Строение и масштабы Вселенной, и современные наблюдения
План
1. Предмет и методы астрономии. Астрономия – древнейшая из наук. Разделы астрономии .
Структура и масштабы Вселенной.
3. Значение астрономии и ее роль для формирования научного мировоззрения. Место астрономии среди других наук.
Наблюдение – основа астрономии. Особенности астрономических методов исследования.
1. Предмет и методы астрономии. Астрономия – древнейшая из наук. Разделы астрономии .
Астрономия - наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхожде-ние и развитие небесных тел и их систем.
Астрономия изучает Солнце и звезды, планеты и их спутники, кометы и метеорные тела, туманности, звездные системы и материю, заполняющую пространство между звездами и планетами, в каком бы состоянии эта материя ни находилась. Изучая строение и развитие небесных тел, их положение и движение в пространстве, астрономия в конечном итоге дает нам представление о строении и развитии Вселенной в целом. Слово "астрономия" происходит от двух греческих слов: "астрон" - звезда, светило и "номос" - закон.
Известно, что животные инстинктивно используют в жизни астрономические явления (например, птицы ориентируются при длительных перелетах по Солнцу, Луне, звездам), но только древний человек смог использовать накопленные им знания на практике (наблюдение восхода и захода Солнца и светил, ориентация по звездам, учет изменения продолжительности дня и полуденной высоты Солнца, ожидание связанной с этим смены сезонов).
|
|
|
Безусловно, наблюдения звездного неба имели для древнего человека эстетическое, эмоциональное значение. Наскальные рисунки, мифы и легенды, дошедшие до нас из глубины веков позволяют нам составить представление о быте, жизни, взаимоотношениях, верованиях далеких предков. Но важнее то, что результаты наблюдений природы, астрономических объектов, знания, полученные из опыта, человек всегда старался использовать в практических целях: для счета времени и при составлении календаря, необходимого для ведения земледелия и скотоводства; для ориентации на суше и на море, при прокладке каналов и дорог, строительстве пирамид и т.д. Астрономия, наряду с другими естественными и гуманитарными науками, оказала огромное влияние на становление и развитие цивилизации (астрономические методы определения географических координат в эпоху великих географических открытий, методы определения географических координат в эпоху развитого промышленного производства; в наши дни – использования космических средств связи, проведение экологического мониторинга Земли, геологической разведки и т.д.) Развитие астрономии невозможно без тесного взаимовыгодного контакта с физикой и математикой, химией и геологией, электроникой и биологией, с науками о человеке – истории и философией, искусством.
|
|
|
Объектом астрономических исследований является окружающий нас материальный мир (Вселенная). Его составляющие – атомы и элементарные частицы, межзвездное вещество и электромагнитные поля, планеты и звезды, гигантские звездные острова – галактики и скопления галактика.
При изучении небесных тел астрономия ставит перед собой три основные задачи, требующие последовательного решения:
1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
2. Изучение физического строения небесных тел, т.е. исследование химического состава и физических условий (плотности, температуры и т.п.) на поверхности и в недрах небесных тел.
3. Решение проблем происхождения и развития, т.е. возможной дальнейшей судьбы отдельных небесных тел и их систем.
Вопросы первой задачи решаются путем длительных наблюдений, начатых еще в глубокой древности, а также на основе законов механики, известных уже около 300 лет. Поэтому в этой области астрономии мы располагаем наиболее богатой информацией, особенно для небесных тел, сравнительно близких к Земле. О физическом строении небесных тел мы знаем гораздо меньше. Решение некоторых вопросов, принадлежащих второй задаче, впервые стало возможным немногим более ста лет назад, а основных проблем - лишь в последние годы.
Третья задача сложнее двух предыдущих. Для решения ее проблем накопленного наблюдательного материала пока еще далеко не достаточно, и наши знания в этой области астрономии ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.
|
|
|
Разделы астрономии
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 систем. Задача небесной механики – исследование характера движения и формы траектории, определение условий устойчивости систем небесных тел, предвычисление местоположения объектов на небе в заданный момент времени (координат комет, планет, астероидов, моментов наступления затмений). Становление и прогресс небесной механики связаны с именами Кеплера, Лапласа, Ньютона, Клеро, Гаусса и т.д. Методы небесной механики используются в космонавтике, ставшей самостоятельной областью науки и техники.
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.
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 наука о происхождении и эволюции небесных тел, например, Земли, Луны и планет, комет, Солнца и звезд, галактик.
7. Космология наука о пространственно – временных свойствах, происхождении и эволюции Вселенной. Современные космологические модели Вселенной основываются на выводах Общей Теории Относительности А.Эйнштейна и построены с учетом наблюдаемого космологического расширения Вселенной (предсказано Фридманом, обнаружено Хабблом) и реликтового радиоизлучения – свидетельства плотной и горячей ранней Вселенной..
На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела астрономии решают ее третью задачу.
Основные этапы развития астрономии
Значение астрономии определяется ее вкладом в создание научной картины мира. Астрономические знания лежат в основе системы представлений о наиболее общих законах строения и развития Вселенной. Уровень развития астрономии определяет основы мировосприятия широких масс населения, формирует базовые идеи науки и особенности взглядов ученых.
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.
Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека. Кочевым племенам первобытного общества нужно было ориентироваться при своих странствиях, и они научились это делать по Солнцу, Луне и звездам.
Первобытный земледелец должен был при полевых работах учитывать наступление различных сезонов года, и он заметил, что смена времен года связана с полуденной высотой Солнца, с появлением па ночном небе определенных звезд. Дальнейшее развитие человеческого общества вызвало потребность в измерении времени и в летосчислении (составлении календарей).
Все это могли дать и давали наблюдения над движением небесных светил, которые велись в начале без всяких инструментов, были не очень точными, но вполне удовлетворяли практические нужды того времени. Из таких наблюдений и возникла паука о небесных телах - астрономия.
Этапы развития астрономии
I-й Античный мир (до н. э)
II-ой Дотелескопический (наша эра до 1610г)
III-ий Телескопический (1610-1814гг)
IV-ый Спектроскопия (1814-1900гг)
V-ый Современный (1900 - наст.время)
· За 3 тыс. лет до н.э. египетские жрецы отмечали связь разливов Нила, регулировавшие экономическую жизнь страны, наступали вскоре после того, как перед восходом Солнца на востоке появлялась самая яркая из звезд, Сириус, скрывавшаяся до этого около двух месяцев в лучах Солнца. Из этих наблюдений египетские жрецы довольно точно определили продолжительность тропического года.
За 4-2 тыс. лет до н.э. в Древнем Китае астрономы могли предсказывать наступление солнечных и лунных затмений.
· К VIII в. до н.э. относятся первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых не вызывает сомнения.
· II в. до н.э. На базе геоцентрической системы мира разработаны теории видимых движений Луны и Солнца. (большой вклад внес Гиппарх). 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.).
· II в. н.э. Птолемей создал наиболее совершенную геоцентрическую теорию. Системой мира Птолемея завершается этап развития древнегреческой астрономии.
· Средние века . 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.
· 1610 г. – Галилей первым использовал зрительную трубу в качестве телескопа, открыл спутники Юпитера, обнаружение фаз Венеры.
· 1843 г. – опубликован труд польского ученого Николая Коперника (1473-1543гг.) с гелиоцентрической системой мира.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.
· 1846 г. – открытие планеты Нептун по вычислениям Леверье (Франция) и Адамса (Англия) возмущений орбиты Урана.
· 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.
· С середины XIX в . возникследующий, очень важный этап в развитии астрономии начался сравнительно недавно, когда был открыт спектральный анализ и стала применяться фотография в астрономии. Эти методы дали возможность астрономам начать изучение физической природы небесных тел и значительно расширить границы исследуемого пространства.
· Возникла астрофизика, получившая особенно большое развитие в XX в. и продолжающая бурно развиваться в наши дни.
· 40 – е годы XX в. – возникла радиоастрономия, благодаря которой обнаружены новые классы небесных тел – квазары, пульсары, фоновое реликтовое микроволновое радиоизлучение, похожее на излучение абсолютно черного тела с температурой около 3К.
· 1957 г. запуск ИСЗ, превращение астрономии из науки наблюдательной, в науку экспериментальную. Положено начало качественно новым методам исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело к возникновению фактически нового раздела астрофизики - рентгеновской астрономии.
Значение этих достижений астрономии трудно переоценить.
· 1959 г. – создание космических станций.
· 1961 г. – первый полет человека в космос.
· 1961 г. – впервые обнаружено гамма излучение, исходящее из центра Галактики.
· 1969 г. – первая высадка людей на Луну.
· 1970 г. – советская автоматическая межпланетная станция Луна-16 совершила мягкую посадку на поверхности Луны в районе Моря Изобилия. Непосредственно перед стартом был произведен забор лунного грунта, который в специальной капсуле был помещен в возвращаемый аппарат.
· 1971г.- Американская автоматическая межпланетная станция Mariner-9 выведена на орбиту Марса и стала первым в мире искусственным спутником Марса.
· 1975г.- Открыт новый тип звезд ПОЛЯРЫ
· 1977г.- Открыты кольца Урана
· 1978г.- Открыт первый спутник Плутона – Харон
· 1979г.- Первое исследование Сатурна
· 1986г.- Первый КА исследует планету Уран
· 1988г.- На Плутоне открыта атмосфера
· 1991г.- Первая фотография астероида КА ГАЛИЛЕО
· 1994г.- Открыта спиральная форма магнитного поля Солнца
· 1995г .- Получено первое изображение звезды БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ
· 1997г.- Исследование Марса первым марсоходом.
· 1999г .- Обнаруженно первое подтверждение рождение черной дыры
Строение и масштабы Вселенной, и современные наблюдения
Вы уже знаете, что наша Земля со своим спутником Луной, другие планеты и их спутники, кометы и малые планеты обращаются вокруг Солнца, что все эти тела составляют Солнечную систему. В свою очередь, Солнце и все другие звезды, видимые на небе, входят в огромную звездную систему - нашу Галактику. Самая близкая к Солнечной системе звезда находится так далеко, что свет, который распространяется со скоростью 300 000 км/с, идет от нее до Земли более четырех лет. Звезды являются наиболее распространенным типом небесных тел, в одной только нашей Галактике их насчитывается несколько сотен миллиардов. Объем, занимаемый этой звездной системой, так велик, что свет может пересечь его только за 100 тыс. лет.
Во Вселенной существует множество других галактик, подобных нашей. Именно расположение и движение галактик определяет строение и структуру Вселенной в целом. Галактики так далеки друг от друга, что невооруженным глазом можно видеть лишь три ближайшие: две - в Южном полушарии, а с территории России всего одну - туманность Андромеды. От наиболее удаленных галактик свет доходит до Земли за 10 млрд лет. Значительная часть вещества звезд и галактик находится в таких условиях, создать которые в земных лабораториях невозможно. Все космическое пространство заполнено электромагнитным излучением, гравитационными и магнитными полями, между звездами в галактиках и между галактиками находится очень разреженное вещество в виде газа, пыли, отдельных молекул, атомов и ионов, атомных ядер и элементарных частиц.
Все тела во Вселенной образуют системы различной сложности:
1. Солнечная система - Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела (планеты, кометы, спутники планет, астероиды), Солнце – самосветящееся тело, остальные тела, как и Земля светят отраженным светом. Возраст СС ~ 5 млрд. лет. Таких звездных систем с планетами и другими телами во Вселенной огромное количество.
2. Видимые на небе звезды, в том числе Млечный путь – это ничтожная доля звезд, входящих в состав Галактики (или называют нашу галактику Млечный Путь)– системы звезд, их скоплений и межзвездной среды. Таких галактик множество, свет от ближайших идет к нам миллионы лет. Возраст Галактик 10-15 млрд. лет.
3. Галактики объединяются в своего рода скопления (системы)
Все тела находятся в непрерывном движении, изменении, развитии. Планеты, звезды, галактики имеют свою историю, нередко исчисляемую миллиардами лет.
Как известно, расстояние до ближайшего к Земле небесного тела - Луны составляет примерно 400.000 км. Наиболее удаленные объекты располагаются от нас на расстоянии, которое превышает расстояние до Луны более чем в 10 раз.
Попробуем представить размеры небесных тел и расстояния между ними во Вселенной, воспользовавшись хорошо известной моделью - школьным глобусом Земли, который в 50 млн раз меньше нашей планеты. В этом случае мы должны изобразить Луну шариком диаметром 7 см, находящимся от глобуса на расстоянии около 7,5 м. Модель Солнца будет иметь диаметр 28 м находиться на расстоянии 3 км, а модель Плутона - самой далекой планеты Солнечной системы - будет удалена от нас на 120 км. Ближайшая к нам звезда при таком масштабе модели будет располагаться на расстоянии примерно 800.000 км, т. е. в 2 раза дальше, чем Луна. Размеры нашей Галактики сократятся примерно до размеров Солнечной системы, но самые далекие звезды все же будут находиться за ее пределами.
На схеме отражена системность и расстояния:
1 астрономическая единица = 149, 6 млн.км (среднее расстояние от Земли до Солнца).
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. 1 световой год равен 9,46 миллионам миллионов километров!
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 832; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!