Современная астрономия и ее методы

Одними из первых космогонических гипотез были гипотезы немецкого философа Иммануила Канта(1724-1804) и французского математика и астронома Пьера Лапласа(1749-1827).

По гипотезе Канта, Солнце некогда было окружено туманностью из беспорядочно двигавшихся частиц. Позднее их движение упорядочилось, частицы стали двигаться в одном направлении вокруг центрального светила. Когда скорость вращения сделалась большой, под действием центробежной силы от основной туманности начали отрываться кольца, продолжавшие вращаться вокруг Солнца. Под влиянием взаимного притяжения частиц кольца собиралось в одно сферическое тело – планету, которая сначала была раскаленной, а затем остывала. Сначала образовались внешние планеты, а затем внутренние. Марс старше Земли, Земля старше Венеры и т. д.

Гипотеза Канта противоречила принципам механики: хаотическое движение материи не могло само собой превратиться во вращательное.

Позднее Лаплас независимо от Канта создал свою гипотезу, где предполагал, что материя туманности уже была наделена вращением.

Торжеством математических методов в астрономии было открытие Нептуна. Существование этой планеты было сначала предсказано математически, и только после этого ее нашли на небе в заранее вычисленной точке.

 

 

 

 

 

 

2. Современная астрономия и ее методы.

 

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 изучает видимые положения и движения светил. Еще в древнейшие времена, на этапе исторического развития науки роль астрометрии долгое время состояла в также точном определении географических координат и времени с помощью изучения движения небесных светил (в современное время для того и другого существуют новейшие способы). Современная астрометрия состоит из:

- фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений определение и числовых значений астрономических параметров, величин, – позволяющих учитывать закономерные изменения местоположение светил;

- радиоастрономии, изучающей космические тела с помощью анализа исходящего от них излучения радиоволн;

- сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых и положений движений небесных тел с помощью различных систем координат(горизонтальной, экваториальной и других), а также теорию закономерных изменений координат светил временем.

2. Теоретическая астрономия даёт нам методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления видимых положений небесных тел по известным элементам их орбит.
3. Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел, и устойчивость их систем. Механика с огромными расстояниями и размерами тел.

Этими тремя раздела решают первую задачу астрономии – исследование движения небесных тел, и называются классической астрономией.

4. Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на:

- практическую (наблюдательную) астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы;

- теоретическую астрофизику, в которой, на основании законов физики, даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям. Ряд разделов астрофизики выделяется по методам специфическим исследования.

5. Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем, а также межзвёздной материи с учётом их физических особенностей.

В двух этих разделах решаются вопросы второй задачи астрономии – строение небесных тел.

6. Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том и числе нашей Земли и Солнечной системы.
7. Космология же изучает общие закономерности строения и развития всей Вселенной.

На основании всех полученных знаний о небесных телах и знаний полученных предыдущими разделами последние два раздела решают третью задачу астрономии – происхождение и эволюция небесных тел.

Буквальное значение слова астрофизика в переводе с греческого языка означает физика звезд. Однако в настоящее время это слово имеет значительно более широкое значение. Астрофизика — это наука обо всех физических явлениях во Вселенной. Она изучает не только звезды, но и межзвездную и межгалактическую среды, а также свойства и взаимодействие мельчайших частиц вещества (элементарных частиц, атомов, молекул), от которых существенно зависят многие свойства космических объектов, а также и Вселенной в целом.

Следует подчеркнуть, что в настоящее время стирается различие между понятиями астрофизика и астрономия, и многие разделы современной астрофизики в свое название включают слово “астрономия”. Так, например, ряд некоторых разделов современной астрофизики принято называть “Радиоастрономия”, “Оптическая астрономия”, “Рентгеновская астрономия”, “Нейтринная астрономия” и т.д. Такое смещение понятий возникло в результате происшедшей в последние десятилетия революции в астрономии. Суть этой революции состоит не только в том, что человечество освоило ближнее космическое пространство и активно использует его для научных исследований, а главным образом в том, что современная астрофизика (и астрономия тоже) стала всеволновой. Это означает, что в настоящее время ученые осуществляют наблюдения небесных объектов в широком диапазоне электромагнитного излучения, начиная от самых длинных радиоволн и заканчивая самыми энергичными фотонами, энергия которых достигает величины эВ, а также такими элементарными частицами, как нейтрино.

В астрофизике реализуется два концептуальных подхода. Один подход состоит в исследовании индивидуальных небесных объектов, таких, как планеты, звезды, пульсары, квазары, галактики, скопления галактик и др. Другой подход заключается в изучении общих физических принципов для разнообразных астрофизических процессов и в попытке установить общие законы развития материи во Вселенной.

Самый существенный вопрос для астрофизики, каким образом возможно получить информацию о небесных объектах. В настоящее время известны четыре канала получения информации.

1. Электромагнитное излучение: гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное и радио-излучения.
2. Космические лучи, которые достигают окрестности Земли и могут взаимодействовать с ее атмосферой. Первичный состав космических лучей включает высокоэнергичные электроны, протоны и тяжелые ядра, а также нестабильные нейтроны и мезоны. В первичный состав космических лучей входят также антипротоны и позитроны, то есть антиматерия. Но значительная часть из них образуется в результате взаимодействия протонов и ядер с межзвездным и межпланетным веществом, а также с атмосферами звезд и планет.
3. Нейтрино и антинейтрино. В настоящее время известны три типа нейтрино, два из которых связаны с электронами и мю-мезонами, а третий тип – с тау-мезонами.
4. Гравитационные волны, которые возникают при взрывах массивных звезд и могут дать информацию о движениях массивных небесных тел. Хотя гравитационные волны и не были детектированы напрямую, существует много наблюдательных данных, которые подтверждают их существование.

Вершиной успеха современной астрофизики явилось открытие небесных объектов с совершенно необычными физическими свойствами. Во-первых, это нейтронные звезды, которые представляют собой очень компактные, размером всего около 10 км объекты. Магнитное поле таких звезд достигает исключительно громадной величины ~10¹³ гаусс, совершенно недостижимой в земных лабораторных условиях. В таких громадных полях полностью изменяется структура вещества и его свойства. Во-вторых, это черные дыры – объекты, у которых вторая космическая скорость равна скорости света. В третьих, это квазары, которые являются ядрами галактик и представляют собой сверхмассивные черные дыры. Важной частью современной астрофизики является космология, то есть наука о том, как возникла и развивалась Вселенная в целом, а также наука о крупномасштабной структуре Вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Мы проследили развитие астрономической картины мира, начиная с появления первой цивилизации в доисторический период варварства. История науки дает нам увлекательное зрелище духовного роста, сопровождавшего развитие человечества в течение всего периода цивилизации. Сколько бы удивительных знаний и взглядов ни принесла эта наука, ее задача все еще далека от завершения. Относительно ближайшего к нам соседнего мира – Луны – человек стоит еще перед вопросами, которые, возможно, будут решены только тогда, когда к методам пассивного наблюдения удастся присоединить активный эксперимент. Что касается нашего непосредственного окружения во вселенной – солнечной системы, здесь наши знания лишь недавно вышли из стадии полной неопределенности и во всех отношениях еще несовершенны. Наша наука о звездной системе и самих звездах находится еще в самом начале и ограничивается внешней стороной явлений. О бесконечных пространствах за ее пределами и о недрах звезд, их развитии в прошлом и будущем едва намечена первоначальная точка зрения; все это еще проблемы. В любой частности, в любой более широкой области, мы стоим перед рядом интересных вопросов. Настало время, чтобы человечество, основав свободное всемирное общество, где господствует производительный труд, обеспечило в изобилии свою материальную жизнь и освободило все духовные силы для совершенствования своих знаний о природе, науки о вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Бакулин К.М. Курс общей астрономии. М.: Наука, 1987
2. Климишин И.А. Астрономия наших дней. М.: Наука, 1986
3. Куликов К.А. Астрономия древнейшая из наук. М.: Знание, 1965
4. Нейгебауэр О. Точные науки в древности.  М.: Наука, 1968
5. Паннекук А. История астрономии. М.: Физматгиз, 1966