр азота

Примечательно, что эта работа Кирхгофа неожиданно приобрела и философское значение: ранее, в 1842 году, основоположник позитивизма и социологии Огюст Конт в качестве примера непознаваемого привёл именно химический состав Солнца и звёзд:

Работа Кирхгофа позволила объяснить природу фраунгоферовых линий в спектре Солнца и определить химический (или, точнее, элементный) состав его атмосферы.

Спектральный анализ открыл новую эпоху в развитии науки — исследование спектров как наблюдаемых наборов значений функции состояния объекта или системы оказалось чрезвычайно плодотворным и, в конечном итоге, привело к появлению квантовой механики: Планк пришёл к идее кванта в процессе работы над теорией спектра абсолютно чёрного тела.

В 1910 году были получены первые неэлектромагнитные спектры: Дж. Дж. Томсон получил первые масс-спектры, а затем в 1919 году Астон построил первый масс-спектрометр.

С середины XX века, с развитием радиотехники, получили развитие радиоспектроскопические, в первую очередь магнито-резонансные методы — спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия, являющаяся сейчас одним из основных методов установления и подтверждения пространственной структуры органических соединений), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), циклотронного резонанса (ЦР), ферромагнитного (ФР) и антиферромагнитного резонанса (АФР).

Другим направлением спектральных исследований, связанным с развитием радиотехники, стала обработка и анализ первоначально звуковых, а потом и любых произвольных сигналов.

Теоретическая астрономия[]

Основная статья: Теоретическая астрономия

Астрономы-теоретики используют широкий спектр инструментов, которые включают аналитические модели (например, политропы для приближенного поведения звезд) и расчеты численных моделирований. Каждый из методов имеет свои преимущества. Аналитическая модель процесса, как правило, лучше дает понять суть того, почему это (что-то) происходит. Численные модели могут свидетельствовать о наличии явлений и эффектов, которых, вероятно, иначе не было бы видно.

Теоретики в области астрономии стремятся создавать теоретические модели и выяснить в исследованиях последствия этих моделирований. Это позволяет наблюдателям искать данные, которые могут опровергнуть модель или помогает в выборе между несколькими альтернативными или противоречивыми моделями. Теоретики также экспериментируют в создании или видоизменению модели с учетом новых данных. В случае несоответствия общая тенденция состоит в попытке сделать минимальными изменения в модели и откорректировать результат. В некоторых случаях большое количество противоречивых данных со временем может привести к полному отказу от модели.

Темы, которые изучают теоретические астрономы: звездная динамика и эволюция галактик; крупномасштабная структура Вселенной; происхождения космических лучей, общая теория относительности и физическая космология, в частности космологии звезд и астрофизика. Астрофизические относительности служат как инструмент для оценки свойств крупномасштабных структур, для которых гравитация играет значительную роль в физических явлениях и основой для исследований черных дыр, астрофизики и изучения гравитационных волн. Некоторые широко приняты и изучены теории и модели в астрономии, теперь включены в Lambda-CDM модели, Большой Взрыв, расширение космоса, темной материи и фундаментальные теории физики .

Вопрос-ответ:

Что такое частотный анализ?

Частотный анализ — это процесс изучения спектра частот составляющих сигнала или исследуемого объекта. В результате частотного анализа можно определить, какие частоты присутствуют в сигнале и с какой амплитудой.

Какие методы используются для частотного анализа?

Для частотного анализа чаще всего используются методы преобразования Фурье. Одним из наиболее распространенных методов является быстрое преобразование Фурье (БПФ). Также существуют метод гармонического анализа и вейвлет-анализ.

Для чего используется спектральный анализ?

Спектральный анализ используется для изучения частотного состава сигнала или объекта. Он позволяет определить, какие частоты преобладают, наличие или отсутствие определенных спектральных линий и провести анализ поведения объекта в различных диапазонах частот.

Какое практическое применение имеет частотный и спектральный анализ?

Частотный и спектральный анализ широко применяются в науке и технике. Например, в области электроники и телекоммуникаций они используются для анализа сигналов и выделения полезной информации, а также для диагностики и контроля состояния различных систем и устройств. В медицине частотный анализ применяется для исследования электрической активности мозга, сердца и других органов.

Роль астрономии в будущем

В настоящее время развитие космонавтики и ракетного дела по сравнению с серединой прошлого века замедлилось, что связано с гигантскими расходами и отсутствием явного стимула для политических и финансовых групп, руководящих странами.

Замечание 2

Таким образом, для астрономии и связанных с нею дисциплинами настало время для большей поляризации знаний и развития исследований космоса. Земля не может быть вечно колыбелью человечества и рано или поздно нашим потомка придется выбираться из этой колыбели. И знания астрономии, как навигатора по огромному Космосу займут достойное место.

Слайд 3Новый взгляд на ВселеннуюНаверняка вам известно о том, что таким знаниям

мы обязаны спектральному анализу. Однако нередко мы недооцениваем вклад этого метода в само понимание Вселенной. Появления спектрального анализа перевернуло многие устоявшиеся парадигмы о строении и свойствах нашего мира.Благодаря спектральному анализу мы имеем представление о масштабе и величии космоса. Благодаря нему мы перестали ограничивать Вселенную Млечным Путём. Спектральный анализ открыл нам великое разнообразие звезд, рассказал об их рождении, эволюции и смерти. Этот метод лежит в основе практически всех современных и даже грядущих астрономических открытий.

↑хЯРНПХЪ БНГМХЙМНБЕМХЪ

хЯРНПХВЕЯЙХ ЮЯРПНТХГХЙЮ БШДЕКХКЮЯЭ Б ЯЮЛНЯРНЪРЕКЭМНЕ МЮСВМНЕ МЮОПЮБКЕМХЕ Я ОНЪБКЕМХЕЛ Б ЙНМЖЕ XIX Б. ЯОЕЙРПЮКЭМНЦН ЮМЮКХГЮ, ЙНРНПШИ НРЙПШК БНГЛНФМНЯРЭ ДХЯРЮМЖХНММНЦН ХЯЯКЕДНБЮМХЪ УХЛХВЕЯЙНЦН ЯНЯРЮБЮ Х ТХГХВЕЯЙНЦН ЯНЯРНЪМХЪ МЕ РНКЭЙН КЮАНПЮРНПМШУ, МН Х ЮЯРПНМНЛХВЕЯЙХУ ХЯРНВМХЙНБ ЯБЕРЮ. мЮАКЧДЕМХЪ ЯОЕЙРПНБ ГБЕГД НЙНМВЮРЕКЭМН ДНЙЮГЮКХ, ВРН ЮЯРПНМНЛХВЕЯЙХЕ РЕКЮ ЯНЯРНЪР ХГ ЮРНЛНБ ХГБЕЯРМШУ МЮ гЕЛКЕ ЩКЕЛЕМРНБ, ОНДВХМЪЧЫХУЯЪ РЕЛ ФЕ ТХГХВЕЯЙХЛ ГЮЙНМЮЛ. уХЛХВЕЯЙНЕ «ЕДХМЯРБН» ОПХПНДШ НЯНАЕММН МЮЦКЪДМН АШКН ОНДРБЕПФДЕМН НРЙПШРХЕЛ ЦЕКХЪ — ЯМЮВЮКЮ (ОН ЯОЕЙРПС) Б ЮРЛНЯТЕПЕ яНКМЖЮ, Ю РНКЭЙН ГЮРЕЛ — Б МЕЙНРНПШУ ЛХМЕПЮКЮУ МЮ гЕЛКЕ. яНБПЕЛЕММШЕ ЛЕРНДШ ЮЯРПНТХГХВЕЯЙХУ ХЯЯКЕДНБЮМХИ ОНГБНКЪЧР ОН ЯОЕЙРПЮКЭМШЛ НЯНАЕММНЯРЪЛ ХГКСВЕМХЪ МЕ РНКЭЙН СГМЮРЭ ТХГХВЕЯЙНЕ ЯНЯРНЪМХЕ ЯПЕДШ, ЕЕ РЕЛОЕПЮРСПС Х ОКНРМНЯРЭ, МН Х ХГЛЕПХРЭ КСВЕБШЕ ЯЙНПНЯРХ ХЯРНВМХЙНБ Х ЯЙНПНЯРХ БМСРПЕММХУ ДБХФЕМХИ Б МХУ, НЖЕМХРЭ ПЮЯЯРНЪМХЕ ДН МХУ, БШЪЯМХРЭ ЛЕУЮМХГЛ ХГКСВЕМХЪ, НОПЕДЕКХРЭ ХМДСЙЖХЧ ЛЮЦМХРМШУ ОНКЕИ Х ЛМНЦХЕ ДПСЦХЕ УЮПЮЙРЕПХЯРХЙХ.

Спектральный анализ в химии

Спектральный анализ в химии является одним из важнейших методов исследования веществ и реакций. Он основан на изучении взаимодействия света с атомами и молекулами, связанного с их спектральными характеристиками.

Основным инструментом спектрального анализа является спектрофотометр, который позволяет измерять поглощение или пропускание света в зависимости от длины волны. По полученным спектральным данным можно определить химический состав пробы, исследовать структуру молекул и связей между атомами, а также изучать кинетику и механизмы химических реакций.

Одним из применений спектрального анализа в химии является идентификация веществ. Спектры атомов и молекул имеют характерные пики, которые можно сравнивать с данными из баз данных, чтобы определить конкретное вещество. Это особенно полезно в анализе неизвестных образцов и в контроле качества продукции.

Другим применением спектрального анализа является изучение реакций, происходящих в химических системах. Путем анализа изменений спектральных характеристик во времени можно определить скорость реакции, установить промежуточные стадии и раскрыть механизмы химических процессов.

Также спектральный анализ в химии находит применение в определении концентрации веществ. Спектральная зависимость пропускания или поглощения света позволяет строить калибровочные графики, по которым можно определить концентрацию изучаемого вещества в реакционной смеси.

Итак, спектральный анализ является мощным инструментом в химии, который позволяет изучать свойства и реакции веществ, определять их состав и концентрацию, а также идентифицировать неизвестные образцы. Этот метод находит применение в различных областях науки и техники, включая фармацевтику, пищевую промышленность, аналитическую химию и другие.

Применение в технических системах

Частотный и спектральный анализ широко применяются в различных технических системах для анализа и обработки сигналов. Одним из примеров является радиосвязь, где спектральный анализ используется для определения и фильтрации сигналов различных частотных диапазонов.

В области автоматического управления спектральный анализ используется для определения частотных характеристик системы и позволяет проанализировать ее стабильность и устойчивость.

В медицине спектральный анализ применяется для изучения электрической активности мозга (электроэнцефалограмма) и сердца (электрокардиограмма), что позволяет выявить патологии и провести диагностику различных заболеваний.

В области звуковой обработки спектральный анализ используется для анализа и синтеза звуковых сигналов. Он позволяет выделить гармонические компоненты сигнала и изменять их параметры, что используется при создании звуковых эффектов в музыке и киноиндустрии.

Спектральный анализ также находит применение в обработке изображений, где он позволяет анализировать и модифицировать содержание различных частотных компонентов изображения. Это используется, например, для улучшения качества изображений и их сжатия.

Другие методы наблюдений

Обо всем, что
происходит вокруг нас, о далеких звездных и галактических мирах рассказывают
нам световые лучи. Но в наше время визуальные наблюдения небесных светил
проводятся очень редко. Более эффективными оказались фотографические и
фотоэлектрические методы наблюдений. Возможности фотографического метода
действительно сказочные: ведь при длительном фотографировании количество
квантов, поглощенных фотоэмульсией, возрастает. В частности, при помощи
6-метрового телескопа можно получить изображения звезд до 20m при
экспозиции всего 10 минут. К тому же на одной пластинке фиксируются изображения
многих тысяч объектов, каждый из которых в свое время может стать чем-то
интересным.

В последние
годы все больше используется фотоэлектрический метод pегистрации слабых
световых потоков. В этом случае пучок света направляется не на фотопластинку, а
на фотокатод (металлическую пластинку, вмонтированную в стеклянный баллон). Для
астрономических наблюдений сегодня используются очень чувствительные
фотоумножители, способные регистрировать очень слабые световые потоки. Так,
современные фотоумножители, установленные на 5 метровом телескопе, регистрируют
быстрые изменения яркости объектов до 24-й видимой величины.

Огромный
выигрыш во времени фотографирования слабых объектов дают электронно-оптические
преобразователи (ЭОП). Очень перспективным оказался телевизионный метод.

Большое
значение имеет исследование химического состава звезд путем тщательного анализа
их спектров. При этом необходимо учитывать температуру и давление в
поверхностных слоях звезд, которые также получают из спектров. Вообще
спектрографические наблюдения дают наиболее полную информацию об условиях,
господствующих в звездных атмосферах.

Достижения современной астрономии

Невозможно переоценить вклад астрономии в формирование научной картины мира и становление научного мировоззрения людей во все времена, особенно на современном этапе развития.

Определение 1

Астрономия – это наука о Вселенной, которая занимается изучением основных физических характеристик, состава, строения, происхождения, эволюции космических объектов и систем, а также космических процессов и явлений.

Астрономические знания играли важную роль и имели основополагающее значение во всех моделях Вселенной, сложившихся исторически. Эти модели включали в себя в общем виде все основные теоретические идеи, относящиеся к определенному периоду развития науки – механические, электродинамические, квантово-полевые, квантово-релятивистские и современные квантово-космологические.

Основы мировоззрения широких масс населения в определенную эпоху времени определяются уровнем развития астрономии, которая формирует базовые научные идеи и специфику мировоззрения ученых.

Современная астрономия является экспериментальной и эволюционной наукой. Она является всекорпускулярной и всеволновой. Наблюдение за космическими объектами происходит во всех диапазонах их излучения, они изучаются на протяжении всего процесса эволюции и во взаимосвязи между собой. Те средства космонавтики, которые существуют на данном этапе развития науки, обеспечивают возможность проведения прямого изучения космических объектов, процессов и явлений.

Среди основных достижений современной астрономии можно отметить:

изучение общей динамики галактик, обнаружение активности ядер галактик и квазаров, а также объяснение структуры спиральных галактик
объяснение процесса эволюции звезд, которое основано на создании их моделей и подтверждено результатами наблюдений
установление структуры Метагалактики, получение достаточно полных представлений о процессах, происходящих во Вселенной в промежутке времени до 10 миллиардов лет от настоящего времени
доказательство теории возникновения звезд и систем планет из газопылевых комплексов, а также подтверждение теории нестационарной Вселенной
получение в ходе космических исследований расширенных данных о природе Солнца и планетных тел Солнечной системы, об их характеристиках.

Измерить скорость

Эффект Доплера в астрономииЭффект Доплера в астрономии

Эффект Доплера был теоретически разработан австрийским физиком в 1840 году, в честь которого он и был назван. Этот эффект можно пронаблюдать, прислушиваясь к гудку проезжающего мимо поезда. Высота гудка приближающегося поезда будет заметно отличаться от гудка отдаляющегося. Примерно таким образом Эффект Доплера и был доказан теоретически. Эффект заключается в том, что для наблюдателя длина волны движущегося источника искажается. Она увеличивается при удалении источника и уменьшается при приближении. Аналогичным свойством обладают и электромагнитные волны.

При отдалении источника всё темные полосы на спектре его излучения смещаются к красной стороне. Т.е. все длины волн увеличиваются. Точно также при приближении источника они смещаются к фиолетовой стороне. Таким образом эффект Доплера стал отличным дополнением к спектральному анализу. Теперь по линиям в спектре можно было узнать то, что раньше казалось невозможным. Измерить скорости космических объекта, рассчитать орбитальные параметры двойных звёзд, скорости вращения планет и многое другое. Особую роль эффект «красного смещения» произвёл в космологии.

Открытие американского учёного Эдвина Хаббла сравнимо с разработкой Коперником гелиоцентрической системы мира. Исследуя яркость цефеид в различных туманностях, он доказал, что многие из них расположены намного дальше Млечного Пути. Сопоставив полученные расстояния с красным смещением спектров галактик, Хаббл открыл свой знаменитый закон. Согласно нему, расстояние до галактик пропорционально скорости их удаления от нас. Хотя его закон несколько разнится с современными представлениями, открытие Хаббла расширило масштабы Вселенной.

Спектральный анализ и современная астрономия

Сегодня без спектрального анализа не происходит практически ни одного астрономического наблюдения. С его помощью открывают новые экзопланеты и расширяют границы Вселенной. Спектрометры несут на себе марсоходы и межпланетные зонды, космические телескопы и исследовательские спутники. Фактически без спектрального анализа не было бы современной астрономии. Мы так и дальше бы вглядывались пустой безликий свет звёзд, о котором не знали бы ничего.

Значение и перспективы современной астрономии

Продолжающаяся научно-техническая революция приводит к росту объема астрономических знаний и их роли. Появляются новые разделы астрономии. Новые методы и инструменты науки, разработанные на современном этапе развития астрономии, позволяют повысить точность и результативность наблюдений, расширить их.

Практическая значимость исследований в области астрономии также значительно возросла. Эти исследования способствуют развитию естественных наук, в частности химии и физики, а также энергетики и техники. Существующая связь между астрономией и другими науками, культурой и техникой является достаточно сложной, многообразной и неоднозначной.

Научно-производственная деятельность общества превратилась в силу планетарного масштаба, которая оказывает огромное влияние, на биосферу, атмосферу, геологические процессы и гидросферу планеты. А в связи с тем, что это влияние по большей части негативное, возникают глобальные проблемы человечества, невиданные ранее. Эти проблемы связаны с переходом на путь устойчивого развития, который был принят на конференции ООН по окружающей среде в 1992 году.

Учитывая возрастающую уязвимость современной человеческой цивилизации к воздействию космических факторов, для решения задач экологии необходимы астрономические наблюдения, причем наблюдения не только за нашей планетой, но и за ближайшим космосом.

Дальнейшее совершенствование знаний в области астрономии и космонавтики с целью привлечения ресурсов и использования возможностей космоса для выхода из назревающего экологического и энергетического кризиса станет одним из средств, которые помогут человечеству выжить в 21 веке. Ведутся разработки в области создания систем орбитальных солнечных электростанций и рефлекторов, добычи и доставки с Луны топлива для термоядерных установок, удалении с Земли высокоактивных отходов производства, добычи на астероидах, превращенных в спутники Земли, полезных ископаемых и т.д. Основываясь на астрономические исследования, происходит формирование принципов познания Вселенной и материи, формируются важнейшие философские обобщения. Влияние астрономии на развитие философских учений по-прежнему остается значительным.

Этим объясняется постоянный интерес широких масс населения, особенно подрастающего поколения, к астрономии и изучению космического пространства. Изучение астрономии является важным и нужным для каждого современного человека.