Астрономия. Современные методы астрономических исследований Астрономия как предмет

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

Тогда и сейчас

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

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

Две астрономии

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

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

Астрономия как философская наука

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

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

Двадцатый век

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

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

Астрономия и астрология

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

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

Астрономия и история

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

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

Восток и Запад

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

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

Древняя Греция и арабский мир

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

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

Небесная механика

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

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

1. Что изучает астрономия. Связь астрономии с другими науками, ее значение

Астрономия * - наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Накопленные ею знания применяются для практических нужд человечества.

* (Это слово происходит от двух греческих слов: астрон - светило, звезда иномос - закон. )

Астрономия является одной из древнейших наук, она возникла на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения были известны уже тысячи лет назад в Вавилоне, Египте, Китае и применялись народами этих стран для измерения времени и ориентировки по сторонам горизонта.

И в наше время астрономия используется для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследованию и освоению космического пространства, развитию космонавтики и изучению нашей планеты из космоса. Но этим далеко не исчерпываются решаемые ею задачи.

Наша Земля является частью Вселенной. Луна и Солнце вызывают на ней приливы и отливы. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния различных космических тел на Землю также изучает астрономия.

Курс астрономии завершает физико-математическое и естественнонаучное образование, получаемое вами в школе.

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

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

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

Предвычисляя наступление затмений Солнца и Луны, появление комет, показывая возможность естественнонаучного объяснения происхождения и эволюции Земли и других небесных тел, астрономия подтверждает, что предела человеческому познанию нет.

В прошлом веке один из философов-идеалистов, доказывая ограниченность человеческого познания, утверждал, что, хотя люди и сумели измерить расстояния до некоторых светил, они никогда не смогут определить химический состав звезд. Однако вскоре был открыт спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер звезд, но и определили их температуру. Несостоятельным оказались и многие другие попытки указать границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру лунной поверхности, затем измерили ее с Земли при помощи термоэлемента и радиометодов, потом эти данные были подтверждены приборами автоматических станций, созданных и посланных людьми на Луну.

2. Масштабы Вселенной

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

Расстояния между отдельными галактиками обычно в десятки раз превосходят их размеры. Чтобы яснее представить себе масштабы Вселенной, внимательно изучите рисунок 1.

Звезды являются наиболее распространенным типом небесных тел во Вселенной, а галактики и их скопления - ее основными структурными единицами. Пространство между звездами в галактиках и между галактиками заполнено очень разреженной материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного излучения, гравитационных и магнитных полей.

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

Проникнуть в глубины Вселенной, изучить физическую природу небесных тел можно при помощи телескопов и других приборов, которыми располагает современная астрономия благодаря успехам, достигнутым в различных областях науки и техники.

В XX в. радикально изменилась древнейшая наука – астрономия. Это связано, как с появлением её новой теоретической основы – релятивистской и квантовой механики, так и с расширением возможностей экспериментальных исследований.

Общая теория относительности стала одной из основополагающих теорий космологии, а создание квантовой механики дало возможность изучать не только механическое движение космических тел, но и их физические и химические характеристики. Получили развитие звездная и внегалактическая астрономия. Астрономия стала всеволновой, т.е. астрономические наблюдения проводятся на всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения (радио, инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-излучение). Ее экспериментальные возможности существенно возросли с появлением космических аппаратов, позволяющих проводить наблюдения за пределами земной атмосферы, поглощающей излучение. Все это привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной и открытию целого ряда необычных (а часто и необъяснимых) явлений.

Основной инструмент астрономических исследований - телескоп, другие приборы, например спектроскопические, исследуют излучение, собираемое телескопом. Сейчас лишь малая часть астрономических работ осуществляется визуально, в основном исследования проводятся с помощью фотокамер и других регистрирующих излучение приборов. Появились радиотелескопы, позволяющие изучать радиоизлучение всевозможных объектов Солнечной системы, нашей и других галактик. Радиоастрономия чрезвычайно расширила знания о Вселенной и привела к открытию пульсаров (нейтронных звезд), квазаров – внегалактических объектов, являющихся самыми мощными из известных источников излучения, позволила получить информацию о наиболее удаленных областях Вселенной, обнаружить изотропное «реликтовое» излучение. Все это – важнейшие открытия ХХ в. Дополнительную информацию дают и исследования в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и - диапазонах, но эти излучения сильно поглощаются атмосферой, и соответствующая аппаратура устанавливается на спутниках. К выдающимся открытиям ХХ в. относится и обнаруженное в 1929 г. американским астрономом Эдвином Хабблом (1889 – 1953) увеличение длины волны, соответствующей линиям в спектрах удаленных галактик («красное смещение»), которое свидетельствует о взаимном удалении космических объектов, т.е. о расширении Вселенной.

Структура Вселенной

Солнечная система. Солнечная система – космический дом человечества. Солнце - источник тепла и света, источник жизни на Земле. Солнечная система - взаимосвязанная совокупность звезды – Солнца и множества небесных тел, к которым относятся девять планет, десятки их спутников, сотни комет, тысячи астероидов и др. Все эти разнообразные тела объединены в одну устойчивую систему благодаря силе гравитационного притяжения центрального тела – Солнца.

Солнце – плазменный шар, состоящий в основном из водорода и гелия, находящийся в состоянии дифференцированного вращения вокруг своей оси. Наибольшая скорость вращения в экваториальной плоскости – один оборот за 25,4 суток. Источником солнечной энергии, скорее всего, являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, протекающие во внутренних областях солнца, где температура достигает 10 7 К. Температура поверхностных частей 6000 К. Поверхность Солнца не является гладкой, на ней наблюдаются гранулы, обусловленные конвективными газовыми потоками, возникают и исчезают «пятна», вихри. Взрывные процессы на Солнце, солнечные вспышки, периодически возникающие на его поверхности пятна, могут служить мерой активности Солнца. Исследования показали, что цикл максимальной активности Солнца регулярен и составляет приблизительно 11 лет. Пятна и вспышки на Солнце – наиболее заметные проявления магнитной активности Солнца. Связь между солнечной активностью и процессами на Земле отмечалась еще XIX веке, а в настоящее время имеется огромный статистический материал, подтверждающий влияние активности Солнца на земные процессы.

Разработанная в XVII – XVIII вв. теоретическая основа классической астрономии – классическая механика позволяет прекрасно описать движение связанных гравитационным взаимодействием тел Солнечной системы, но не дает ответа на вопрос о ее происхождении. Планеты солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, за исключением последней движутся вокруг Солнца в одном направлении в единой плоскости по эллиптическим орбитам. Планеты, как и их спутники, не являются самосветящимися телами и видны только потому, что освещены Солнцем. С 1962 г. планеты и их спутники исследуются не только с Земли, но и с космических станций. В настоящее время накоплен обширный фактический материал об особенностях физических и химических свойств поверхности планет, их атмосферы, магнитном поле, периодах вращения вокруг оси и Солнца. По физическим характеристикам планеты делятся на две группы: планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и планеты земной группы (Меркурий, Земля, Венера, Марс). Орбита наиболее удаленной от Солнца планеты – Плутона, размер которого меньше размера спутника Земли – Луны, определяет размер Солнечной системы 1,2·10 13 м.

Солнечная система, являясь частью нашей галактики, как целое движется вокруг ее оси со скоростью 250 м/с, делая полный оборот за 225 млн. лет. Согласно современным представлениям формирование современной структуры Солнечной системы началась с бесформенной газопылевой туманности (облака). Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце – звезда второго (или более позднего) поколения, т.к. кроме обычных для звезд водорода и гелия содержит и тяжелые элементы. Элементный состав Солнечной системы характерен для эволюции звезд. Под действием гравитационных сил облако сжималось так, что самая плотная его часть находилась в центре, где сосредоточена основная масса вещества первичной туманности. Там возникло Солнце, в недрах которого затем начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий, являющиеся основным источником энергии солнца. По мере увеличения светимости Солнца газовое облако становилось все менее однородным, в нем появились сгущения – протопланеты . С ростом размеров и массы протопланет их гравитационное притяжение усиливалось, таким образом сформировались планеты. Остальные небесные тела образованы остатками вещества исходной туманности. Итак, примерно 4,5 - 5 млрд лет назад Солнечная система окончательно сформировалась в сохранившемся до нас виде. Вероятно, еще через 5 млрд лет Солнце истощит запасы водорода, и его структура начнет изменяться, что приведет к постепенному разрушению нашей Солнечной системы.

Хотя современные представления о происхождении Солнечной системы остаются на уровне гипотез, они согласуются с идеями закономерной структурной самоорганизации Вселенной в условиях сильнонеравновесного состояния.

Звезды. Галактики. Солнце – песчинка в мире звезд. Звезда – основная структурная единица мегамира. Стационарная звезда представляет собой высокотемпературный плазменный шар в состоянии динамического гидростатического равновесия. Она является тонко сбалансированной саморегулирующейся системой. В отличие от других небесных тел, например планет, звезды излучают энергию. Энергия, генерируемая в них ядерными процессами, приводит к возникновению в недрах звезд атомов химических элементов тяжелее водорода и является источником света. Звезды – природные термоядерные реакторы, в которых происходит химическая эволюция вещества. Они сильно различаются по своим физическим свойствам и химическому составу. Наблюдаются разные типы звезд, которые соответствуют разным этапам их эволюции. Эволюционный путь звезды определяется её массой, которая меняется в основном в пределах от 0,1 до 10 масс Солнца. Звезды рождаются, изменяются и гибнут. При массе, меньшей 1,4 солнечной, звезда, пройдя стадию красного гиганта , превращается сначала в белого карлика , затем – в черного карлика , холодную мертвую звезду, размер которой сравним с размером Земли, а масса – не более солнечной. Более массивные звезды на завершающем этапе эволюции испытывают гравитационный коллапс – неограниченное стягивание вещества к центру и могут вспыхнуть как сверхновые с выбросом значительной части вещества в окружающее пространство в виде газовых туманностей и превращением оставшейся части в сверхплотные нейтронную звезду или черную дыру .

Звезды образуют галактики - гигантские гравитационно связанные системы. Наша Галактика, в которую входит Солнце, называется Млечный путь и насчитывает 10 11 звезд. Галактики разнообразны по размерам и по форме. По внешнему виду выделяют три типа галактик – эллиптические, спиральные и неправильные. Наиболее распространенными являются спиральные, к ним относится и Наша Галактика. Она представляет собой уплощенный диск с диаметром ~ 10 5 световых лет с выпуклостью в центре, откуда исходят спиральные рукава. Галактика вращается, причем быстрота вращения зависит от расстояния до ее центра. Солнечная система находится на расстоянии приблизительно 30 000 световых лет от центра галактического диска.

С Земли невооруженным глазом можно наблюдать три галактики – Туманность Андромеды (из Северного полушария) и Большое и Малое Магеллановы облака (из Южного). Всего же астрономы обнаружили около ста миллионов галактик.

Помимо миллиардов звезд галактики содержат вещество в виде межзвездного газа (водород, гелий) и пыли. Плотные газово-пылевые облака скрывают от нас центр нашей Галактики, поэтому о его структуре можно судить только предположительно. Кроме того, в межзвездном пространстве существуют потоки нейтрино и электрически заряженных частиц, разогнанных до околосветовых скоростей, а также поля (гравитационные, электромагнитные). Следует отметить, что, хотя количество молекул органических соединений в межзвездном веществе невелико, их присутствие является принципиально важным. Например, теория абиогенного происхождения жизни на Земле опирается на участие в этом процессе молекул органических веществ, электромагнитного излучения и космических лучей. Чаще всего органические молекулы встречаются в местах максимальной концентрации газопылевого вещества.

В конце 70-х годов нашего века астрономы обнаружили, что галактики во Вселенной распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Таким образом, в небольших масштабах вещество распределено очень неравномерно, но в крупномасштабной структуре Вселенной не существует каких-либо особых мест или направлений, поэтому в больших масштабах Вселенную можно считать не только однородной, но и изотропной.

Метагалактика. Мы вкратце рассмотрели структурные уровни организации вещества в мегамире. Есть ли верхняя граница в возможности наблюдения Вселенной? Современная наука отвечает на этот вопрос утвердительно. Существует принципиальное ограничение размеров наблюдаемой части Вселенной, связанное не с экспериментальными возможностями, а с конечностью её возраста и скорости света.

Космология на основе общей теории относительности Эйнштейна и закона Хаббла(см. ниже) определяет возраст Вселенной Т вс 15-20 млрд лет (10 18 с). Никаких структурных единиц до этого не существовало. Введем понятие космологического горизонта, отделяющего те объекты от которых свет за время t<Т вс до нас дойти не может. Расстояние до него

где с – скорость света в вакууме, Т вс – возраст Вселенной.

Космологический горизонт образует границу принципиально наблюдаемой части Вселенной - Метагалактики . Если принять, что возраст Вселенной 10 18 с, то размер Метагалактики имеет порядок 10 26 м, причем космологический горизонт непрерывно удаляется от нас со скоростью 3·10 8 м/с.

Важное свойство Метагалактики в современном состоянии – её однородность и изотропность, т.е. свойства материи и пространства одинаковы во всех частях Метагалактики и по всем направлениям. Одно из важнейших свойств Метагалактики – её постоянное расширение, «разлет» галактик. Американский астроном Э. Хаббл установил закон, согласно которому чем дальше от нас находятся галактики, тем с большей скоростью они удаляются.

Расширяющаяся Вселенная – это Вселенная изменяющаяся. А значит, у неё есть своя история и эволюция. Эволюция Вселенной как целого изучается космологией , которая в настоящее время дает описание и первых мгновений её возникновения и возможных путей развития в будущем.

Астрономия в жизни современного человека

Еще в детстве, будучи любопытным ребенком, я мечтал стать космонавтом. И естественно, когда я вырос, мой интерес был обращен к звездам. Постепенно читая книги по астрономии и физике, неспеша изучал азы. Параллельно чтению книг, осваивал карту звездного неба. Т.к. я вырос в поселке, то у меня был достаточно хороший обзор звездного неба. Сейчас в свободное время продолжаю читать книги, публикации и стараюсь следить за современными достижениями науки в этой области знаний. В будущем хотелось бы приобрести собственный телескоп.

Астрономия - наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом.

Человек, по своей сути, имеет необычайное любопытство, ведущее его к изучению окружающего мира, поэтому астрономия постепенно зарождалась во всех уголках мира, где жили люди.

Астрономическая деятельность прослеживается в источниках по крайней мере с VI-IV тыс. до н. э., а наиболее ранние упоминания названий светил встречаются в "Текстах пирамид", датируемых XXV-XXIII в. до н. э. - религиозном памятнике. Отдельные особенности мегалитических сооружений и даже наскальных рисунков первобытных людей истолковываются как астрономические. В фольклоре также множество подобных мотивов.

Рисунок 1 – Небесный диск из Небры

Итак, одними из первых "астрономов" можно назвать шумер и вавилонян. Жрецы-вавилоняне оставили множество астрономических таблиц. Они же выделили основные созвездия и зодиак, ввели деление полного угла на 360 градусов, развили тригонометрию. Во II тыс. до н. э. у шумеров появился лунный календарь, усовершенствованный в I тыс. до н. э. Год состоял из 12 синодических месяцев - шесть по 29 дней и шесть по 30 дней, всего 354 дня. Обработав свои таблицы наблюдений, жрецы открыли многие законы движения планет, Луны и Солнца, смогли предсказывать затмения. Вероятно, именно в Вавилоне появилась семидневная неделя (каждый день был посвящён одному из 7 светил). Но свой календарь был не тоько у шумер, в Египте был создан свой "сотический" календарь. Сотический год - это период между двумя гелиакическими восходами Сириуса, то есть он совпадал с сидерическим годом, а гражданский год состоял из 12 месяцев по 30 дней плюс пять дополнительных суток, всего 365 дней. Употреблялся в Египте и лунный календарь с метоновым циклом, согласованный с гражданским. Позже под влиянием Вавилона появилась семидневная неделя. Сутки делились на 24 часа, которые сначала были неравными (отдельно для светлого и тёмного времени суток), но в конце IV века до н. э. приобрели современный вид. Египтяне также делили небо на созвездия. Свидетельством этого могут служить упоминания в текстах, а также рисунки на потолках храмов и гробниц.

Из стран Восточной Азии наибольшее развитие древняя астрономия в получила в Китае. В Китае были две должности придворных астрономов. Примерно в VI веке до н. э. китайцы уточнили продолжительность солнечного года (365,25 дней). Соответственно небесный круг делили на 365,25 градусов или на 28 созвездий (по движению Луны). Обсерватории появились в XII веке до н. э. Но уже гораздо раньше китайские астрономы прилежно регистрировали все необычные события на небе. Первая запись о появлении кометы относится к 631 г. до н. э., о лунном затмении - к 1137 г. до н. э., о солнечном - к 1328 году до н. э., первый метеорный поток описан в 687 г. до н. э. Из других достижений китайской астрономии стоит отметить правильное объяснение причины солнечных и лунных затмений, открытие неравномерности движения Луны, измерение сидерического периода сначала для Юпитера, а с III века до н. э. - и для всех прочих планет, как сидерические, так и синодические, с хорошей точностью. Календарей в Китае было множество. К VI веку до н. э. был открыт метонов цикл и утвердился лунно-солнечный календарь. Начало года - день зимнего солнцестояния, начало месяца - новолуние. Сутки делились на 12 часов (названия которых использовались и как названия месяцев) или на 100 частей.

Параллельно Китаю, на противоположной стороне земли, цивилизация майя спешит овладевать астрономическими знаниями, что доказывают многочисленные археологические раскопки на местах городов этой цивилизации. Древние астрономы майя умели предсказывать затмения, и очень тщательно наблюдали за различными, наиболее хорошо видимыми астрономическими объектами, такими как Плеяды, Меркурий, Венера, Марс и Юпитер. Остатки городов и храмов-обсерваторий выглядят впечатляюще. К сожалению, сохранились только 4 рукописи разного возраста и тексты на стелах. Майя с большой точностью определили синодические периоды всех 5 планет (особо почиталась Венера), придумали очень точный календарь. Месяц майя содержал 20 дней, а неделя - 13. Астрономия развивалась также и в Индии, хоть и не имела там большого успеха. У инков - астрономия непосредственно связана с космологией и мифологией, это нашло отражение во многих легендах. Инки знали различие между звёздами и планетами. В Европе дело обстояло похуже, но друиды кельтских племён определённо обладали какими-то астрономическими знаниями .

На ранних этапах своего развития астрономия была основательно перемешана с астрологией. Отношение ученых к астрологии в прошлом было противоречивым. Образованные люди в целом всегда скептически относились к натальной астрологии. Но вера во всеобщую гармонию и поиск связей в природе стимулировали развитие науки. Поэтому естественный интерес древних мыслителей вызывала натуральная астрология, установившая эмпирическую связь между небесными явлениями календарного характера и приметами погоды, урожая, сроками хозяйственных работ. Астрология ведет свое происхождение от шумеро-вавилонских астральных мифов, в которых небесные тела (Солнце, Луна, планеты) и созвездия были ассоциированы с богами и мифологическими персонажами, влияние богов на земную жизнь в рамках этой мифологии трансформировалось во влияние на жизнь небесных тел - символов божеств. Вавилонская астрология была заимствована греками и, затем, в ходе контактов с эллинистическим миром, проникла в Индию. Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.

Становление астрономии как науки, наверное, следует отнести еще к древним грекам, т.к. они произвели огромный вклад в развитие науки. В трудах древнегреческих учёных находятся истоки многих идей, лежащих в основании науки нового времени. Между современной и древнегреческой астрономией существует отношение прямой преемственности, в то время как наука других древних цивилизаций оказала влияние на современную только при посредничестве греков.

В Древней Греции астрономия была уже одной из наиболее развитых наук. Для объяснения видимых движений планет греческие астрономы, крупнейший из них Гиппарх (II в. до н.э.), создали геометрическую теорию эпициклов, которая легла в основу геоцентрической системы мира Птолемея (II в. н.э.). Будучи принципиально неверной, система Птолемея тем не менее позволяла предвычислять приближенные положения планет на небе и потому удовлетворяла, до известной степени, практическим запросам в течение нескольких веков.

Системой мира Птолемея завершается этап развития древнегреческой астрономии. Развитие феодализма и распространение христианской религии повлекли за собой значительный упадок естественных наук, и развитие астрономии в Европе затормозилось на многие столетия. В эпоху мрачного средневековья астрономы занимались лишь наблюдениями видимых движений планет и согласованием этих наблюдений с принятой геоцентрической системой Птолемея.

Рациональное развитие в этот период астрономия получила лишь у арабов и народов Средней Азии и Кавказа, в трудах выдающихся астрономов того времени - Аль-Баттани (850-929 гг.), Бируни (973-1048 гг.), Улугбека (1394-1449 гг.) и др. В период возникновения и становления капитализма в Европе, который пришел на смену феодальному обществу, началось дальнейшее развитие астрономии. Особенно быстро она развивалась в эпоху великих географических открытий (XV-XVI вв.). Нарождавшийся новый класс буржуазии был заинтересован в эксплуатации новых земель и снаряжал многочисленные экспедиции для их открытия. Но далекие путешествия через океан требовали более точных и более простых методов ориентировки и исчисления времени, чем те, которые могла обеспечить система Птолемея. Развитие торговли и мореплавания настоятельно требовало совершенствования астрономических знаний и, в частности, теории движения планет. Развитие производительных сил и требования практики, с одной стороны, и накопленный наблюдательный материал, - с другой, подготовили почву для революции в астрономии, которую и произвел великий польский ученый Николай Коперник (1473-1543), разработавший свою гелиоцентрическую систему мира, опубликованную в год его смерти.

Учение Коперника явилось началом нового этапа в развитии астрономии. Кеплером в 1609-1618 гг. были открыты законы движений планет, а в 1687 г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения.

Новая астрономия получила возможность изучать не только видимые, но и действительные движения небесных тел. Ее многочисленные и блестящие успехи в этой области увенчались в середине XIX в. открытием планеты Нептун, а в наше время - расчетом орбит искусственных небесных тел .

Астрономия и ее методы имеют большое значение в жизни современного общества. Вопросы, связанные с измерением времени и обеспечением человечества знанием точного времени, решаются теперь специальными лабораториями - службами времени, организованными, как правило, при астрономических учреждениях.

Астрономические методы ориентировки наряду с другими по-прежнему широко применяются в мореплавании и в авиации, а в последние годы - и в космонавтике. Вычисление и составление календаря, который широко применяется в народном хозяйстве, также основаны на астрономических знаниях.

Рисунок 2 – Гномон - cамый древний угломерный инструмент

Составление географических и топографических карт, предвычисление наступлений морских приливов и отливов, определение силы тяжести в различных точках земной поверхности с целью обнаружения залежей полезных ископаемых - все это в своей основе имеет астрономические методы.

Исследования процессов, происходящих на различных небесных телах, позволяют астрономам изучать материю в таких ее состояниях, какие еще не достигнуты в земных лабораторных условиях. Поэтому астрономия, и в частности астрофизика, тесно связанная с физикой, химией, математикой, способствует развитию последних, а они, как известно, являются основой всей современной техники. Достаточно сказать, что вопрос о роли внутриатомной энергии впервые был поставлен астрофизиками, а величайшее достижение современной техники - создание искусственных небесных тел (спутников, космических станций а кораблей) вообще было бы немыслимо без астрономических знаний.

Астрономия имеет исключительно большое значение в борьбе против идеализма, религии, мистики и поповщины. Её роль в формировании правильного диалектико-материалистического мировоззрения огромна, ибо именно она определяет положение Земли, а вместе с ней и человека в окружающем нас мире, во Вселенной. Сами наблюдения небесных явлений не дают нам оснований непосредственно обнаружить их истинные причины. При отсутствии научных знаний это приводит к неверному их объяснению, к суевериям, мистике, к обожествлению самих явлений и отдельных небесных тел. Так, например, в древности Солнце, Луна и планеты считались божествами, и им поклонялись. В основе всех религий и всего мировоззрения лежало представление о центральном положении Земли и ее неподвижности. Много суеверий у людей было связано (да и теперь еще не все освободились от них) с солнечными и лунными затмениями, с появлением комет, с явлением метеоров и болидов, падением метеоритов и т.д. Так, например, кометы считались вестниками различных бедствий, постигающих человечество на Земле (пожары, эпидемии болезней, войны), метеоры принимали за души умерших людей, улетающие на небо, и т.д.

Астрономия, изучая небесные явления, исследуя природу, строение и развитие небесных тел, доказывает материальность Вселенной, ее естественное, закономерное развитие во времени и пространстве без вмешательства каких бы то ни было сверхъестественных сил.

История астрономии показывает, что она была и остается ареной ожесточенной борьбы материалистического и идеалистического мировоззрений. В настоящее время многие простые вопросы и явления уже не определяют и не вызывают борьбы этих двух основных мировоззрений. Теперь борьба между материалистической и идеалистической философиями идет в области более сложных вопросов, более сложных проблем. Она касается основных взглядов на строение материи и Вселенной, на возникновение, развитие и дальнейшую судьбу как отдельных частей, так и всей Вселенной в целом .

Двадцатый век для астрономии означает нечто большее, чем просто очередные сто лет. Именно в XX столетии узнали физическую природу звёзд и разгадали тайну их рождения, изучили мир галактик и почти полностью восстановили историю Вселенной, посетили соседние планеты и обнаружили иные планетные системы.

Умея в начале века измерять расстояния лишь до ближайших звёзд, в конце столетия астрономы "дотянулись" почти до границ Вселенной. Но до сих пор измерение расстояний остаётся больной проблемой астрономии. Мало "дотянуться", необходимо точно определить расстояние до самых далёких объектов; только так мы узнаем их истинные характеристики, физическую природу и историю.

Успехи астрономии в XX в. были тесно связаны с революцией в физике. При создании и проверке теории относительности и квантовой теории атома использовались астрономические данные. С другой стороны, прогресс в физике обогатил астрономию новыми методами и возможностями.

Не секрет, что быстрый рост числа учёных в XX в. был вызван потребностями техники, в основном военной. Но астрономия не так необходима для развития техники, как физика, химия, геология. Поэтому даже сейчас, в конце XX в., профессиональных астрономов в мире не так уж и много - всего около 10 тыс. Не связанные условиями секретности, астрономы ещё в начале века, в 1909 г., объединились в Международный астрономический союз (MAC), который координирует совместное изучение единого для всех звёздного неба. Сотрудничество астрономов разных стран особенно усилилось в последнее десятилетие благодаря компьютерным сетям .

Рисунок 3 – Радиотелескопы

Сейчас в XXI веке перед астрономией стоит множество задач, в том числе и таких сложных, как изучение наиболее общих свойств Вселенной, для этого необходимо создание более общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы. Для решения этой задачи требуются наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Современные технические возможности не позволяют детально исследовать эти области. Тем не менее, эта задача сейчас является наиболее актуальной и успешно решается астрономами ряда стран .

Но вполне возможно, что основное внимание астрономов нового поколения будут привлекать не эти проблемы. В наши дни первые робкие шаги делают нейтринная и гравитационно-волновая астрономия. Вероятно, через пару десятков лет именно они откроют перед нами новое лицо Вселенной.

Одна особенность астрономии остаётся неизменной, несмотря на её бурное развитие. Предмет её интереса - звёздное небо, доступное для любования и изучения с любого места на Земле. Небо одно для всех, и каждый при желании может его изучать. Даже сейчас, астрономы-любители вносят заметный вклад в некоторые разделы наблюдательной астрономии. И это приносит не только пользу науке, но и огромную, ни с чем не сравнимую радость им самим .

Современные технологии позволяют промоделировать космические обьекты и предоставить даные обычному пользователю. Таких программ еще не много, но их количество растет и они постоянно совершенствуются. Вот некоторые программы, которые будут интересны и полезны даже людям, далеким от астрономии:

• Компьютерный планетарий RedShift, продукт компании Maris Technologies Ltd., широко известен в мире. Это самая продаваемая программа в своем классе, она уже заслужила более 20 престижных международных наград. Первая версия появилась в далеком уже 1993 году. Она сразу встретила восторженный прием у западных пользователей и завоевала передовые позиции на рынке полнофункциональных компьютерных планетариев. По сути дела, RedShift преобразовал мировой рынок программ для любителей астрономии. Унылые столбцы цифр мощью современных компьютеров преображаются в виртуальную реальность, вмещающую в себя высокоточную модель Солнечной системы, миллионы объектов дальнего космоса, обилие справочного материала .
• Google Earth - проект компании Google, в рамках которого в сети Интернет были размещены спутниковые фотографии всей земной поверхности. Фотографии некоторых регионов имеют беспрецедентно высокое разрешение.В отличие от других аналогичных сервисов, показывающих спутниковые снимки в обычном браузере (например, Google Maps), в данном сервисе используется специальная, загружаемая на компьютер пользователя клиентская программа Google Earth .
• Google Maps - набор приложений, построенных на основе бесплатного картографического сервиса и технологии, предоставляемых компанией «Google». Сервис представляет собой карту и спутниковые снимки всего мира (а также Луны и Марса) .
• Celestia - свободная трёхмерная астрономическая программа. Программа, основываясь на Каталоге HIPPARCOS, позволяет пользователю рассматривать объекты размерами от искусственных спутников до полных галактик в трёх измерениях, используя технологию OpenGL. В отличие от большинства других виртуальных планетариев, пользователь может свободно путешествовать по Вселенной. Дополнения к программе позволяют добавлять как реально существующие объекты, так и объекты из вымышленных вселенных, созданные их фанатами .
• KStars - виртуальный планетарий, входящий в пакет образовательных программ KDE Education Project. KStars показывает ночное небо из любой точки нашей планеты. Можно наблюдать звёздное небо не только в реальном времени, но и каким оно было или будет, указав желаемую дату и время. Программа отображает 130 000 звёзд, 8 планет Солнечной системы, Солнце, Луну, тысячи астероидов и комет .
• Stellarium - свободный виртуальный планетарий. Со Stellarium возможно увидеть то, что можно видеть средним и даже крупным телескопом. Также программа предоставляет наблюдения за солнечными затмениями и движением комет .

1. «История астрономии». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/История_астрономии
2. «Древняя астрономия и современная астрономия». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://www.prosvetlenie.org/mystic/7/10.html
3. «Практическое и идеологическое значение астрономии». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://space.rin.ru/articles/html/389.html
4. «Начала астрономии. Гномон - астрономический инструмент». Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.astrogalaxy.ru/489.html
5. «Астрономия XXI века - Астрономия в XX веке». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://astroweb.ru/hist_/stat23.htm
6. «Астрономия» Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Астрономия
7. «Астрономия XXI века - Итоги XX и задачи XXI века». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://astroweb.ru/hist_/stat29.htm
8. «Компьютерный планетарий RedShift». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://www.bellabs.ru/RS/index.html
9. «Google Планета Земля». Электронный ресурс.
   Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Google_Планета_Земля
10. «Google Maps». Электронный ресурс.
    Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Google_Maps
11. «Celestia». Электронный ресурс.
    Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Celestia
12. «KStars». Электронный ресурс.
    Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/KStars
13. «Stellarium». Электронный ресурс.
    Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Stellarium

Современная астрономия подразделяется на ряд отдельных разделов, которые тесно

связаны между собой, и такое разделение астрономии, в известном смысле, условно.

Главнейшими разделами астрономии являются:

1. Астрометрия - наука об измерении пространства и времени. Она состоит из: а)

сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения

видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат,

а также теорию закономерных изменений координат светил со временем; б)

фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат

небесных тел из наблюдений, составление каталогов звездных положений и

определение числовых значений важнейших астрономических постоянных, т.е.

величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил; в)

практической астрономии, в которой излагаются методы определения географических

координат, азимутов направлений, точного времени и описываются применяемые при

этом инструменты.

2. Теоретическая астрономия дает методы для определения орбит небесных тел по их

видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел

по известным элементам их орбит (обратная задача).

3. Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил

всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их

Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии, и их часто называют

классической астрономией.

4. Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав

небесных объектов. Она делится на: а) практическую астрофизику, в которой

разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и

соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой

на основании законов физики даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам исследования. О них

будет сказано в; 101,

5. Звездная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и

движения звезд, звездных систем и межзвездной материи с учетом их физических

особенностей.

В этих двух разделах в основном решаются вопросы второй задачи астрономии.

6. Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том

числе и нашей Земли.

7. Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела

астрономии решают ее третью задачу.

Курс общей астрономии содержит систематическое изложение сведений об основных

методах и главнейших результатах, полученных различными разделами астрономии.