Астрономия как наука и учебный предмет. Астрономия

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.

Эта древнейшая наука возникла, чтобы помогать человеку ориентироваться во времени и пространстве (календари, географические карты, навигационные приборы создавались на основе астрономических знаний), а также прогнозировать различные природные явления, так или иначе связанные с перемещением небесных тел. Современная астрономия включает в себя несколько разделов.

Сферическая астрономия при помощи математических методов изучает видимое расположение и движение Солнца, Луны, звезд, планет, спутников, в том числе искусственных тел на небесной сфере. С этим разделом астрономии связана разработка теоретических основ счета времени.

Практическая астрономия представляет собой знания об астрономических инструментах и способах определения из астрономических наблюдений времени, географических координат и азимутов направлений. Она служит чисто практическим целям и в зависимости от места применения (в небе, на земле или на море) разделяется на три вида: авиационную , геодезическую и мореходную .

Астрофизика изучает физическое состояние и химический состав небесных тел и их систем, межзвездной и межгалактической сред и происходящие в них процессы. Являясь разделом астрономии, но в свою очередь делится на разделы в зависимости от объекта изучения: физика планет, естественных спутников планет, Солнца, межзвездной среды, звездных атмосфер, внутреннего строения и эволюции звезд, межзвездной среды и так далее.

Небесная механика изучает движение небесных тел Солнечной системы, включая кометы и искусственные спутники Земли в их общем гравитационном поле. Составление эфемерид тоже относится к задачам этого раздела астрономии.

Астрометрия – раздел астрономии, связанный с измерением координат небесных объектов и изучением вращения Земли.

Звездная астрономия изучает звездные системы (их скопления, галактики), их состав, строение, динамику, эволюцию.

Внегалактическая астрономия изучает космические небесные тела, находящиеся за пределами нашей звездной системы (Галактики), а именно другие галактики, квазары и прочие сверхдальние объекты.

Космогония изучает происхождение и развитие космических тел и их систем (Солнечной системы в целом, а также планет, звезд, галактик).

Космология – учение о космосе, изучающее физические свойства Вселенной в целом, выводы делаются на основе результатов исследования той ее части, которая доступна для наблюдения и изучения.

Астрология ничего из вышеперечисленного не изучает и большинство астрономических знаний для астролога совершенно бесполезны. Астроному так же нет нужды разбираться в астрологии, а тем более вступать в дискуссии на эту, лежащую вне его интересов и компетенции тему. Тем не менее, на астрологическом сайте астрономии место нашлось. Будет здесь тот необходимый минимум астрономических сведений, без которых астрологу не обойтись и все, что может быть интересно любому человеку, интересующемуся астрологией.

Астрономия изучает строение Вселенной, движение
небесных тел, их природу, происхождение и развитие.
По-гречески "астрон" - светило, "номос" - закон.

Туманности

Конская голова (созвездие
Ориона)
Туманность Ориона
Крабовидная туманность (созв. Тельца)

Астрономия – древнейшая наука.
Систематические астрономические наблюдения проводились тысячи лет тому назад.
Мегалиты древности
Солнечный камень ацтеков
Древняя обсерватория Стоунхендж
Солнечная обсерватория в Дели

Николай Коперник (1473 –1543)

Польский астроном, математик и экономист

1. Центр Земли - не центр вселенной, но
только центр масс и орбиты Луны.
2. Все планеты движутся по орбитам,
центром которых является Солнце, и
поэтому Солнце является центром мира.
3. Расстояние между Землёй и Солнцем
очень мало по сравнению с расстоянием
между Землёй и неподвижными звёздами.
4. Земля (вместе с Луной, как и другие
планеты), вращается вокруг Солнца, и
поэтому те перемещения, которые, как
кажется, делает Солнце (суточное
движение, а также годичное движение,
когда Солнце перемещается по Зодиаку)
- не более чем эффект движения Земли.

Джорда́но Бру́но
1548 – 1600
Итальянский философ

Телескоп Галилея
Два телескопа Галилея в
Музеи истории науки,
(Флоренция)
ГАЛИЛЕЙ Галилео (1564–1642),
итальянский ученый, в 1609 году
построил первый телескоп

Галилеевы спутники Юпитера (современные фотографии)

Галилей изобрёл:
гидростатические весы для определения
удельного веса твёрдых тел.
пропорциональный циркуль, используемый в
чертёжном деле.
первый термометр, ещё без шкалы.
усовершенствованный компас для применения
в артиллерии.
микроскоп, плохого качества (1612); с его
помощью Галилей изучал насекомых.
Занимался также оптикой, акустикой, теорией
цвета и магнетизма, гидростатикой,
сопротивлением материалов. Определил
удельный вес воздуха.

Ти́хо Бра́ге
14.12.1546 - 24.10.1601
Датский астроном, астролог и алхимик.

1. Первым в Европе начал проводить систематические
и высокоточные астрономические наблюдения.
2. В гелиоцентрическую систему мира Браге не верил и
называл её математической спекуляцией. Он предложил
свою компромиссную систему мира, которая представляла
собой комбинацию учений Птолемея и Коперника: Солнце,
Луна и звёзды вращаются вокруг неподвижной Земли, а все
планеты - вокруг Солнца.
3. В течение 16 лет Тихо Браге вёл непрерывные наблюдения
за планетой Марс. Материалы этих наблюдений существенно
помогли его преемнику - немецкому учёному И. Кеплеру -
открыть законы движения планет.
4. Составил новые точные солнечные таблицы и
уточнённый каталог 800 звёзд

Иоганн Кеплер
27.12.1571 – 15.11. 1630
Немецкий математик, астроном, оптик и астролог

Исаа́к Нью́тон
4.01.1643 - 31.03.1727
Великий английский физик, математик и астроном.

1. Автор фундаментального труда «Математические
начала натуральной философии», в котором он
описал закон всемирного тяготения и так
называемые Законы Ньютона, заложившие
основы классической механики.
2. Разработал дифференциальное и интегральное
исчисление, теорию цветности и многие другие
математические и физические теории.

Астрономия – всеволновая наука

Разделы астрономии

Астрометрия – наука об измерении пространства и
времени
Небесная механика- изучает законы движения
небесных тел под действием сил всемирного
тяготения, определяет массы и форму небесных тел
и устойчивость их систем
Астрофизика- изучает строение, физические
свойства и химический состав небесных объектов
Звездная астрономия - изучает движение и
распределение в пространстве звезд, газопылевых
туманностей и звездных систем, их структуру и
эволюцию, проблему их устойчивости
Космогония- рассматривает вопросы происхождения
и эволюции небесных тел
Космология- изучает общие закономерности
строения и развития Вселенной
Космонавтика - исследования космического
пространства при помощи автоматических и
пилотируемых космических аппаратов

как Солнце.
В темную безлунную ночь вдали от
городских огней хорошо видна
широкая полоса Млечного Пути
В состав нашей Галактики входят шаровые и рассеянные звездные скопления

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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