Урок №1
Тема «Предмет астрономии»
Астрономия, ее связь с другими науками. Структура и масштабы Вселенной.
Астрономия является одной из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI-III тысячелетия до н. э.).
Астрономия- это наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.
Астрономия [греч. Астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] – наука, которая изучает движение небесных тел (раздел “небесная механика”), их природу (раздел “астрофизика”), происхождение и развитие (раздел “космогония”)
Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию.
Астрономия – одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе – исследует не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также позволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной. 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.
Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью.
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.
О первоначальной значимости развития астрономических знаний можно судить в связи с практическими потребностями людей. Их можно разделить на несколько групп:
cельскохозяйственные потребности (потребность в отсчете времени - сутки, месяцы, годы. Например, в Древнем Египте определяли время посева и уборки урожая по появлению перед восходом солнца из-за края горизонта яркой звезды Сотис - предвестника разлива Нила);
потребности в расширении торговли, в том числе морской (мореплавание, поиск торговых путей, навигация. Так, финикийские мореплаватели ориентировались по Полярной звезде, которую греки так и называли - Финикийская звезда);
эстетические и познавательные потребности, потребности в целостном мировоззрении (человек стремился объяснить периодичность природных явлений и процессов, возникновение окружающего мира).
Зарождение астрономии в астрологических идеях свойственно мифологическому мировоззрению древних цивилизаций.
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).
Археологами установлено, что человек владел начальными астрономическими знаниями уже 20 тыс. лет назад в эпоху каменного века.
Доисторический этап от 25 тыс.лет до н.э.- до 4 тыс. до н.э.(наскальные рисунки, природные обсерватории и т.д.).
Древний этап условно можно считать от 4.000лет до н.э.-1000 до н.э.:
около 4.тыс. лет до н.э. астрономические памятники древних майя, каменная обсерватория Стоунхендж ( Англия) Стоунхендж (англ— «Каменная изгородь») — внесённое в список Всемирного наследия каменное мегалитическое сооружение (кромлех) на Солсберийской равнине в графстве Уилтшир (Англия). Находится примерно в 130 км к юго-западу от Лондона.
около 3000 лет до н.э. ориентировка пирамид, первые астрономические записи в Египте, Вавилоне, Китае;
около 2500лет до н.э. установление египетского солнечного календаря;
около 2000 лет до н.э. создание 1-ой карты неба (Китай);
около 1100 лет до н.э. определение наклона эклиптики к экватору;
Античный этап
идеи о шарообразности Земли (Пифагор, 535 г. до н.э.);
предсказание Фалесом Милетским солнечного затмения (585 г. до н.э.);
установление 19-летнего цикла лунных фаз (цикл Метона, 433 г. до н.э);
идеи о вращении Земли вокруг оси ( Гераклит Понтийский, 4 век до н.э);
идея концентрических кругов (Евдокс), трактат «О Небе» Аристотель (доказательство шарообразности Земли и планет) составление первого каталога звёзд 800 звёзд, Китай (4 век до н.э.);
начало систематических определений положений звёзд греческими астрономами, развитие теории системы мира (3 век до н.э.);
открытие прецессии, первые таблицы движения Солнца и Луны, звездный каталог 850 звезд (Гиппарах, (2 Век до н.э);
идея о движении Земли вокруг Солнца и определение размеров Земли (Аристарх Самосский, Эратосфен 3-2 в. до н.э.);
введение в римской империи Юлианского календаря (46 г. до н.э);
Клавдий Птолемей – «Синтаксис»(Альмогест)-энциклопедия античной астрономии, теория движения, планетные таблицы (140 г. н.э).
Представление об астрономических познаниях греков этого периода дают поэмы Гомера и Гесиода: там упоминается ряд звёзд и созвездий, приводятся практические советы по использованию небесных светил для навигации и для определения сезонов года. Космологические представления этого периода целиком заимствовались из мифов: Земля считается плоской, а небосвод - твёрдой чашей, опирающейся на Землю. Главными действующими лицами этого периода являются философы, интуитивно нащупывающие то, что впоследствии будет названо научным методом познания. Одновременно проводятся первые специализированные астрономические наблюдения, развивается теория и практика календаря; в основу астрономии впервые полагается геометрия, вводится ряд абстрактных понятий математической астрономии; делаются попытки отыскать в движении светил физические закономерности.
Получили научное объяснение ряд астрономических явлений, доказана шарообразность Земли.
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).
Арабский период. После падения античных государств в Европе античные научные традиции (в том числе и астрономии) продолжили развитие в арабском халифате, а также в Индии и Китае
813г. Основание в Багдаде астрономической школы (дом мудрости);
827г. определение размеров земного шара по градусным измерениям между Тигром и Евфратом;
829г. основание Багдадской обсерватории;
Х в. открытие лунного неравенства (Абу-ль-Вафа, Багдад);
каталог 1029 звёзд, уточнение наклона эклиптики к экватору, определение длинны 1° меридиана (1031г, Ал-Бируни);
многочисленные работы по астрономии до конца 15 века (календарь Омара Хайяма, «Ильханские таблицы» движения Солнца и планет(Насирэддин Тусси, Азербайджан), работы Улугбека);
Европейское возрождение.
В конце 15 века начинается возрождение астрономических знания в Европе, которое привело к первой революции в астрономии. Эта революция в астрономии была вызвана требованиями практики – начиналась эпоха великих географических открытий.
Дальние плавания требовали точных методов определения координат. Система Птолемея не могла обеспечить возросших потребностей. Страны, которые первыми обратили внимание на развитие астрономических исследований, добивались наибольших успехов в открытии и освоении новых земель.
В Португалии, еще в 14 веке принц Генрих основал обсерваторию для обеспечения потребностей мореплавания, и Португалия первая из Европейских стран начала захват и эксплуатацию новых территорий.
Важнейшие достижения европейской астрономии XV - XVI веков это планетные таблицы (Региомонтан из Нюрнберга, 1474г.),
работы Н.Коперника, которые произвели первую революцию в Астрономии (1515-1540 гг.),
наблюдения датского астронома Тихо Браге в обсерватории Ураниборг на острове Вэн (самые точные в дотелескопическую эпоху).
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).
В начале 17 века (Липперсгей, Галилей, 1608 г) был создан оптический телескоп, многократно раздвинувший горизонт познания человечества о мире.
определяется параллакс Солнца (1671), что позволило с высокой точностью определить астрономическую единицу и определить скорость света,
открываются тонкие движения оси Земли, собственные движения звёзд, законы движения Луны,
в 1609- 1618 гг. Кеплер на основе этих наблюдений планеты Марс открыл три закона движения планет,
в 1687г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения, объясняющий причины движения планет.
создаётся небесная механика;
определяются массы планет;
в начале ХIХ века (1.01.1801г.) Пиацци открывает первую малую планету (астероид) Цереру;
в 1802 и в 1804 годах были открыты Паллада и Юнона.
IV-ый Спектроскопия и фотография. (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).
В 1806 - 1817 гг И.Фраунтгофер (Германия) создаёт основы спектрального анализа, измеряет длинны волн солнечного спектра и линий поглощения, заложив таким образом основы астрофизики.
В 1845 г. И.Физо и Ж.Фуко (Франция) получили первые фотографии Солнца.
В 1845 - 1850 гг лорд Росс (Ирландия) открыл спиральную структуру некоторых туманностей
в 1846 г. И.Галле (Германия) по вычислениям У.Леверье (Франция) открыл планету Нептун, что явилось триумфом небесной механики
Внедрение в астрономию фотографии позволило получить фотоснимки солнечной короны и поверхности Луны, начать исследования спектров звёзд, туманностей, планет.
Прогресс в оптике и телескопостроении позволил открыть спутники Марса, описать поверхность Марса по наблюдениям его в противостоянии (Д. Скиапарелли)
Повышение точности астрометрических наблюдений позволило измерить годичный параллакс звёзд (Струве, Бессель, 1838г), открыть движение земных полюсов.
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.
В начале ХХ века К.Э.Циолковский издаёт первое научное сочинение по космонавтике - «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
В 1905 г. А.Эйнштейн создаёт специальную теорию относительности
в 1907 - 1916 годах общую теорию относительности, что позволило объяснить имеющиеся противоречия между существовавшей физической теорией и практикой, дало импульс для разгадки тайны энергии звёзд, стимулировало развитие космологических теорий
В 1923 г Э.Хаббл доказал существование других звёздных систем - галактик
в 1929 г. Э.Хаббл открыл закон «красного смещения» в спектрах галактик.
в 1918 г. установлен 2,5 – метровый рефлектор в обсерватории Маунт-Вилсон, а в 1947 г.там же вступил в строй 5-и метровый рефлектор)
Радиоастрономия возникла в 30-х годах 20-го века вместе с появлением первых радиотелескопов.
В 1933 Карл Янский из Bell Labs обнаружил радиоволны, идущие из центра галактики.
Гроут Ребер в 1937 году сконструировал первый параболический радиотелескоп.
В 1948 г. запуски ракет в высокие слои атмосферы (США) позволили обнаружить рентгеновское излучение солнечной короны.
Арономы начали изучение физической природы небесных тел и значительно расширили границы исследуемого пространства.
Астрофизика стала ведущим разделом астрономии, она получила особенно большое развитие в XX в. и продолжающая бурно развиваться в наши дни.
В 1957 г. было положено начало качественно новым методам исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело к возникновению новых разделов астрофизики.
В 1957 в СССР запущен первый искусственный спутник Земли, что ознаменовало начало космической эры для человечества.
Космические аппараты позволили выводить за пределы земной атмосферы инфракрасные, рентгеновские и гамма-телескопы).
Первые полеты человека в космос (1961 г., СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г., США), — эпохальные события для всего человечества.
Доставка на Землю лунного грунта (Луна-16, СССР, 1970 г.),
Посадка спускаемых аппаратов на поверхности Венеры и Марса,
Посылка автоматических межпланетных станций к более далеким планетам Солнечной системы.
Связь c другими предметами.
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.
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 вдохновлялписателей 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.
Основные разделы астрономии:
Классическая астрономия объединяет ряд разделов астрономии,
основы которых были разработаны до начала ХХ века:
Астрометрия:
Сферическая астрономия
изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическим основам счета времени.
Фундаментальная астрометрия
ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов.
Практическая астрономия
занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике.
Небесная механика
исследует движение космических тел под действием сил тяготения (в пространстве и времени). Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики.
Современная астрономия
Астрофизика
изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д.
Космогония
изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем (в частности Солнечной системы).
Космология
исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии.
Структура и масштабы Вселенной.
Что такое Вселенная?
Вселенная — это пространство, включающее в себя абсолютно все: Солнце, планеты, нашу Галактику, миллиарды других галактик.
Вселенная- максимально большая область пространства, включающая в себя все доступные для изучения небесные тела и их системы.
Реальный мир, вероятно, устроен так, что могут существовать другие вселенные с иными законами природы ,а физические постоянные могут иметь другие значения.
Наша Земля со своим спутником Луной, другие планеты и их спутники, карликовые планеты, кометы, астероиды и другие малые тела обращаются вокруг солнца. Все они составляют Солнечную систему. В свою очередь, солнце и другие звезды, видимые на небе, входят в огромную звездную систему- нашу Галактику.
Ученых полагают, что начало Вселенной положил взрыв колоссальной силы, получивший название Большого нарыва, который произошел 15 млрд. лет назад. Тогда-то и родилась материя, энергия, пространство и время.
Вселенная на раннем этапе развития имела вид невероятно горячего и плотного шара, который стал стремительно расширяться и положил начало всему.
Во Вселенной все постоянно меняется, рождаются и умирают звезды, а сама Вселенная продолжает расширяться во внешнее пространство.
1 астрономическая единица = 149, 6 млн.км 150 млн.км
1пк (парсек) = 206265 а.е. = 3,26 св. лет
1 световой год (св. год) - это расстояние, которое луч света со скоростью почти 300 000 км/с пролетает за 1 год и равен 9,46 миллионам миллионов километров!
Наиболее удаленные объекты, которые когда-либо удавалось наблюдать, — это новорожденные галактики или галактики, все еще находящиеся в стадии формирования. Информацию, поступающую к нам с еще более далеких расстояний и соответствующую еще более древним временам, астрономы могут только в виде слабых радиоволн, которые приходят изо всех уголков космоса. Это дают о себе знать остывшие остатки огненного шара, который взорвался во время Большого взрыва.
Домашнее задание: пп 1. |
Скачать 127.77 Kb.