Что изучает астрономия? Что такое астрономия? Новые течения и современные направления в астрономии

Астрономия - наука о Вселенной. Она изучает движение и природу Солнца, Луны, планет, звезд, галактик и других небесных тел. Большинство астрономических объектов располагается за пределами Земли, но и саму Землю астрономия изучает как планету. В своей работе астрономы используют методы математики , физики и химии . До 1958 г. астрономия была чисто наблюдательной наукой, изучавшей свои объекты издалека в телескоп. Но с появлением космических аппаратов астрономы получили возможность посылать приборы к планетам и их спутникам, к кометам и астероидам для прямого изучения их атмосферы и поверхности. Так астрономия стала экспериментальной наукой.

Астрономия - одна из древнейших наук. В давние времена люди наблюдали перемещения небесных светил, чтобы измерять время, предсказывать наступление сезонов полевых работ, для ориентировки на суше и на море, для предсказания затмений и для ритуальных целей. До сих пор астрономия применяется для практических целей, таких как измерение времени, навигация, геодезия , причем методы и точность практической астрономии постоянно улучшаются.

Практическими задачами в основном занимаются национальные обсерватории и крупные астрономические институты, такие как Главная астрономическая (Пулковская) обсерватория РАН и Институт прикладной астрономии РАН в Санкт-Петербурге, Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга в Москве, Морская обсерватория США в Вашингтоне, Королевская Гринвичская обсерватория в Кембридже (Англия). Большинство же астрономов на других обсерваториях занято изучением различных объектов Вселенной.

Помимо профессиональных астрономов, работающих на крупных и хорошо оснащенных государственных и университетских обсерваториях, в мире насчитываются сотни любительских обсерваторий, на которых энтузиасты в свободное время проводят самостоятельные наблюдения, нередко имеющие научную ценность. В основном это наблюдения переменных звезд, комет и метеоров, солнечных пятен и вспышек, полярных сияний и серебристых облаков, а также редких явлений на поверхности Луны и планет.

Астрономия и объекты ее исследования

Астрономические исследования можно разделить на четыре важнейших направления: Солнечная система, звезды, межзвездное вещество и галактики.

Исследование Солнечной системы

Солнечная система состоит из звезды, которую мы называем Солнцем, и множества более мелких тел, обращающихся вокруг нее. Среди них 8 больших планет с их естественными спутниками, которых уже известно более 160 (см. Планеты Солнечной системы). Кроме того, вокруг Солнца движутся сотни тысяч малых тел - астероидов и комет, а также метеорные потоки, состоящие из частиц разрушенных астероидов и комет. В порядке удаления от Солнца большие планеты называются Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Первые две называют внутренними планетами, поскольку их орбиты лежат внутри орбиты Земли, а пять более далеких, чем Земля, называют внешними планетами. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн видны невооруженным глазом и потому были известны в древности; их называли «блуждающими звездами», поскольку они перемещаются на фоне далеких «неподвижных» звезд.

Движения планет помогают специалистам по понять законы взаимодействия тел и проверить фундаментальные физические теории, такие как теория относительности. Высочайшая точность небесной механики служит основой успеха космонавтики: только безошибочные расчеты влияния Солнца и планет на полет космического аппарата позволяет ему точно достигнуть своей цели в любой части Солнечной системы.

Специалисты по Солнцу изучают различные физические явления на его поверхности и в недрах, включая термоядерные реакции и другие высокотемпературные процессы. Они исследуют излучение Солнца и его влияние на земную атмосферу и биосферу . Солнце находится под постоянным наблюдением наземных и космических обсерваторий. Подробное изучение Солнца позволяет многое понять и в природе других звезд, слишком далеких от нас для детального изучения.

В исследовании Луны произошел гигантский прогресс с наступлением космической эры. Неизвестная прежде обратная сторона Луны впервые была сфотографирована советским аппаратом «Луна-3» в 1959 г. Американские аппараты «Рейнджер» в 1964-65 гг. передали изображения поверхности Луны с близкого расстояния, а в 1966-68 гг. на Луну мягко опустились автоматические станции «Луна-9», «Сервейер-5, -6 и -7» и определили прочность и состав ее грунта. В 1969-72 гг. совершили экспедиции на Луну экипажи американских «Аполлонов» и советские автоматические аппараты (1970-76 гг.), доставив на Землю для изучения сотни килограммов лунного грунта. Активные исследования Луны с помощью беспилотных аппаратов возобновились в середине 1990-х: США, Западная Европа, Япония, Китай, Индия в кооперации с учеными других стран, включая Россию, отправили к Луне орбитальные зонды, по данным которых были составлены качественные геологические и минералогические карты поверхности и найдены признаки воды. Теперь астрономам известны детальные физические и химические характеристики лунных пород и их возраст. Лишенная атмосферы и вулканов маленькая Луна за время своей эволюции изменилась гораздо меньше Земли, поэтому она «хранит ключи» ко многим тайнам происхождения Солнечной системы.

Такими же полезными для изучения истории Солнечной системы являются метеориты, возраст которых радиоизотопным методом оценивается в 4,5 млрд лет. Кометы тоже образовались в период молодости Солнечной системы и несут в себе ее первичное вещество. Астрономы уже проводят прямое изучение комет с помощью космических аппаратов; к тому же, некоторую информацию о них дают и метеоры, образующиеся при сгорании в атмосфере Земли мелких частиц, потерянных кометами при их сближении с Солнцем.

Исследования звезд

Древние люди считали звезды неподвижно прикрепленными с огромной небесной сфере, окружающей Землю и вращающейся вокруг нее. Характерным группам ярких звезд - созвездиям, они давали названия бытовых предметов, мифических героев и животных. Астрономы установили, что звезды - это гигантские газовые шары, подобные Солнцу. Они сияют постоянно, но днем не видны из-за яркого солнечного света, рассеянного в земной атмосфере.

Звезды различаются по своему расстоянию от Земли, по массе, светимости (т. е. мощности излучения), температуре, химическому составу, возрасту и скорости движения. Но как бы быстро они ни двигались, из-за большой удаленности звезды кажутся нам почти неподвижными и представляют почти идеальную систему отсчета, относительно которой удобно изучать движение тел Солнечной системы.

Расстояния до ближайших звезд измеряют методом триангуляции, используя в качестве базы диаметр орбиты Земли; а расстояния до далеких звезд определяют путем сравнения их видимой яркости с истинной светимостью, которую можно оценить по виду спектра звезды. Наблюдая спектры звезд, можно заметить, что у некоторых звезд спектральные линии периодически смещаются или раздваиваются. Это означает, что в действительности звезда двойная и линии смещаются из-за эффекта Доплера, связанного с движением звезд вокруг общего центра масс. Не менее половины всех звезд двойные. У некоторых близких звезд удалось выявить таким методом присутствие совсем небольших спутников, по массе близких к планетам (это так называемые коричневые карлики) и даже равных планетам (их называют экзопланетами). А раз помимо Солнечной системы существуют и другие планетные системы, то почему бы на тех планетах не быть жизни, в том числе и разумной? Для проверки этой идеи радиоастрономы уже более полувека пытаются принять сигналы разумных существ с планет у ближайших звезд и сами посылают такие сигналы в космос.

На каждой из звезд происходят грандиозные физические процессы, которые пока невозможно воспроизвести на Земле. При этом каждая звезда отделена от нас не только пространством, но и временем, необходимом свету, чтобы достичь Земли. Поэтому перед астрономами разворачивается панорама космических событий, уходящих в глубины прошлого на миллионы и даже миллиарды лет.

Исследование межзвездного вещества

Пространство между звездами не совсем пустое: оно заполнено разреженным газом и пылью. Особенно много межзвездного вещества в диске Галактики, а ее спиральных рукавах. В некоторых местах это вещество сконцентрировано в облака, которые могут светиться, если рядом находится горячая звезда; пример - известная Туманность Ориона, которую можно заметить невооруженным глазом чуть ниже Пояса Ориона. В наиболее массивных и холодных облаках вещество сжимается под действием собственной гравитации и из него формируются новые звезды. Эти облака столь плотны, что не пропускают свет звезд; заглянуть в их недра можно только с помощью инфракрасных и радиотелескопов. Прослеживая радиоизлучение межзвездного газа, астрономы узнали расположение спиральных рукавов нашей Галактики.

Исследование галактик

За пределами нашей Галактики существует великое множество других галактик. В ближайших из них с помощью крупных телескопов можно изучать отдельные звезды. По всем параметрам эти звезды очень похожи на те, что окружают нас, хотя сами галактики чрезвычайно разнообразны по форме, размеру и массе. Доплеровское смещение линий в спектрах галактик показывает, что они удаляются от нас, причем тем быстрее, чем дальше расположены.

С помощью радиотелескопов изучается межзвездный газ в далеких галактиках и высокоэнергичные частицы, движущиеся в их магнитных полях. Большой интерес у астрономов вызывают галактики с активными ядрами, особенно квазары, расположенные в ядрах массивных галактик. Источник их колоссальной энергии до сих пор вызывает споры.

Заря астрономии

Древняя астрономия

Необходимость в простых правилах, связывающих между собой исчисление времени по луне и солнцу, стимулировала развитие научной астрономии вавилонскими жрецами в последние три века до нашей эры. На основе своих наблюдений они составили детальные таблицы (эфемериды) для предсказания важнейших явлений солнца, луны и планет. Они приняли, что эти светила движутся по кругу, позже названному греками Зодиаком, и разделили его на 12 равных «знаков». Вавилоняне представляли мир как земляной диск на твердом основании, окруженный океанским рвом; а ниже была бездна и жилище смерти.

Греческая астрономия

Традиция научной астрономии восходит к древним грекам, объединившим наблюдения вавилонских звездочетов с естествознанием и . Пифагор (6 в. до н.э.) и его школа представляли Землю в виде сферы и учили, что пути небесных светил можно представить как равномерное круговое движение вокруг Земли. Это учение, математически оформленное Евдоксом Книдским (4 в. до н.э.), было развито Аристотелем (384-322 до н.э.) в космологическую систему, просуществовавшую почти без изменений вплоть до 16-го века.

В противовес этим взглядам Гераклид Понтийский (4 в. до н.э.) считал, что Земля вращается вокруг оси, а Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца, которое само движется вокруг Земли. Еще ближе к современной гелиоцентрической системе мира подошел Аристарх Самосский (3 в. до н.э.), учивший, что Земли вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Геоцентрическая система, разработанная в период эллинизма Гиппархом (2 в. до н.э.), была завершена Птолемеем (2 в.) в его «Альмагесте». Этот классический труд служил основным пособием по астрономии в течение 1400 лет. В нем содержится старейший звездный каталог, описаны угломерные инструменты той эпохи и открытая Гиппархом прецессия, изложена эпициклическая теория движения Луны и планет, употреблявшаяся вплоть до 17-го столетия. Согласно этой теории планеты равномерно обращаются по окружностям (эпициклам), центры которых, в свою очередь, обращаются вокруг Земли по окружностям большего диаметра (деферентам), причем плоскости тех и других не совпадают. Теория Птолемея позволила с хорошей точностью описать не только видимые пути планет на фоне звезд, но и вариации их яркости, связанные с изменением расстояния от Земли. Дальнейшее уточнение этой схемы потребовало введения дополнительных эпициклов и смещения точек вращения (эквантов) относительно центров окружностей. Таблицы движения светил, вычисленные по теории Птолемея, долгие годы удовлетворяли практические потребности людей.

Исламский период

После распада древней культуры путь греческой науки в христианский мир Средневековья пролег через исламскую цивилизацию. Арабы впитали традиции эллинизма на землях, захваченных ими в 7-ом веке. Багдад стал центром перевода на арабский греческой научной классики, включая «Альмагест» Птолемея. Затем через Каир эти труды достигли мусульманских университетов Испании. Сохранив основные принципы греческой астрономии, арабские ученые развили технику наблюдений и повысили точность вычисления планетных таблиц. В 12-м веке труды Аристотеля и Птолемея (в переводе с арабского на латинский) вновь стали доступны выходящему из застоя христианскому миру, а в 15-м веке обнаружились и греческие тексты классических трудов. Иоганн Мюллер (1436-1476) из Нюрнберга, известный как Региомонтан, возродил технику астрономических наблюдений.

Рождение современной астрономии

Система Коперника

Современную эру в астрономии открыл Николай Коперник (1473-1543), опубликовавший в 1543 свой труд «О вращениях небесных сфер». Он предположил, что в центре Вселенной находится Солнце, а все планеты, включая Землю, обращаются вокруг него. Суточное движение светил Коперник объяснял вращением Земли. Хотя физических доказательств этой гипотезы в то время еще не было, она существенно упрощала расчет планетных таблиц и была принята в практической астрономии. Но церковь отнеслась к ней недоброжелательно, опасаясь разрушения своей геоцентрической картины мира.

Для составления планетных таблиц, необходимых, прежде всего, мореплавателям, требовались непрерывные и точные наблюдения. Большой вклад в это внес выдающийся астроном 16-го века Тихо Браге (1546-1601). Более 20 лет в своей обсерватории на острове Вен в Зундском проливе он измерял положения Луны и планет, используя инструменты собственной конструкции. Он открыл два неравенства в движении Луны - вариацию и годичное уравнение. Как доказал позже Ньютон , причиной вариации служит притяжение Солнца, действующее по-разному на Землю и Луну из-за регулярного изменения их относительного расстояния от Солнца вследствие движения Луны по орбите. А причиной годичного уравнения (т. е. годичной периодичности в неправильностях движения Луны) служит орбитальное движение Земли, изменяющее расстояние системы Земля-Луна от Солнца.

Точными измерениями Тихо доказал, что вспыхнувшая в 1572 г. в созвездии Кассиопеи звезда (теперь мы знаем, что это был взрыв сверхновой звезды, породивший Крабовидную туманность), находится далеко за пределом атмосферы Земли. Наблюдая кометы в 1577 г. и позже, он доказал, что и они не возникают в земной атмосфере, а движутся за орбитой Луны. Эти открытия разрушили схоластический тезис о неизменности небес и привели к отказу от космологии Аристотеля.

Законы Кеплера

Наблюдения Тихо Браге, обработанные после его смерти Иоганном Кеплером (1571-1630), способствовали триумфу учения Коперника. Более того, Кеплер представил движение планет в совершенно новом свете. Он нашел, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; что радиус-вектор, соединяющий планету с Солнцем, за равные промежутки времени заметает равные площади; и что квадраты периодов обращения планет пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца. Публикация трех законов планетных движений Кеплера (1609-1619) и рассчитанные им по этим законам планетные таблицы (1627) значительно укрепили теорию Коперника. Однако попытки Кеплера дать физическое объяснение своим законам на основе механики Аристотеля оказались безуспешными.

Революция в механике началась, благодаря великому современнику Кеплера итальянцу Галилео Галилею (1564-1642). Путем экспериментов он доказал, что не требуется прикладывать силу для поддержания равномерного и прямолинейного движения тела. Этот принцип инерции стал первым законом механики Ньютона, объяснившей движение планет. В 1610 г. Галилей усовершенствовал изобретенную незадолго до этого подзорную трубу и первым применил ее в астрономии. В свой телескоп он открыл горы на Луне, четыре крупнейших спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. Он увидел, что Млечный Путь состоит из отдельных звезд и обнаружил загадочные «придатки» у Сатурна (как позже выяснилось - кольцо). Эти открытия окончательно разрушили традиционной представление о Вселенной в пользу теории Коперника.

Вероятно, Рене Декарт в 1644 г. первым ясно сформулировал принцип инерции, Роберт Гук в 1666 приложил его к теории движения планет, а Исаак Ньютон (1642-1727) в своих «Математических началах натуральной философии» (1687) утвердил его как закон движения. Ньютон доказал, что движение Луны вокруг Земли подчиняется силе тяжести, убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния. Идея о всемирном тяготении помогла объяснить эллиптические орбиты планет и прецессию земной оси.

Современная астрономия

В конце 19-го века астрономия преобразилась благодаря изобретению фотографии, позволившей объективно документировать небесные явления для их неоднократного дальнейшего изучения. Вторым важным изобретением стал спектроскоп. В 1672 г. Ньютон описал получение спектра солнечного света. Около 1814 г. Йозеф Фраунгофер открыл, что полоса спектра пересечена множеством темных линий. К середине 19-го века поняли, что раскаленные пары любого вещества дают характерный спектр из ярких линий. В 1848 Леон Фуко заметил, что пламя с натрием, помещенное перед электрической дугой, поглощает желтую часть ее излучения. Совпадение линий излучения и поглощения для многих элементов было доказано Густавом Кирхгофом после 1859 г. Он понял, что горячее ядро Солнца покрыто более холодной атмосферой, создающей в спектре фраунгоферовы линии поглощения. Основанный на этом анализ содержания химических элементов в атмосферах Солнца и звезд был развит Уильямом Хёггинсом (1824-1910).

Начатая Хёггинсом классификация звезд по их спектрам была развита Пьетро Анджело Секки (1818-1878), Германом Карлом Фогелем (1841-1907) и в колоссальной работе гарвардских астрономов под руководством Эдуарда Чарлза Пикеринга (1846-1919). Используя эффект смещения линий в спектре движущегося источника, открытый Доплером в 1842 г., Фогель в 1892 г., а затем Хёггинс стали измерять скорости приближения и удаления звезд.

Солнце

В 1843 Генрих Швабе сообщил, что количество пятен на Солнце изменяется с 11- летней периодичностью. Вскоре обнаружили сопутствующие этому изменения в геомагнитных явлениях. Начиная с 1866 Норман Локьер (1836-1920) стал использовать спектроскоп для изучения Солнца. Изобретенный Джорджем Хейлом (1890) и Анри Деландром (1891) спектрогелиограф дал возможность фотографировать Солнце в линии одного химического элемента; это позволило изучать распределение элементов и структуру пятен и протуберанцев.

Калориметрические измерения Джона Гершеля (1792-1871), Клода Пуйе (1791-1868) и Чарлза Аббота (1872-1973) позволили определить «солнечную постоянную» - поток солнечной энергии на единицу поверхности Земли, и, зная расстояние до Солнца, вычислить его полную светимость. На основании закона Йозефа Стефана (1879) о связи температуры тела с его излучением было найдено, что температура поверхности Солнца около 6000 °С. В 1848 г. Юлиус Роберт Майер предположил, что источником энергии Солнца служит падение на него метеоритов, а Герман Гельмгольц в 1854 г. привлек для этого сжатие Солнца. Но в 1939 г. Ганс Бете и Карл Вейцзеккер показали, что источником излучения Солнца служат термоядерные процессы в его недрах. Это позволило построить теорию внутреннего строения и эволюции звезд, надежно подтвержденную астрономическими наблюдениями (1960-80 гг.) и измерениями нейтринного потока от Солнца (1968-2002 гг.). В последние годы строение Солнца успешно изучают методами гелиосейсмологии, регистрируя флуктуации солнечной поверхности, вызванные выходом из недр звуковых волн.

Планеты

За всю эпоху астрономических наблюдений в Солнечной системе были открыты лишь две большие планеты - Уран и Нептун. Вильям Гершель (1738-1822) случайно обнаружил Уран 13 марта 1781 г., заметив диск планеты. Дальнейшие наблюдения Урана указали на возмущения в его движении, которые были приписаны влиянию более далекой планеты. Урбен Леверье (1811-1877) вычислил положение этой гипотетической планеты и по его указанию она была открыта 23 сентября 1846 г. в Берлинской обсерватории Иоганном Галле. Ее назвали Нептуном.

В ходе поисков планеты за Нептуном Клайд Томбо на Ловелловской обсерватории в 1930 г. нашел Плутон, который в 20 веке тоже считали планетой. Однако после 2004 г. на периферии Солнечной системы было обнаружено несколько тел подобных Плутону, и все они были в 2006 г. выделены в особую группу планет-карликов. В нее же вошел и крупнейший астероид Церера. Детальное изучение планет, астероидов и комет сейчас ведется с борта автоматических аппаратов, но массовое обнаружение объектов Солнечной системы (открыто уже более 500 тыс.) и наблюдение за их движением осуществляется с помощью наземных телескопов.

Звезды

Изучая небо в конце 18-го века, Вильям Гершель обнаружил двойные звезды, т. е. пары звезд, обращающихся под действием взаимного притяжения вокруг общего центра массы. Расстояния до звезд были впервые измерены в 1835-1839 гг., когда В. Я. Струве , Ф. Бессель и Т. Хендерсон определили параллаксы ближайших звезд.

Взамен распространенному в 19-м веке взгляду, что звезды только остывают в процессе эволюции, Джозеф Норман Локьер (1836-1920) предположил на основе «метеоритной гипотезы» небесных тел (1888), что в процессе аккумуляции и сжатия звезды разогреваются, достигают максимальной температуры и лишь затем начинают остывать. Эту идею в 1913 г. поддержал Генри Н. Рассел, обнаруживший, что холодные красные звезды составляют два класса с совершенно разной светимостью. Это же деление красных звезд на гигантов и карликов независимо открыл Эйнар Герцшпрунг (1873-1967). На основе современной физики теория внутреннего строения звезд начала развиваться с 1916 г. трудами Артура Эддингтона (1882-1944), Джеймса Джинса (1877-1946) и Эдуарда Милна (1896-1950). Мощный импульс эта теория получила с появлением компьютеров в середине 1950-х. Но и сейчас ее нельзя назвать завершенной, поскольку наблюдаемые явления в жизни звезд чрезвычайно разнообразны и не все из них находят объяснение.

Галактики

Томас Райт в 1750 г. и Вильям Гершель в 1784 г. объяснили явление Млечного Пути как наблюдаемую нами гигантскую совокупность звезд, сосредоточенных в плоском слое, вблизи средней плоскости которого находится Солнце. Гершель начал подсчеты звезд для изучения формы Галактики, а продолживший эти статистические исследования Якобус Корнелиус Каптейн (1851-1922) открыл в 1904 г. «звездные потоки», указавшие на вращение Галактики. Харлоу Шепли (1885-1972) определил положение центра Галактики и оценил ее размер по распределению в пространстве шаровых звездных скоплений.

Гершель подозревал, что некоторые туманности являются далекими звездными системами, подобными Галактике. Однако Хёггинс обнаружил в спектрах многих туманностей яркие линии, указывающие на их газовую природу. Противоречие разрешилось в первой половине 20-го века, когда выяснилось, что существуют как газовые межзвездные туманности, принадлежащие нашей Галактике, так и далекие звездные системы, - галактики, изучение и классификацию которых выполнил Эдвин Хаббл (1889-1953). Он показал, что практически все галактики удаляются от нас со скоростями, пропорциональными расстоянию до них (закон Хаббла) и таким образом открыл «расширение Вселенной». Факт горячего начала процесса расширения - Большого взрыва - подтвердился открытием реликтового излучения (1965 г.). Измерение расстояний до далеких галактик показало в 1998 г., что в последние миллиарды лет расширение Вселенной происходит с ускорением; причина этого «антигравитационного» эффекта пока не ясна.

Астрономические инструменты и приборы

К астрономическим инструментам можно отнести те инструменты, приборы, приспособления, которые прямо предназначены только для проведения измерений или других исследований астрономических явлений и астрономических объектов. Более универсальные инструменты и приборы, также часто применяемые в астрономических наблюдениях (так обычно называются исследования астрономических объектов, чтобы подчеркнуть пассивную роль исследователя в этом процессе), например, компьютер, как правило, не относят к астрономическим инструментам.

Развитие астрономических инструментов тесно связано с развитием астрономии как науки. Известны случаи, когда новая технология, воплощенная в астрономических приборах, предъявляя новые факты, давала значимый толчок новым идеям в астрономии. Также бывало и наоборот, новые астрономические идеи создавали потребность в разработке технологически новых инструментов и приборов, которые смогли бы предоставить необходимые данные об астрономических объектах.

Астрономические наблюдения начались гораздо раньше, чем появились первые астрономические инструменты, так для определения линии север-юг или высоты Солнца использовались любые ориентиры на местности или подходящие предметы и сооружения. Но постепенно требования к точности проведения астрономических измерений привели к созданию специальных установок. Самым древним астрономическим инструментом считается гномон - вертикальный шест известной длины с неким подобием шкалы, нанесенной на выровненной площадке у основания. Затем появились армиллярные сферы, квадранты, сектанты и прочие инструменты, предназначенные для определения абсолютного или взаимного положения астрономических объектов, видных невооруженным глазом. Соответственно, и содержание астрономических наблюдений сводилось к определению положения небесных светил и закономерностей в их движениях. Повышение точности измерений осуществлялось главным образом за счет увеличения размеров этих инструментов и за счет повышения точности различного вида часов.

Ситуация кардинальным образом начала меняться после появления телескопа - оптического прибора, собирающего свет с большей площади, нежели это делает глаз человека, и преобразующий направление прихода света так, что маленькое различие в направлениях становится большим и легко обнаруживаемым (Оптические телескопы). Эти две основных функции стали определяющим для понятия телескоп, и в настоящее время этим термином называются инструменты, работающие в других спектральных диапазонах электромагнитного излучения (например гамма-телескоп, радиотелескоп), а также применяемые для регистрации различных частиц (нейтринный телескоп).

Сильно изменившись, телескоп является основным астрономическим инструментом и прибором. С точки зрения оптической конструкции телескопы подразделяются на зеркальные, линзовые и зеркально-линзовые. Тип телескопа определяется исходя их особенностей его назначения. В свою очередь, зеркальные телескопы подразделяются по названию использованной оптической схемы: зеркальный телескоп системы Кассегрена, системы Ричи-Кретьена, трехзеркальная система телескопа LSST, зеркально-линзовый широкоугольный телескоп системы Максутова, камера Шмидта и т.д. По особенностям установки телескопа они разделяются на наземные на экваториальной или азимутальной монтировке и космические. Существует ИК телескоп, установленный на борту самолета (SOPHIA). Разрабатывались телескопы для наблюдений с аэро- и стратостатов.

Для наблюдений в разных спектральных диапазонах конструкции телескопов приходится оптимизировать вплоть до кардинального изменения облика (гамма-телескопы, рентгеновские, ультрафиолетовые, оптические, инфракрасные телескопы, суб-миллиметровые, миллиметровые, сантиметровые радиотелескопы и т.п.).

Существует также классификация по назначению телескопа, основное разделение касается солнечных и ночных наблюдений. Телескопы для исследования Солнца имеют ряд особенностей связанных со спецификой измерений такого мощного светового и протяженного источника и подразделяются далее по более узкому предназначению: хромосферный и фотосферный телескоп, коронограф и т.п.

Современные оптические телескопы для наблюдения звезд и внегалактических объектов имеют общие характерные особенности, определяемые текущим технологическим состоянием. Крупнейшие телескопы имеют схожие оптические схемы (система Ричи-Кретьена), характерный размер главного зеркала 8-11 м, встроенную систему активной оптики, контролирующей сравнительно медленные изменения параметров оптики и трубы телескопа, и оптимизированы для астрономических исследований в видимом и близком инфракрасном диапазонах спектра. Для достижения максимальной эффективности эти телескопы оснащаются системами адаптивной оптики. В некоторых случаях несколько телескопов объединяются в один комплекс, образуя звездный интерферометр с достаточно длинной базой, например, система из четырех телескопов VLB Южной европейской обсерватории на г. Параналь может образовывать интерферометр VLBI.

Проектируемые телескопы следующего поколения будут иметь диаметр главного зеркала порядка 30-50 м, что еще на два порядка увеличит их возможности. Эти телескопы изначально предназначены только для работы с системами адаптивной оптики различных типов. Их оптические схемы, как правило, оригинальны и содержат 3-4 зеркала. Современные телескопы - это уникальные, прецизионные, громадные и дорогостоящие инструменты. По своим размерам и стоимости (десятки и сотни миллионов долларов) они уступают разве что гигантским ускорителям элементарных частиц. Методом повышения эффективности их работы является установка такого инструмента в месте, обладающем хорошим и отличным астроклиматом.

Собранное телескопом излучение направляется на специальный астрономический прибор, назначение которого - пространственно или спектрально проанализировать излучение и зарегистрировать его для последующего хранения, измерения и анализа. Специфика астрономических измерения имеет особое отличие от обычного физического эксперимента - оно не может быть повторено в тех же самых условиях. Каждое астрономическое измерение - это некий временной срез реально части существующей и эволюционирующей Вселенной.

Астрономические навесные приборы (хотя они могут быть и установлены на неподвижной платформе телескопа) отличаются от обычных лабораторных аналогов повышенными требованиями к надежности, жесткости, термостабильности, эффективности пропускания света и чувствительности, поскольку предназначены для исследования предельно слабых астрономических объектов. В некоторых случаях речь идет об анализе единиц и десятков фотонов, приходящих от определенного источника. Время измерения может достигать нескольких часов. Типичными представителями таких приборов являются спектрографы, фотометры-поляриметры, часто они делаются многоканальными и многообъектными, чтобы не терять наблюдательное время.

В видимом и ближнем инфракрасном диапазонах с 90-х годов прошлого столетия в качестве детектора используются многоэлементные фотоэлектрические приборы - как правило ПЗС камеры, обладающие почти 100% квантовым выходом и чувствительные в достаточно широком спектральном диапазоне. Современные астрономические ПЗС камеры имеют типичные размер 4 тысячи на 4 тысячи фоточувствительных ячеек и шумы, эквивалентные одному упавшему фотону. Однако и такой размер не обеспечивает некоторые потребности астрономических измерений, поэтому детекторы часто объединяются в мозаики, позволяющие одновременно получать изображение участка звездного неба размером 40 тыс на 40 тыс элементов разрешения. Каждый такой снимок занимает в памяти компьютера объем в несколько гигабайт. На протяжении одной наблюдательной ночи может быть получена информация общим объемом несколько терабайт.

Астрономические инструменты и приборы - уникальные изделия современной технологии, позволяющие добиваться решения существующих проблем современной астрономии и физики.

1. Что изучает астрономия. Люди издавна пытались разгадать тайну окружающего мира, определить свое место в мировом порядке Вселенной, которую древнегреческие философы называли Космосом. Так человек пристально наблюдал за восходами и заходами Солнца, за порядком смены фаз Луны - ведь от этого зависела его жизнь и трудовая деятельность. Человека интересовал неизменный суточный ход звезд, но пугали непредсказуемые явления - затмения Луны и Солнца, появление ярких комет. Люди пытались понять закономерность небесных явлений и осмыслить свое место в этом безграничном мире. Астрономия исследует небесные объекты, явления и процессы, происходящие во Вселенной.

Астрономия - фундаментальная наука, изучающая строение, движение, происхождение и развитие небесных тел, их систем и всей Вселенной в целом.

Астрономия как наука - важный вид человеческой деятельности, дающий систему знаний о закономерностях в развитии природы. Цель астрономии - изучить происхождение, строение и эволюцию Вселенной.

Важными задачами астрономии являются объяснение и прогнозирование астрономических явлений, таких, как солнечные и лунные затмения, появление периодических комет, прохождение вблизи Земли астероидов, крупных метеорных тел или ядер комет. Астро-номия занимается изучением физических процессов, происходящих в недрах планет, на поверхности и в их атмосферах, чтобы лучше понять строение и эволюцию нашей планеты. Восемь больших планет (среди них Земля), карликовые планеты, их спутники, астероиды, метеорные тела, кометы, межпланетная пыль и полевые формы материи вместе с Солнцем составляют гравитационно-связанную Солнечную систему. Исследование движения небесных тел позволяет выяснить вопрос об устойчивости Солнечной системы, о вероятности столкновения Земли с астероидами и ядрами комет. Не теряет актуальность открытие новых объектов Солнечной системы и изучение их движения. Важно знание процессов, происходящих на Солнце, и прогнозирование их дальнейшего развития, так как от этого зависит существование всего живого на Земле. Изучение эволюции других звезд и сравнение их с Солнцем помогают познать этапы развития нашего светила.

Исследование нашей звездной Галактики и других галактик позволяет определить ее тип, эволюцию, место, занимаемое в ней Солнечной системой, вероятность близкого прохождения от Солнца других звезд или прохождения его самого через межзвездные облака газа и пыли.

Итак, астрономия изучает строение и эволюцию Вселенной. Под термином «Вселенная» понимается максимально большая область пространства, включающая в себя все доступные для изучения небесные тела и их системы.

2. Возникновение астрономии. Астрономия возникла в глубокой древности. Известно, что еще первобытные люди наблюдали звездное небо и затем на стенах пещер рисовали то, что видели. По мере развития человеческого общества с возникновением земледелия появилась потребность в счете времени, в создании календаря. Подмеченные закономерности в движении небесных светил, изменении вида Луны позволили древнему человеку найти и определить единицы счета времени (сутки, месяц, год) и высчитать наступление определенных сезонов года, чтобы вовремя провести посевные работы и убрать урожай.

Рис. 1. Наблюдение предутреннего восхода Сириуса в Древнем Египте

Наблюдение звездного неба с древнейших времен формировало самого человека как мыслящее существо. И если ориентация в пространстве и времени по Солнцу, другим звездам и Луне доступна животным на уровне рефлексов, то только человеку свойственно предсказывать земные явления по небесным. Так в Древнем Египте по появлению на предутреннем небе ярчайшей звезды Сириус жрецы предсказывали периоды весенних разливов Нила, определявших сроки земледельческих работ (рис. 1). В Аравии, где из- за дневной жары многие работы переносились на ночное время, существенную роль играло наблюдение фаз Луны. В странах, где было развито мореплавание, в особенности до изобретения компаса, особое внимание уделялось способам ориентирования по звездам.

В самых ранних письменных документах (3-2-е тысячелетия до н. э.) древнейших цивилизаций Египта, Вавилона, Китая, Индии и Америки имеются следы астрономической деятельности. В различных местах Земли наши предки оставили сооружения из каменных глыб и обработанных столбов, ориентированные на астрономически значимые направления. Эти направления совпадают, например, с точками восхода Солнца в дни равноденствий и солнцестояний. Подобные каменные солнечно-лунные указатели найдены в Южной Англии (Стоунхендж - рисунок 2), в России на южном Урале (Арка- им) и других местах. Возраст таких древних обсерваторий - около 5-6 тыс. лет.

Аналогичные наблюдательные площадки, использовавшиеся для астрономических наблюдений и отправлений культовых обрядов, обнаружены и в нашей стране. Например, культово-астрономическое каменное сооружение находится на берегу озера Яново вблизи г. Полоцка.

3 . Разделы астрономии . Как и любая другая наука, астрономия включает ряд разделов, тесно связанных между собой. Они отличаются друг от друга предметом исследования, а также методами и средствами познания.

Рассмотрим возникновение и развитие разделов астрономии в историческом аспекте. Правильное, научное представление о Земле как небесном теле появилось в Древней Греции. Александрийский астроном Эратосфен в 240 г. до н. э. весьма точно определил по наблюдениям Солнца размеры земного шара. Развивающиеся торговля и мореплавание нуждались в разработке методов ориентации, определении географического положения наблюдателя, точном измерении времени исходя из астрономических наблюдений. Решением этих задач стала заниматься практическая астрономия.

Гелиоцентрическая система мира Николая Коперника, изложенная в труде «Об обращениях небесных сфер» (1543 г.), дала ключ к познанию Вселенной. Однако веками укоренившееся мнение о неподвижной Земле как центре Вселенной долго не уступало места новому учению. Окончательно утвердил теорию Коперника, получив бесспорные доказательства ее истинности, итальянский физик, механик и астроном Галилео Галилей. Астрономические открытия Галилея были сделаны с помощью простейшего телескопа. На Луне ученый увидел горы и кратеры, открыл четыре спутника Юпитера. Обнаруженная им смена фаз Венеры свидетельствовала о том, что эта планета обращается вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

Современник Галилея Иоганн Кеплер (будучи ассистентом великого астронома Тихо Браге) получил доступ к высоким по точности результатам наблюдений планет, проводившихся в течение более чем 20 лет. Особое внимание Кеплера привлек Марс, в движении которого обнаружились значительные отступления от всех прежних теорий. После длительных вычислений ученому удалось найти законы движения планет. Эти три закона сыграли важную роль в развитии представлений об устройстве Солнечной системы. Раздел астрономии, изучающий движение небесных тел, получил название небесной механики.Небесная механика позволила объяснить и предварительно вычислить с очень высокой точностью почти все движения, наблюдаемые как в Солнечной системе, так и в Галактике.

В астрономических наблюдениях использовались все более совершенные телескопы. Зрительная труба Галилея была усовершенствована Кеплером, а затем Христианом Гюйгенсом. Исаак Ньютон изобрел новый вид телескопа - телескоп-рефлектор. С помощью модернизированных оптических приборов были сделаны новые открытия, причем относящиеся не только к телам Солнечной системы, но и к миру слабых и далеких звезд. В 1655 г. Гюйгенс разглядел кольца Сатурна и открыл его спутник Титан. В 1761 г. М. В. Ломоносов открыл атмосферу у Венеры и провел исследование комет. Принимая за эталон Землю, ученые сравнивали ее с другими планетами и спутниками. Так зарождалась сравнительная планетология.

Огромные и все увеличивающиеся возможности изучения физической природы и химического состава звезд предоставило открытие спектрального анализа (1859-1862). Детальные исследования темных линий в спектре Солнца, выполненные немецким ученым Йозефом Фраунгофером, стали первым шагом в получении спектральной информации о небесных телах. Быстрое развитие лабораторной спектроскопии и теории спектров атомов и ионов на основе квантовой механики привело к развитию на этой основе физики звезд, и в первую очередь физики звездных атмосфер. В 60-е гг. XIX в. спектральный анализ становится основным методом в изучении физической природы небесных тел. Раздел астрономии, изучающий физические явления и химические процессы, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве, называется астрофизикой.

Дальнейшее развитие астрономии связано с усовершенствованием техники наблюдений. Большие успехи достигнуты в создании новых типов приемников излучения. Фотоэлектронные умножители, электронно-оптические преобразователи, методы электронной фотографии и телевидения повысили точность и чувствительность фотометрических наблюдений и еще бо-лее расширили спектральный диапазон регистрируемых излучений. Стал доступным для наблюдений мир далеких галактик, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет. Возникли новые направления астрономии: звездная астрономия, космология и космогония.

Временем зарождения звездной астрономии принято считать 1837-1839 гг., когда независимо в России, Германии и Англии были получены первые результаты в определении расстояний до звезд. Звездная астрономия изучает закономерности в пространственном распределении и движении звезд в нашей звездной системе - Галактике, исследует свойства и распределение других звездных систем.

4 . Значение астрономии. Во все времена астрономия оказывала большое влияние на прак тическую деятельность человека, но самое главное ее значение заключалось и заключается в формировании научного мировоззрения. Это можно проследить, рассматривая развитие отдельных разделов астрономии.

Методы ориентировки, разрабатываемые практической астрономией, применяются в мореплавании, авиации и космонавтике. Требования к точности определения координат небесных объектов (звезд, квазаров, пульсаров) значительно возросли в связи с тем, что по ним ориентируются космические автоматические аппараты, скорости которых и покоряемые расстояния несоизмеримы с земными. В связи с освоением тел Солнечной системы возникает необходимость составления подробных карт Луны, Марса, Венеры.

Работа службы времени также связана с астрономией. В задачи данной службы входят определение, хранение и передача сигналов точного времени, что не потеряло актуальности и сейчас. Атомные часы, точность хода которых достигает 10“13 с, позволяют изучать годовые и вековые изменения вращения Земли, а значит, вносить поправки в единицы измерения времени.

По мере освоения космического пространства увеличивается число задач, решать которые призвана небесная механика. Одна из них - изучение отклонений орбит искусственных спутников Земли (ИСЗ) от расчетных. Изменение высоты полета ИСЗ надземной поверхностью зависит от средней плотности залегающих пород, что указывает на районы поиска нефти, газа или железной руды.

Исследование атмосфер тел Солнечной системы помогает лучше познать законы динамики атмосферы Земли, точнее, построить ее модель, а следовательно, увереннее предсказывать погоду. Практический интерес имеют для метеорологов, к примеру, вопросы образования сернистых облаков на Венере, вызывающих «парниковый эффект», или вопросы глобальных марсианских пылевых бурь, охлаждающих поверхность планеты.

Развитие астрофизики стимулирует разработку новейших технологий. Так, исследование, источников энергии Солнца и других звезд подсказала идею создания управляемых термоядерных реакторов. В процессе изучения солнечных протуберанцев родилась идея теплоизоляции сверхгорячей плазмы магнитным полем, создания магнитогидродинамических генераторов. Результаты наблюдений Службы Солнца - международной координирующей сети по регистрации активности Солнца - используются в метеорологии, космонавтике, медицине и других отраслях человеческой деятельности.

Наша Земля не изолирована в пространстве, на нее воздействуют частицы и поля, идущие от Солнца и других звезд. Многие звезды в конце своей эволюции взрываются (так называемые сверхновые), выделяя огромное количество энергии в течение нескольких секунд. Так, типичная вспышка сверхновой звезды на расстоянии 60 световых лет способна уменьшить озоновый слой нашей планеты в 20 раз, что в свою очередь приведет к возрастанию в миллион раз потока ультрафиолетового излучения, достигающего Земли.

Звездная астрономия изучает частоту, пространственное распределение и типы звезд, приводящих к космическим катастрофам.

Главные выводы:

1. Астрономия - фундаментальная наука, изучающая физические тела, явления и процессы, происходящие во Вселенной.

2. Астрономия состоит из ряда разделов, например небесная механика, сравнительная планетология, астрофизика, космология и др.

3. Основной способ исследования небесных объектов - астрономические наблюдения, выполняемые с помощью современных наземных и космических телескопов.

4. Основное назначение астрономии - формирование научного мировоззрения людей.

Вопросы к параграфу 1.1.

1) Что изучает астрономия? Перечислите важнейшие особенности астрономии.

2) Как возникла наука астрономия? Охарактеризуйте основные периоды ее развития.

3) Какие объекты и их системы изучает астрономия? Перечислите их в порядке увеличения размеров.

4) Из каких разделов состоит астрономия? Кратко охарактеризуйте каждый из них.

5) Что такое телескоп и для чего он предназначен?

6) Каково значение астрономии для практической деятельности человечества?

Небесный свод, горящий славой,
Таинственно глядит из глубины,
И мы плывем, пылающею бездной
Со всех сторон окружены.
Ф. Тютчев

Урок1/1

Тема : Предмет астрономии.

Оборудование : Ф. Ю. Зигель “Астрономия в ее развитии”, Теодолит, Телескоп, плакаты “телескопы”, “Радиоастрономия”, д/ф. “Что изучает астрономия”, «Крупнейшие астрономические Обсерватории», к/ф «Астрономия и мировоззрение», "астрофизические методы наблюдений". Глобус Земли, диапозитивы: фотографии Солнца, Луны и планет, галактик. CD- "Red Shift 5.1" или фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии». Показать Календарь Наблюдателя на сентябрь (взять с сайта Астронет), пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). можно показать отрывок из фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука).

Межпредметная связь : Прямолинейное распространение, отражение, преломление света. Построение изображений, даваемых тонкой линзой. Фотоаппарат (физика, VII кл). Электромагнитные волны и скорость их распространения. Радиоволны. Химическое действие света (физика, X кл).

Ход урока :

Вводная беседа (2 мин)

1. Учебник Е. П. Левитан; общая тетрадь - 48 листов; экзамены по желанию.
2. Астрономия - новая дисциплина в курсе школы, хотя вкратце с некоторыми вопросами вы знакомы.
3. Как работать с учебником.

• проработать (а не прочитать) параграф
• вникнуть в сущность, разобраться с каждым явлениями и процессами
• проработать все вопросы и задания после параграфа, кратко в тетрадях
• контролировать свои знания по перечню вопросов в конце темы
• дополнительно материал посмотреть в Интернете

Лекция (новый материал) (30 мин) Начало - демонстрация видео клипа с CD (или моей презентации).

Астрономия [греч. Астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] - наука о Вселенной, завершающая естественно-математический цикл школьных дисциплин. Астрономия изучает движение небесных тел (раздел “небесная механика”), их природу (раздел “астрофизика”), происхождение и развитие (раздел “космогония”) [Астрономия - наука о строении, происхождении и развитии небесных тел и их систем =, то есть наука о природе]. Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию.
Системы (космические): - все тела во Вселенной образуют системы различной сложности.

История астрономии (можно фрагмент фильма Астрономия (ч.1, фр. 2 Самая древняя наука))
Астрономия - одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе - исследуется не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также вырисовать научную картину будущего Вселенной.
Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью:

Этапы развития астрономии
I-й Античный мир (до н. э). Философия →астрономия → элементы математики (геометрия).
Древний Египет, Древняя Ассирия, Древние Майя, Древний Китай, Шумеры, Вавилония, Древняя Греция. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии: ФАЛЕС Милетский (625-547, Др.Греция), ЕВДОКС Книдский (408- 355, Др. Греция), АРИСТОТЕЛЬ (384-322, Македония, Др. Греция), АРИСТАРХ Самосский (310-230, Александрия, Египет), ЭРАТОСФЕН (276-194, Египет), ГИППАРХ Родосский (190-125г, Др.Греция).
II-ой Дотелескопический период. (наша эра до 1610г). Упадок науки и астрономии. Развал Римской империи, набеги варваров, зарождение христианства. Бурное развитие арабской науки. Возрождение науки в Европе. Современная гелиоцентрическая система строения мира. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Клавдий ПТОЛЕМЕЙ (Клавдиус Птоломеус )(87-165, Др. Рим), БИРУНИ, Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль - Бируни (973-1048, совр. Узбекистан), Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (Тарагай ) УЛУГБЕК (1394 -1449, совр. Узбекистан), Николай КОПЕРНИК (1473-1543,Польша), Тихо(Тиге) БРАГЕ (1546- 1601, Дания).
III-ий Телескопический до появления спектроскопии (1610-1814гг). Изобретение телескопа и наблюдения с его помощью. Законы движения планет. Открытие планеты Уран. Первые теории образования Солнечной системы. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Галилео ГАЛИЛЕЙ (1564-1642, Италия), Иоганн КЕПЛЕР (1571-1630, Германия), Ян ГАВЕЛИЙ (ГАВЕЛИУС ) (1611-1687, Польша), Ганс Христиан ГЮЙГЕНС (1629-1695, Нидерланды), Джованни Доминико (Жан Доменик) КАССИНИ> (1625-1712, Италия-Франция), Исаак НЬЮТОН (1643-1727, Англия), Эдмунд ГАЛЛЕЙ ( ХАЛЛИ , 1656-1742, Англия), Вильям (Уильям) Вильгельм Фридрих ГЕРШЕЛЬ (1738-1822, Англия), Пьер Симон ЛАПЛАС (1749-1827, Франция).
IV-ый Спектроскопия . До фотографии. (1814-1900гг). Спектроскопические наблюдения. Первые определения расстояния до звезд. Открытие планеты Нептун. Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Йозеф фон ФРАУНГОФЕР (1787-1826, Германия), Василий Яковлевич (Фридрих Вильгельм Георг) СТРУВЕ (1793-1864, Германия-Россия), Джордж Бидделл ЭРИ (ЭЙРИ , 1801-1892, Англия), Фридрих Вильгельм БЕССЕЛЬ (1784-1846, Германия), Иоганн Готфрид ГАЛЛЕ (1812-1910, Германия), Уильям ХЕГГИНС (Хаггинс , 1824-1910, Англия), Анжело СЕККИ (1818-1878, Италия), Федор Александрович БРЕДИХИН (1831-1904, Россия), Эдуард Чарльз ПИКЕРИНГ (1846-1919, США).
V-ый Современный период (1900-наст.время). Развитие применения в астрономии фотографии и спектроскопических наблюдений. Решение вопроса об источнике энергии звезд. Открытие галактик. Появление и развитие радиоастрономии. Космические исследования. Подробнее смотрите .

Связь c другими предметами.
ПСС т 20 Ф. Энгельс - “Сперва астрономия, которая уже из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих работ. Астрономия может развиваться только при помощи математики. Следовательно приходилось заниматься и математикой. Далее, на известной ступени развития земледелия в известных странах (поднятие воды для орошения в Египте), а в особенности вместе с возникновением городов, крупных построек и развитием ремесла развивалось и механика. Вскоре она становится необходимой для судоходства и военного дела. Она так же передается в помощь математике и таким образом способствует ее развитию”.
Астрономия сыграла столь ведущую роль в истории науки, что многие ученые считают - “астрономию наиболее существенным фактором развития от ее возникновения - вплоть до Лапласа, Лагранжа и Гаусса” - они черпали из нее задания и создавали методы решения этих задач. Астрономия, математика и физика никогда не теряли взаимосвязи, что нашло отражение в деятельности многих ученых.

		Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. Пример - создание и развитие космонавтики. Разрабатываются способы удержания плазмы в ограниченном объеме, концепция "бесстолкновительной" плазмы, МГД-генераторы, квантовые усилители излучения (мазеры) и т. д.
	1 - гелиобиология 2 - ксенобиология 3 - космическая биология и медицина 4 - математическая география 5 - космохимия А - сферическая астрономия Б - астрометрия В - небесная механика Г - астрофизика Д - космология Е - космогония Ж - космофизика	Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.). Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности. Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной, проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли. Связь астрономии с историей и обществоведением , изучающим развитие материального мира на качественно более высоким уровне организации материи, обусловлена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, сельского хозяйства, экономики и культуры; вопрос о влиянии космических процессов на социальное развитие человечества остается открытым. Красота звездного неба будила мысли о величии мироздания и вдохновлял писателей и поэтов . Астрономические наблюдения несут в себе мощный эмоциональный заряд, демонстрируют могущество человеческого разума и его способности познавать мир, воспитывают чувство прекрасного, способствуют развитию научного мышления. Связь астрономии с "наукой наук" - философией - определяется тем, что астрономия как наука имеет не только специальный, но и общечеловеческий, гуманитарный аспект, вносит наибольший вклад в выяснение места человека и человечества во Вселенной, в изучение отношения "человек - Вселенная". В каждом космическом явлении и процессе видны проявления основных, фундаментальных законов природы. На основе астрономических исследований формируются принципы познания материи и Вселенной, важнейшие философские обобщения. Астрономия оказала влияние на развитие всех философских учений. Невозможно сформировать физическую картину мира в обход современных представлений о Вселенной - она неминуемо утратит свое мировоззренческое значение.

Современная астрономия - фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой непосредственно связано с НТП. Для исследования и объяснения процессов используется весь современный арсенал разнообразных, вновь возникших разделов математики и физики. Существует и .

Основные разделы астрономии:

Наблюдения в астрономии.
Наблюдения - основной источник информации о небесных телах, процессах, явлениях, происходящих во Вселенной, так как их потрогать и провести опыты с небесными телами невозможно (возможность проведения экспериментов вне Земли возникла только благодаря космонавтике). Они имеют и особенности в том, что для изучения какого либо явления необходимы:

• длительные промежутки времени и одновременное наблюдение родственных объектов (пример-эволюция звезд)
• необходимость указания положения небесных тел в пространстве (координаты), так как все светила кажутся далекими от нас (в древности возникло понятие небесной сферы, которая как единое целое вращается вокруг Земли)

Пример: Древний Египет, наблюдая за звездой Сотис (Сириус) определили начало разлива Нила, установили продолжительность года в 4240г до н.э. в 365 дней. Для точности наблюдений, нужны были приборы .
1). Известно, что Фалес Милетский (624-547, Др. Греция) в 595г до н.э. впервые использовал гномон (вертикальный стержень, приписывается, что создал его ученик Анаксимандр) - позволил не только быть солнечными часами, но и определять моменты равноденствия, солнцестояния, продолжительности года, широту наблюдения и т.д.
2). Уже Гиппарх (180-125г, Др. Греция) использовал астролябию, что позволило ему измерить параллакс Луны, в 129г до н.э., установить продолжительность года в 365,25сут, определить процессию и составить в 130г до н.э. звездный каталог на 1008 звезд и т.д.
Существовали астрономический посох, астролабон (первая разновидность теодолита), квадрант и т.д. Наблюдения проводятся в специализированных учреждениях - , возникших еще на первом этапе развития астрономии до НЭ. Но настоящее астрономическое исследование началось с изобретением телескопа в 1609г.

Телескоп - увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела (разрешающая способность ), и собирает во много раз больше света, чем глаз наблюдателя (проникающая сила ). Поэтому в телескоп можно рассмотреть невидимые невооруженным глазом поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд. Все зависит от диаметра его объектива. Виды телескопов: и радио (Показ телескопа, плакат "Телескопы", схемы). Телескопы: из истории
= оптические

1. Оптические телескопы ()

	Рефрактор (refracto-преломляю)- используется преломление света в линзе (преломляющий). “Зрительная труба” сделана в Голландии [Х. Липперсгей]. По приблизительному описанию ее изготовил в 1609г Галилео Галилей и впервые направил в ноябре 1609г на небо, а в январе 1610г открыл 4 спутника Юпитера. Самый большой в мире рефрактор изготовлен Альваном Кларк (оптиком из США) 102см (40 дюймов) и установлен в 1897г в Йерской обсерватории (близь Чикаго). Им же был изготовлен 30 дюймовый и установлен в 1885г в Пулковской обсерватории (разрушен в годы ВОВ).
	Рефлектор (reflecto-отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи. В 1667г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон (1643-1727, Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41 х увеличении. В те времена зеркала делались из сплавов металла, быстро тускнели. Самый Большой в мире телескоп им. У. Кека установлен в 1996 году диаметр зеркало 10м (первый из двух, но зеркало не монолитное, а состоит из 36 зеркал шестиугольной формы) в обсерватории Маун-Кеа (Калифорния, США). В 1995г введен первый из четырех телескопов (диаметр зеркала 8м) (обсерватория ESO, Чили). До этого самый крупный был в СССР, диаметр зеркала 6м, установлен в Ставропольском крае (гора Пастухова, h=2070м) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (монолитное зеркало 42т, 600т телескоп, можно видеть звезды 24 м).
	Зеркально - линзовый. Б.В. ШМИДТ (1879-1935, Эстония) построил в 1930г (камера Шмидта) с диаметром объектива 44 см. Большой светосилы, свободный от комы и большим полем зрения, поставив перед сферическим зеркалом корректирующую стеклянную пластину. В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый, выгоден короткой трубой. Применяется любителями - астрономами. В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO). В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун - Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США) любительские телескопы

• непосредственные наблюдения
• фотографировать (астрограф)
• фотоэлектрические - датчик, колебание энергии, излучений
• спектральные - дают сведения о температуре, химическом составе, магнитных полях, движений небесных тел.

преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора. плакат "Радиотелескопы"). Радиоастрономия получило развитие после войны. Наибольшие сейчас радиотелескопы это неподвижные РАТАН- 600, Россия (вступил в строй в 1967г в 40 км от оптического телескопа, состоит из 895 отдельных зеркал размером 2,1х7,4м и имеет замкнутое кольцо диаметром 588м), Аресибо (Пуэрто -Рико, 305м-забетонированная чаша потухшего вулкана, введен в 1963г). Из подвижных имеют два радиотелескопа 100м чашу.

Небесные тела дают излучение: свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, радиоволны, рентгеновское, гамма - излучения. Так как атмосферы мешает прониканию лучей к земле c λ< λ света (ультрафиолетовые, рентгеновские, γ - излучения), то последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории : (т.е развиваются внеатмосферные наблюдения).

l. Закрепление материала .
Вопросы:

1. Какие сведения астрономические вы изучали в курсах других предметов? (природоведение, физики, истории и т.д.)
2. В чем специфика астрономии по сравнению с другими науками о природе?
3. Какие типы небесных тел вам известны?
4. Планеты. Сколько, как называются, порядок расположения, самая большая и т.д.
5. Какое значение в народном хозяйстве имеет сегодня астрономия?

начения в народном хозяйстве:
- Ориентирование по звездам для определения сторон горизонта
- Навигация (мореходство, авиация, космонавтика) - искусство прокладывать путь по звездам
- Исследование Вселенной с целью понять прошлое и спрогнозировать будущее
- Космонавтика:
- Исследование Земли с целью сохранения ее уникальной природы
- Получение материалов, которые невозможно получение в земных условиях
- Прогноз погоды и предсказание стихийных бедствий
- Спасение терпящих бедствие судов
- Исследования других планет для прогнозирования развития Земли
Итог:

1. Что нового узнали. Что такое астрономия, назначение телескопа и его виды. Особенности астрономии и т.д.
2. Надо показать пользование CD- "Red Shift 5.1", Календарь Наблюдателя, пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод). В Интернете показать , Астротоп , портал:Астрономия в Википедии , - используя которые можно получить информации по интересующему вопросу или найти её.
3. Оценки.

Домашнее задание: Введение, §1; вопросы и задания для самоконтроля (стр11), №6 и 7 составить схемы, желательно бы на уроке; стр29-30 (п.1-6) - главные мысли.
При подробном изучении материала об астрономических инструментах можно предложить ученикам вопросы и задачи:
1. Определите основные характеристики телескопа Г. Галилея.
2. В чем преимущества и недостатки оптической системы рефрактора Галилея по сравнению с оптической схемой рефрактора Кеплера?
3. Определите основные характеристики БТА. Во сколько раз БТА мощнее МШР?
4. В чем преимущества телескопов, установленных на борту космических аппаратов?
5. Какими условиями должно удовлетворять место для строительства астрономической обсерватории?

Урок оформили члены кружка “Интернет технологии” 2002г: Прытков Денис (10кл) и Дисенова Анна (9кл) . Изменен 01.09.2007г

«Планетарий» 410,05 мб		Ресурс позволяет установить на компьютер учителя или учащегося полную версию инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". "Планетарий" - подборка тематических статей - предназначены для использования учителями и учащимися на уроках физики, астрономии или естествознания в 10-11 классах. При установке комплекса рекомендуется использовать только английские буквы в именах папок.
Демонстрационные материалы 13,08 мб		Ресурс представляет собой демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий".
Планетарий 2,67 мб		Данный ресурс представляет собой интерактивную модель "Планетарий", которая позволяет изучать звездное небо посредством работы с данной моделью. Для полноценного использования ресурса необходимо установить Java Plug-in
Урок	Тема урока	Разработки уроков в коллекции ЦОР	Статистическая графика из ЦОР
Урок 1	Предмет астрономии	Тема 1. Предмет астрономии. Созвездия. Ориентирование по звездному небу 784,5 кб 127,8 кб 450,7 кб Шкала электромагнитных волн с приемниками излучения 149,2 кб

1. Потребность счета времени (календарь). (Древний Египет - замечена взаимосвязь с астрономическими явлениями)
2. Находить дорогу по звездам, особенно мореплавателям (первые парусные суда появились за 3 тыс. лет до н. э)
3. Любознательность - разобраться в происходящих явлениях и поставить их себе на службу.
4. Забота о своей судьбе, народившая астрологию.

Меня всегда звезды интересовали. Даже не знаю, почему. С детства люблю смотреть в ночное небо. Мы жили на окраине города, фонарей у нас почти не было и звезды было видно хорошо. Я даже взяла у своей старшей соседки учебник астрономии, стала его читать и отыскивать на небе созвездия. Я и до сих пор могу разглядеть в ночном небе некоторые их них.

Что за наука – астрономия

Астрономия – это как раз и есть наука, изучающая вселенную и ее небесные тела и объекты . А к ним относятся:

• звезды;
• планеты;
• астероиды;
• спутники;
• туманности;
• и даже галактики.

Эта самая астрономия изучает не только из чего эти тела, но и их происхождение, развитие и движение.

Наука эта одна из самых древнейших. А что сложного-то в ней: задрал голову в небо и наблюдай. Вот так в древности и делали, пока не стали изобретать разные приборы для наблюдения за небом .

С незапамятных времен изучение небосвода помогало людям на практике. Расположение и движение небесных тел позволяло определять наступление времен года, составлять календари, предсказывать погоду, ориентироваться при морской навигации и много чего другого.

Как развивалась эта наука

Особенно развили астрономию древние греки (это они тогда были впереди планеты всей). Еще Пифагор предположил, что Земля круглая. А другой его соотечественник – Аристарх вообще высказался, что Земля вращается вокруг Солнца (а раньше считали, что все наоборот). И им ничего за это не было. А вот бедного итальянца Джордано Бруно за предположение о бесконечности Вселенной на костре сожгли, а перед этим 7 лет в тюрьме продержали, принуждая отказаться от своих домыслов. Католическая церковь постаралась. Не так она представляла себе Вселенную.

Какая бывает астрономия

Условно в прошлом веке астрономию разделили на наблюдательную и теоретическую . Теоретическая – это когда разрабатывают компьютерные, математические или аналитические модели для изучения астрономии .

Но наблюдательная увлекательней. Просто смотреть на звезды и то интересно, а уж изучать небо в телескоп , я думаю, еще интересней. Поэтому много есть любителей в мире посмотреть в ночное небо. И даже от них есть польза! И хотя технические возможности у любителей меньше (никто же не сможет купить себе огромный телескоп, их просто не продают), объем их наблюдений значительно больше. Некоторые ученые в этой науке вышли из любителей .

В советские времена и чуть позже астрономию преподавали в старших классах как отдельный предмет. Но уже почти 15 лет такого предмета не существует. Очень жаль. Так как по статистике 30% россиян снова думают, что это Солнце вращается вокруг Земли , а не наоборот.

Объекты астрономии

Астрономия прошла долгое развитие от первых попыток древними людьми что-то узнать о мироздании, до современных технологичных аппаратов, позволяющих заглянуть в глубь Вселенной и узнать её прошлое и будущее. Рассмотрим кратко, что является объектами изучения современной астрономии.

В астрономии объектами изучения являются небесные тела, расположенные в том числе и в нашей Солнечной системе (Солнце, планеты, метеориты и т. д).

Итак, какими же особенностями обладает астрономический объект?

Астрономический объект (или тело) имеет следующие характеристики.

Определение 1

Астрономический объект это, как правило, некое тело которое имеет обособленную, связанную гравитацией структуру. Иногда, эта структура может быть связана электромагнетизмом. Такими объектами, в частности, являются астероиды, спутники, планеты, а также звезды.

Исследователи отмечают, что в изучаемой ими Вселенной просматривается явно некая иерархическая структура. Так, астрономы могут наблюдать, что галактики организуются в группы и скопления галактик, а те в свою очередь - в сверхскопления. При этом галактики образуют то, что астрономы называют «наблюдаемой Вселенной».

Как галактики, так и карликовые галактики могут иметь разнообразные структуры. Такая структура определяется особенностями формирования и эволюции галактик, и особенностями взаимодействия с иными галактиками.

Так, в зависимости от типа галактики, у неё может быть несколько различных компонентов, таких как:

• спиральные рукава,
• гало,
• ядро.

Отметим, что согласно современным представлениям, в ядре большинства галактик существуют массивные черные дыры. Данные черные дыры и приводят в результате к появлению активных ядер. Кроме того, у галактик могут существовать спутники. Спутниками галактик могут быть карликовые галактики и шаровые звездные скопления.

Отметим также и особенности формирования составных частей галактики. Такие части сформированы из газа и пыли, которые собираются гравитацией в иерархическом порядке. На данном уровне мы встречаем в основном звезды. Они собираются в звездные скопления, которые формируются в регионах так называемого звездообразования.

Разнообразие типов звезд обусловлено такими причинами как их масса, состав и идущая в этом момент эволюция звезды. Звезды также могут объединяться в звездные системы.

Звездные системы, в свою очередь, состоят из нескольких частей, которые обращаются друг вокруг друга или же вокруг центра массы.

В свою очередь планетарные системы и малые тела, такие как астероиды, кометы и т. д. формируются процессами (называемыми аккреционными), происходящими в протопланетном диске. Этот диск окружает новорожденные звезды.

Объекты Солнечной системы

Рассмотрим как пример объекты Солнечной системы.

Рисунок 1. Объекты Солнечной системы. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

Солнечная система представляет собою планетную систему в состав которой входит центральная звезда по имени Солнце. Также в Солнечную систему входят все прочие естественные космические объекты которые обращаются вокруг нашего светила. Солнечная система согласно научным данным сформировалась в результате гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд. лет назад.

Отметим, что общая масса Солнечной системы равна 1,0014 M☉. При этом большая часть массы приходится как раз на Солнце.

Меркурий, Венера, Земля и Марс расположены ближе всего к Солнцу и их называют планетами земной группы. Эти планеты состоят в основном из силикатов и металлов.

Следующие четыре планеты более удалены от Солнца. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Их называют также газовыми гигантами. Эти планеты обладают гораздо большей массой чем планеты земной группы.

Самые крупные планеты Солнечной системы Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия.

Газовые гиганты меньшего размера - Уран и Нептун, кроме водорода и гелия имеют в своем составе метан и угарный газ. Также эти планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов».

Кроме того, шесть планет из восьми и четыре карликовые планеты имеют естественные спутники. Планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют такую особенность как окружающие их кольца пыли и иных частиц.

В Солнечной системе присутствуют также две области, которые имеют в своем наличии множество малых тел. Это, пояс астероидов, который находится между Марсом и Юпитером. По составу данный пояс схож с планетами земной группы. Астероиды как и планеты земной группы состоят в основном из силикатов и металлов.

Самыми крупными объектами рассматриваемого пояса астероидов являются следующие небесные тела: планета Церера, а также астероиды Паллада, Веста и Гигея.

За орбитой планеты Нептун находятся так называемые транснептуновые объекты. Они состоят в основном из замерзшей воды, аммиака и метана. Наиболее крупными из них считаются такие объекты как:

• Плутон,
• Седна,
• Хаумеа,
• Макемаке,
• Квавар,
• Эрида.

Замечание 2

Отметим, что не так давно Плутон считался девятой планетой Солнечной системой, но был «разжалован» в связи с дополнительными научными изысканиями.

Также в нашей Солнечной системе присутствуют такие виды малых астрономических объектов как планетные квазиспутники и троянцы, кентавры, околоземные астероиды, дамоклоиды. Кроме того, по Солнечной системе происходят перемещения комет, метеороидов и космической пыли. .

Заметим также, что существует и солнечный ветер, который является потоком плазмы от нашего Солнца. Этот солнечный ветер образует границу гелиосферы в межзвездной среде. Гелиосфера простирается по наблюдениям специалистов до самого края рассеянного диска. В свою очередь, так называемое, облако Оорта, которое служит источником долгопериодических комет, простирается по оценкам специалистов приблизительно в тысячу раз дальше, чем гелиосфера.

Напечатать