История астрономии
(дополнительный и справочный материал)
Астрономия - одна из древнейших наук.
На основе анализа названий созвездий, согласно которому древнейшим, возникшим не ранее 15 000 лет назад, является не похожее на зверя созвездие Большой Медведицы жителей Евразии (Медведя у аборигенов Северной Америки) и анализа собственных движений звезд, свидетельствующем о том, что 100 000 лет назад фигура созвездия соответствовала его названию (рис. 55), ряд ученых предложил гипотезу о том, что ещё Homo sapiens neandertalis - неандертальцы вели наблюдения звездного неба и давали созвездиям имена (что говорит о том, что они обладали членораздельной речью, имели способность к абстрактному и ассоциативному мышлению и передавали знания из поколения в поколение - так астрономия способствует развитию археологии, истории и антропологии).
Современный вид человека появился на Земле около 50 000 лет назад. Из наблюдений за видимым движением Солнца, Луны и звезд (планеты в отдельную группу звезд ещё не выделялись) люди пришли к выводу о видимом вращении неба вокруг оси мира и определили положение полюсов мира. Из неравномерно расположенных на небе звезд выделялись отдельные звезды, складывавшиеся в узор созвездия; в зависимости от вызываемых ассоциаций этим крупным созвездиям давали имена; другие внешне непримечательные созвездия с символическими названиями выделялись на основе ассоциации условий их видимости с определенными природными явлениями. Из звезд в первую очередь выделялись "реперные", яркие и ближайшие к полюсу мира. Первые высеченные в камне звездные карты были созданы 32-35 тысяч лет назад. Знание созвездий и положений некоторых звезд обеспечивало первобытным людям ориентацию на местности и приблизительное определение времени ночью.
Первоначально счет дней и ночей ограничивался пятью первыми числами, по числу пальцев на руке: пятидневной или "малой" неделей и, позднее, "большой" десятидневной неделей. Первые лунные календари, в которых время определялось по фазам Луны, были найдены в Сибири (Приобье) и имеют возраст 32000 лет. К тому же времени относится введение 7-дневной недели - периода между изменением фаз Луны. В результате наблюдений за изменением положения Солнца над горизонтом в течение многих месяцев возникла новая мера времени - год. Это совпало с периодом перехода от кочевого образа жизни к оседлому и развитию земледелия.
Завершение неолитической революции, массовый переход племен к земледелию и скотоводству породил потребность в создании нового типа календарей - солнечных. Продолжительность года определялась изначально в 360 суток. На эклиптике по 4 астрономически значимым точкам равноденствий и солнцестояний поэтапно, из-за влияния прецессии, выделялись зодиакальные созвездия: "квартет Близнецов" (Близнецы, Дева, Стрелец, Рыбы) в VI тысячелетии до н.э. в ареале индоевропейской культуры; "квартет Тельца" (Телец, Лев, Скорпион, Водолей) в Шумере в IV-Ш тысячелетии до н.э.; "квартет Овна" (Овен, Рак, Весы, Козерог) во П-I тысячелетии до н.э. на Ближнем Востоке. Разработка, проверка и уточнение ранних солнечных календарей, существовавших одновременно и параллельно со старыми лунными, требовало многолетних постоянных наблюдений за Солнцем и Луной, производившихся в храмах и, по совместительству, первых астрономических обсерваториях, строившихся около 5000 лет назад и оснащавшихся крупнейшими для того времени угломерными инструментами, размеры и сложность которых производят впечатление до сих пор и позволявших проводить разнообразные исследования с целью определения положения и характеристик видимого движения светил и вычисления некоторых астрономических постоянных.
Свыше 6000 лет назад необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала древнеегипетскую астрономию. Жизнь страны Та-Кемт зависела от разливов реки: в середине июля уровень вод начинал подниматься, достигал максимума в октябре-ноябре и возвращался к прежнему состоянию в январе-феврале. Нил заливал обширные пространства, покрывая их слоем плодородного ила. С началом разлива совпадало первое после периода невидимости появление яркой звезды Сотис (Сириус, a Большого Пса) на востоке в лучах восходящего Солнца. Оба события почти совпадали с днем летнего солнцестояния, становившимся первым днем Нового года. В результате многолетних наблюдений древнеегипетские жрецы-астрономы создали солнечный календарь: год состоял из 365 суток и делился на 3 сезона по 4 месяца в каждом (недостаток: он короче тропического на 0,2422... суток, так что за 1460 лет разница составляла 1 год); каждый месяц состоял из трех 10-дневных недель, последние 5 дней года объявлялись праздничными. Около 238 г. до н.э. в календарь были внесены повышающие его точность поправки. Небо было разделено на 23 созвездия. Созданы звездные таблицы. Для определения времени использовались солнечные (в т.ч. переносные) и водяные часы. Астрономические знания использовались в строительстве зданий, храмов, пирамид. Космологические представления не отличались сложностью и принципиально совпадали с представлениями первобытных людей: плоская Земля под куполообразным небом.
В древнем Вавилоне астрономические наблюдения начали проводиться за 3000 лет до нашей эры. На основе тщательных наблюдений затмений, восходов, заходов и движения по небу Луны и планет жрецы-астрономы сделали ряд важных открытий:
1. Определение сидерических периодов
обращения планет.
2. Введение понятия Зодиака. Открытие
прецессии.
3. Уточнение календаря; определение
продолжительности солнечного года в 365,25 d
(1792 г. до н. э.).
4. Предсказание затмений. Открытие сароса.
В 700-650 гг. до н.э. был создан первый в мире учебник-справочник по астрономии "Мул Апин" ("Звездный плуг").
В отличие от всех других государств древности, астрономы Китая не были связаны исполнением религиозных функций: они были высокопоставленными государственными чиновниками, в обязанности которых входило проведение регулярных астрономических наблюдений с регистрацией и истолкованием небесных явлений и извещением о них императора ("Сына Неба") и народа, составление и уточнение календарей, геодезические работы и т.д.
Для развития древнекитайской астрономии характерны глубокая самобытность, вековые традиции и преемственность. Астрономы Китая самостоятельно открыли ряд вышеуказанных явлений и опередили другие древние цивилизации многими выдающимися открытиями: в настоящее время известно около 100 000 астрономических текстов, охватывающих период с 2500 г. до н. э; летописи сохранили имена многих китайских астрономов. Первые государственные календари были введены около 2690 г. до н.э. Вначале появился солнечно-лунный 76-летний календарь (76 Т Å » 940 Т m ), в котором было 48 "простых" лет по 12 лунных месяцев и 28 "високосных" лет по 13 месяцев продолжительностью 29 и 30 суток. Затем он был упрощен до 19-летнего (12"простых" и 7 "високосных" лет) и приведен в соответствие с сидерическими периодами обращения Юпитера и Сатурна. Первая крупная специализированная обсерватория была построена У Ваном в ХП в. до н.э. Теория солнечных и лунных затмений была разработаны более, чем за 2000 лет до н.э.: "Астрономы Хи и Хо забыли о добродетели, предались непомерному пьянству, запустили свои обязанности и оказались ниже своего ранга. Они впервые не сделали ежегодных вычислений путей небесных светил. В последний осенний месяц, в первый его день Солнце и Луна вопреки вычислениям сошлись в созвездии Фанг. Слепых известил барабан, бережливые люди были охвачены смятением, народ бежал. А господа Хи и Хо находились при своей должности: они ничего не слышали и не видели..."(книга "Шу-Кинг", 2137 г. до н. э.). Китайские астрономы самостоятельно изобрели и с успехом использовали угломерные инструменты, компас, солнечные, водяные и огненные часы, различные механизмы и приспособления. В IV в. до н.э. был составлен первый в мире звездный каталог, содержавший сведения о 800 звездах. Небо было разбито на 124 созвездия, 320 звезд имели собственные имена (Шэ Шэн), позднее число созвездий возросло до 283 (Чжан Хэн, 130 г. н.э.). Собственное движение звезд было открыто И Сином в VП веке н. э. - за 1000 лет до европейских астрономов, без применения телескопа! В VШ веке было выполнено первое измерение дуги меридиана. Китайские астрономы открыли пятна на Солнце (I половина I тысячелетия до н. э.) и солнечные протуберанцы. С высокой точностью были определены синодических и сидерический периоды обращения планет. В хрониках отражены наблюдения метеоров, комет (кометы Галлея - с 611 г. до н.э.), вспышек Новых и Сверхновых звезд. "В день Синь-Уй на третью луну первого периода Ча-Ю (17 апреля 1056 г.) начальник астрономической службы доложил, что звезда-гостья, появившаяся утром на восточном небе на пятую луну первого периода Ши Хо (1054 г.), уже не наблюдается. До того она находилась все время вблизи звезды Твен-Куан... Она сияла даже днем, подобно Венере, испуская лучи во все стороны и имела красно-белый цвет. Она была видна на дневном небе 23 дня" (хроника "Сунше"). В представлении ученых Солнце, Луна, планеты и звезды имели сферическую форму и "плавали" в безграничном мировом пространстве. Однако китайским астрономам было трудно отрешиться от воздействия государственной идеологии "Срединной империи", делавшей Китай центром мира, поэтому для них, как и в Древнем Вавилоне, "небо напоминает шапку, а Земля подобна перевернутой глиняной миске".
Древнегреческие астрономы были обладавшими большой свободой творчества учеными-универсалами: математиками, физиками, философами. Они не были служителями религиозного культа и не были связаны государственной идеологией. Не ограничиваясь практическим применением астрономических знаний, они пытались объяснять механизм небесных явлений, впервые задумались о физической природе небесных тел и создали сложнейшие для Древнего мира космологические теории.
Фалес Милетский (624-547 гг. до н.э.) самостоятельно разработал теорию солнечных и лунных затмений, открыл сарос. Об истинной (сферической) форме Земли древнегреческие астрономы догадались на основе наблюдений формы земной тени во время лунных затмений.
Анаксимандр (610-547 гг. до н.э.) учил о бесчисленном множестве непрерывно рождающихся и гибнущих миров в замкнутой шарообразной Вселенной, центром которой является Земля; ему приписывалось изобретение небесной сферы, некоторых других астрономических инструментов и первых географических карт.
Анаксагор (500-428 гг. г. до н.э.), друг Фидия и Сократа, учитель Эврипида и Перикла, политический деятель-демократ, преследовался за атеизм. Он предполагал, что Солнце - кусок раскаленного железа; Луна - холодное, отражающее свет тело; отрицал существование небесных сфер; самостоятельно дал объяснение солнечным и лунным затмениям.
Метон (родился в 460 г. до н.э.) разработал универсальный "вечный" лунно-солнечный календарь. На 87-й Олимпиаде был провозглашен за свое изобретение олимпийским победителем, его календарь был принят во всей Элладе.
Демокрит (460-370 гг. до н.э.) считал материю состоящей из мельчайших неделимых частиц - атомов и пустого пространства, в котором они движутся; различия физических тел обуславливались формой, размерами и количеством составляющих их атомов; Вселенную - вечной и бесконечной в пространстве; Млечный Путь состоящим из множества неразличимых глазом далеких звезд; звезды - далекими солнцами; Луну - похожей на Землю, с горами, морями, долинами... "Согласно Демокриту, миров бесконечно много и они различных размеров. В одних нет ни Луны, ни Солнца, в других они есть, но имеют значительно большие размеры. Лун и солнц может быть больше, чем в нашем мире. Расстояния между мирами различны, одни больше, другие меньше. В одно и то же время одни миры возникают, а другие умирают, одни уже растут, а другие достигли расцвета и находятся на краю гибели. Когда миры сталкиваются между собой, они разрушаются. На некоторых совсем нет влаги, а также животных и растений. Наш мир находится в самом расцвете" (Ипполит "Опровержение всякой ереси", 220 г. н.э.)
Евдокс (408-355 гг. до н.э.) - один из крупнейших математиков и географов древности; разработал теорию движения планет и первую из геоцентрических систем мира.
Аристотель (384-322 гг. до н.э.) признавая шарообразность Земли, Луны и небесных тел и восхищаясь Демокритом, был сторонником собственной геоцентрической системы мира. Согласно Аристотелю, кометы всего лишь земные испарения, самовозгорающиеся высоко над Землей и не имеющие никакого отношения к небесным телам; метеорами и болидами ученые Древней Греции не интересовались, считая их чисто атмосферными явлениями.
Архимед (283-312 гг. до н.э.) впервые попытался определить размеры Вселенной. Считая Вселенную шаром, ограниченным сферой неподвижных звезд, а диаметр Солнца в 1000 раз меньшим, он вычислил, что Вселенная может вмещать 10 63 песчинок.
Эратосфен (276-194 гг. до н.э.) вычислил на основе астрономических наблюдений размеры Земли, определив длину земного экватора в 45000 км.
Аристарх Самосский (310-250 гг. до н.э.) за 1700 лет до Коперника сделал вывод о вращении Земли вокруг Солнца: "Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют свои места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в её центре" - писал Архимед. В работе "О размерах и взаимных расстояниях Солнца и Луны" Аристарх Самосский, принимая гипотезу о суточном вращении Земли, зная диаметр Земли (по Эратосфену) и считая Луну в 3 раза меньше Земли, на основе собственных наблюдений рассчитал, что Солнце - одна, ближайшая из звезд - в 20 раз дальше от Земли, нежели Луна (на самом деле - в 400 раз) и больше Земли по объему в 200-300 раз.
Гиппарх (П век до н.э.) "более, чем кто-либо доказал родство человека со звездами...он определил места и яркость многих звезд, чтобы можно было разобрать, не исчезают ли они, не появляются ли вновь, не движутся ли они, меняются ли они в яркости" (Плиний Старший). Гиппарх был создателем сферической геометрии; ввел сетку координат из меридианов и параллелей, позволявших определять географические координаты местности; составил звездный каталог, включавший 850 звезд, распределенные по 48 созвездиям; разделил звезды по блеску на 6 категорий - звездных величин; открыл прецессию; изучал движение Луны и планет; повторно измерил расстояние до Луны и Солнца и разработал одну из геоцентрических систем мира.
Древнеегипетский солнечный календарь был усовершенствован астрономом Созигеном по приказу Юлия Цезаря в 46 г. до н.э. Новый календарь получил название юлианского .Ранее в Древнем Риме применялся примитивный солнечный календарь, в котором год из 295 (304) суток разделялся на 10 месяцев, а позднее (с середины VIII в. до н.э.) – 13-месячный лунно-солнечный календарь. Год начинался с месяца "примидилиса" – марта, январь был одиннадцатым месяцем, февраль - двенадцатым. Начало и конец года, а также введение дополнительного месяца "марцедония" жрецы-понтифики устанавливали по своему усмотрению и в конце-концов сами запутались в своих расчетах, "задолжав" календарю 80 суток, что позволило Вольтеру заметить: "Римские полководцы всегда побеждали, но никогда не знали, в какой день это произошло"). Работа по исправлению календаря сделала 46 год до н.э. "самым длинным в истории человечества" – 445 суток!
В результате реформы год был разбит на 12 месяцев (по 31 суток в нечетных и 30 суток в четных месяцах). В честь Юлия Цезаря после его смерти месяц "квинтилис" был переименован в "юлий" – июль; затем следующий император Август Октавиан переименовал в свою честь еще один месяц. Остальные месяцы носили имена римских богов (январь, июнь и т. д.) или порядковые номера (сентябрь – "седьмой", октябрь – "восьмой", декабрь – "десятый").
Далее на протяжение 2000 лет юлианский календарь приобретал понемногу современный вид, испытывая без особых оснований многочисленные переделки: изменилось количество суток в месяцах, порядок их расположения и день начала года.
Клавдий Птолемей (100-165 гг. н.э.) попытался создать теорию видимого движения Солнца, Луны и планет. На основе каталога Гиппарха, собственных наблюдений и физики Аристотеля, разработал самую подробную и популярную геоцентрическую систему мира, определявшую космологические представления ученых на протяжение 1500 лет. Труд Птолемея "Великое математическое построение астрономии" ("Альмагест") в 13 книгах стал научной энциклопедией древности и средних веков.
По теории Птолемея:1) Земля неподвижна и находится в центре мира;
2) планеты вращаются по строго круговым орбитам;
3) движение планет равномерно.
 |
Для объяснения движения планет Птолемей
применил систему эпициклов и деферентов,
сделав их гармоническими: сложное
петлеобразное движение представлялось
суммой нескольких гармонических движений,
выражаемых формулой:
, где w
n - круговая
частота, t - время, A n - амплитуда, d
n - начальная фаза.
Эпициклическая система Птолемея была простой, универсальной, экономичной и, несмотря на свою принципиальную неверность, позволяла предвычислять небесные явления с любой степенью точности; с её помощью можно было бы решать некоторые задачи современной астрометрии, небесной механики и космонавтики. Сам Птолемей, обладая честностью настоящего ученого, делал упор на чисто прикладной характер своей работы, отказываясь рассматривать её как космологическую ввиду отсутствия явных доказательств в пользу гео- или гелиоцентрической теорий мира. Такими доказательствами могли бы стать наблюдения годичного параллакса (или аберрации), который пытались обнаружить Аристарх, Птолемей (а позднее - Коперник, Ньютон и другие ученые); но впервые истинность гелиоцентрической теории открытием аберрации звезды g Дракона сумел подтвердить лишь в 1725 году английский астроном Брэдли.
…Обожествление небесных светил в древнейшие времена отразилось в названиях дней недели, сохранившихся в языках различных народов мира до настоящего времени: главный день недели получил название "дня Солнца " – Sunday (англ.), "нициоби" (японский); второй день недели – "день Луны" – Lundi (французский), Montag (немецкий) и т.д. У других народов дни недели и месяцы попутно с "порядковым номером" обрели названия в соответствии с характером занятий людей, природных условий и климатическими сезонами.
Так, у восточных славян до принятия христианства счет дней недели велся от "дня отдыха, не-делания" - "недели" ("седьмицы"), "воскресением" он стал называться лишь в XVI веке. Далее по счету шел понедельник (1-й день), вторник (2-й день), среда (средний день недели), четверг (4-й день), пятница (5-й день); суббота получила название от древнееврейского sabbath – "день покоя". Месяцы назывались: январь - сечень, февраль - лютый, март - березозол, апрель – цветень, май – травень, июнь – червень, июль – липец, август – серпень, сентябрь – вересень, октябрь – листопад, ноябрь – грудень, декабрь – студень. До принятия христианства Новый год праздновался в день весеннего равноденствия; затем стал отмечаться с 1 марта; с 1492 г. – с 1 сентября и лишь с 1700 г. указом Петра I – с 1 января.
В Японии месяцы года получили названия: 1. Мицуки – "месяц дружбы"; 2. Кисараги – "месяц смены одежды"; 3. Яон – месяц произрастания трав; 4. Удзуки – "месяц кустарников"; 5. Сацуки – "месяц ранних посевов"; 6. Минадзуки – "безводный месяц"; 7. Фумидзуки – "месяц любования Луной"; 8. Хадзуки – "месяц листвы"; 9. Кикудзуки – "месяц хризантем"; 10. Каминадзуки – "месяц без богов"; 11. Симоцуки – "месяц инея"; 12. Сивасу - "месяц окончания дел".
Средние века, с начала IV по XI век, стали веками упадка в развитии естественнонаучных знаний, в том числе и астрономии вследствие гибели греко-римского центра науки и культуры и тормозящего действия монотеистических религий христианства и мусульманства. Дионисий Малый на основе астрономических данных "научно" вычислил дату рождения И. Христа и предложил новое летоисчисление ("от рождества Христова"). Никейский собор (г. н.э.) утвердил в качестве основного календаря христианского мира юлианский солнечный календарь и назначил празднование пасхи на первое воскресение после первого весеннего полнолуния вслед за днем весеннего равноденствия. На столетия предвычисление даты пасхи и других христианских праздников стало главной "научно-астрономической" проблемой для ученых священников. В Европе господствовала примитивная библейская картина мира: в "Христианской топографии Вселенной" Козьмы Индикоплова Земля имеет четырехугольную форму и соединяется с твердым небосводом прямоугольными стенами; смена дня и ночи объяснялась заходом Солнца за гору на севере. В XI - ХП веках она сменилась крайне догматизированной формой учений Аристотеля и Птолемея.
В VП-XIV веках центром науки становятся города Арабского Востока. В 20-е годы IX века в Багдаде был основан "Дом Мудрости", выполнявший функции Академии Наук. При нем была богатая библиотека старинных рукописей и астрономическая обсерватория. Арабскими учеными были переведены "Альмагест" Птолемея, труды Аристотеля и других древнегреческих ученых и индийские астрономические сочинения.
Мохамед Аль-Хорезми (783-850 гг.) составил астрономические и тригонометрические таблицы для нужд теоретической и практической астрономии, описал разные календарные системы, устройство и применение основных астрономических инструментов.
Аль-Баттани (858-929 гг.) проверил таблицы Птолемея, уточнил величину прецессии и угла e между эклиптикой и небесным экватором.
Абу Райхан аль-Бируни (973-1048 гг.) вел многолетние наблюдения небесных объектов и самостоятельно, по оригинальной методике, определил размеры Земли и догадывался о её вращении вокруг Солнца.
Омар Хайям занимался созданием астрономических таблиц, разработкой математического обеспечения практической астрономии и составлением календарей. Созданный им в 1079 г. персидский солнечный календарьбыл значительно точнее григорианского и применялся в Иране и ряде других государств до середины XIX века.
Насреддин Туси (1201-1277 гг.) основал в Мараге обсерваторию с большой библиотекой, в сотрудничестве с учеными Индии и Китая составил "Ильханские таблицы" движения Луны, Солнца и планет.
Мохамед-Тарагай Улугбек (1394-11449 гг.), внук и наследник великого завоевателя Тимура, построил крупнейшую в XV веке астрономическую обсерваторию с главным инструментом - гигантским квадрантом радиусом 40,2 м, с точностью измерений 10¢ по азимуту, с помощью которого были с большой точностью определены продолжительность года и угол e . Главным трудом Улугбека стал "Зидж Гурагани" ("Новые таблицы" - каталог 1018 звезд, включавший различные системы летоисчисления, основы сферической и практической астрономии, теорию затмений, движения планет и другие сведения. Книга Улугбека стала астрономической энциклопедией XV века и неоднократно переиздавалась в других странах.
В ХШ веке астрономия стала одной из обязательных учебных дисциплин во всех западноевропейских университетах, но вплоть до середины XVI века астрономия оставалась приложением к математике (и, через астрологию, к медицине).
Николай Кузанский (1401-1463 гг.), выдающийся немецкий философ и теолог, кардинал и викарий Папы римского был ученым, намного опередившим в своих взглядах эпоху. Он первым порвал с аристотелево-птолемеевой теорией Вселенной, утверждая подвижность земли в пространстве, её вращение вокруг своей оси и вещественное единство Земли и всех небесных тел.
Николай Коперник (1473-1543 гг.) стал одним из создателей новой астрономии и научного мировоззрения. В своем труде "О вращении небесных сфер" он изложил гелиоцентрическую теорию: на основе двух основных действительных движений Земли - годичного и суточного - объяснялись все главные особенности видимого суточного вращения небесной сферы и движения планет. Впервые получили объяснение смена времен года. Теория Коперника вскрыла важнейший принцип устройства Вселенной подвижность, планетарность Земли устраняла вековое представление об уникальности центра вращения Вселенной. На памятнике Н. Копернику в Варшаве высечена надпись: "Он остановил Солнце и сдвинул Землю".
В 1582 году по инициативе Папы римского Григория XIII астроном Луиджи Лилио Гаралли произвел реформу календаря. До конца XVI века на новый календарь перешли Италия, Франция, Польша, Португалия, Голландия, Австрия, Швейцария, Венгрия.
Джордано Бруно (1548-1600 гг.) объединил философско-космологическую концепцию Николая Кузанского с астрономическими выводами теории Коперника и создал свою естественно-философскую картину бесконечной изотропной Вселенной с множеством обитаемых планетных миров "...единое безмерное пространство, лоно которого содержит все... в котором все пробегает и движется... В нем - бесчисленные звезды, созвездия, шары, солнца и земли, чувственно воспринимаемые; разумом мы заключаем о бесчисленном множестве других. Все они имеют свои собственные движения, независимые от того мирового движения, видимость которого вызывается движением Земли... одни кружатся вокруг других... Поверхность нашей Земли меняется, только через большие промежутки времени эпох и столетий, в течении которых моря превращаются в континенты, а континенты в моря..." ("О причине, начале и едином"; "О бесконечности вселенной и мирах" (1584 г.). Джордано Бруно активно боролся с католической церковью. На месте его сожжения в Риме на памятнике высечена надпись "От столетия, которое он предвидел".
Тихо Браге (1546-1601 гг.) - великий датский астроном, последний из "титанов" дотелескопической эпохи. Главным делом жизни считал повышение точности астрономических наблюдений. В 1584 году на подаренном королем острове Гвен у берегов Швеции он построил две обсерватории - Ураниенборг и Стьертенборг, в которых 21 год вел астрономические наблюдения при помощи созданных им металлических угломерных инструментов, повысив точность измерений положений небесных светил в 100 раз - до 1¢ -2¢ ! Составил каталог 777 звезд. В 1577 году измерил параллакс кометы и установил, что она находится на большем, чем Луна, расстоянии от Земли. Создал свою, компромиссную систему мира вокруг неподвижной Земли в центре Вселенной вращалось Солнце, вокруг которого вращались планеты. Для её доказательства до конца жизни проводил наблюдения Марса с наивысшей для XVI века точностью. В 1597 году покинул Данию, умер в изгнании в Праге.
Иоганн Кеплер (1571-1630 гг.), ученик Тихо Браге, использовал данные многолетних наблюдений Марса в создании теории движения планет. И.Кеплер был горячим сторонником гелиоцентрической теории Н.Коперника, но хорошо знал её недостатки: данные наблюдений плохо согласовывались с теоретическими расчетами, согласно которым планеты равномерно двигались по строго круговым орбитам. 18 лет (1600-1618 гг.) И.Кеплер последовательно создавал гипотезы о том или ином характере движения Марса, а затем тщательно сравнивал результаты вычислений с данными о положении планеты на небесной сфере. Проверка гипотезы эллипса привела Кеплера к успешному завершению работы: "Не переставая ощупывать все места окружающего мрака, я вышел наконец на яркий свет истины". Кеплер сформулировал законы движения планет:
1. Все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
2. Радиус вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади: скорость движения планет максимальна в перигелии и минимальна в афелии.
3. Квадраты звездных периодов обращения планет соотносятся как кубы больших полуосей их орбит:
Работа завершилась в 1618-21 гг. книгой "Сокращение коперниковой астрономии", которую церковь тут же запретила (до 1818 года!). В 1611 году И. Кеплер предложил новую оптическую схему телескопа, используемую во всех современных телескопах-рефракторах. Жизнь великого астронома была полна лишений, он умер всеми забытый, в полной нищете.
Увеличительные стекла применялись еще в Древнем мире; описание подзорной трубу содержится в работах Роджера Бэкона (ХШ в.) и Леонардо да Винчи (1509 г.): "Сделай очковые стекла для глаз, чтобы увидеть Луну большой". Первые подзорные трубы появились в Голландии в начале XVП века.
Изобретение телескопа Галилео Галилеем (1564-1642 гг.) в 1610 году открыло новую эру в астрономии: эру телескопических наблюдений и астрофизических исследований: "Месяцев десять тому назад стало известно, что некий фламандец построил перспективу, при помощи которой видимые предметы, далеко расположенные, становятся отчетливо различимы, будто они находятся вблизи. Это и было причиной, по которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения подобного инструмента. Опираясь на учение о преломлении, я постиг суть дела и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах которой поместил два оптических стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло выпукло-сферическое, другое вогнутое... Я вне себя от изумления, так как уже успел убедится, что Луна представляет собой тело, подобное Земле..."
Г. Галилей открыл горы, моря и кратеры на Луне, 4 наиболее крупных спутника Юпитера, наблюдал пятна на Солнце, фазы Венеры, кольца Сатурна, множество звезд во Млечном пути и даже Нептун. Самый мощный из телескопов Г. Галилея имел характеристики: D = 4,5 см, F = 125 см, Г = 34´ .Г. Галилей состоял в дружеской переписке с И. Кеплером. За свою активную научную деятельность, пропаганду гелиоцентрической теории Коперника Галилей подвергался преследованиям со стороны церкви, вынудившей его под страхом смерти отречься от своих воззрений; книги его входили в список запретных до начала XIX века.
Р. Декарт (1596-1650 гг.) был автором первой материалистической космологической гипотезы, разработанной на основе гелиоцентрической теории. По мнению Декарта, космические тела и их системы образовались в результате вихревых движений однородной материальной среды - эфира, заполняющего всю Вселенную и находящегося в состоянии непрерывного развития. Все материальные тела Вселенной состоят из совокупности одинаковых мельчайших элементарных частиц, находящихся в непрерывном движении и взаимодействующих друг с другом. Солнечная система представляет собой один из эфирных "вихрей"; Солнце состоит из "тонкой материи", планеты и кометы - из более крупных частиц. Планеты не обладают собственным движением и перемещаются, увлекаемые мировым вихрем сила тяжести на их поверхности обусловлена давлением частиц друг на друга.
Законы движения планет, сформулированные И. Кеплером, были дополнены и уточнены И. Ньютоном и другими учеными, войдя в основу классической механики, теории Всемирного тяготения и нового раздела астрономии - небесной механики.
Н. Коперник и И. Кеплер предполагали, что небесные тела обладают свойством притяжения; ранее подобные взглядов придерживались Н. Кузанский и Леонардо да Винчи. Г. Галилей, Борелли и Р. Гук вплотную подошли к разработке теории тяготения.
И. Ньютон (1643-1727 гг.) начал заниматься году математическим обоснованием теории Коперника в 1665 году. В основу его работы легли опыты Г. Галилей и законы движения планет Кеплера. В ходе исследований И. Ньютону пришлось разработать новые математические методы и создать стройную систему основных понятий механики и сформулировать основные законы динамики, ставшие основой классической физики. Изданные в 1687 году "Математические начала натуральной философии" (как в то время называли физику) содержали теоретическое обоснование гелиоцентрической теории и стали одним из величайших естественнонаучных трудов, а их автор - одним из самых великих ученых-физиков. В основе механики Ньютона лежит закон Всемирного тяготения, сделанный им на основе анализа движения планеты Земли и её спутника Луны, образующих единую космическую систему. Он впервые высказал гипотезу о формировании звезд в газопылевых туманностях под действием гравитации; объяснил причины приливов и отливов.
Астрофизические исследования начались с изобретения телескопа Г. Галилеем. Во второй половине XVП века бурно развивается телескопическая астрономия, строятся всё более мощные телескопы-рефракторы, разрабатываются новые системы окуляров и монтировок, Р. Гук изобрел часовой механизм. Аберрации ослаблялась увеличением фокусного расстояния объективов. В результате у Х. Гюйгенса телескоп при диаметре объектива 20 м имел длину трубы 64 см; телескоп Я. Гевелия имел длину 50 м, а самым крупным "динозавром телескопической техники" стал инструмент А. Озу (1664) с фокусным расстоянием 98м! В 1668 году И. Ньютон построил первый в мире рефлектор с главным зеркалом диаметром 2,5 см. Почти одновременно с ним схемы зеркальных телескопов были опубликованы в работах Д. Грегори (1663 г.) и К. Кассегрена (1672 г.). зеркала рефлекторов XVII-XVIII веков изготавливались из сложных металлических сплавов на основе бронзы и выходили из строя (требовали новой полировки) через год после изготовления. В конце XVII века Д. Грегори предложил для уничтожения хроматической аберрации изготавливать объективы и окуляры телескопов из нескольких линз с разными коэффициентами светового преломления, но первые ахроматические телескопы были созданы П. Доллондом на основе расчетов Л. Эйлера, Д. Клеро и Дж. Доллонда в 80-х годах XVIII века.
Телескопические наблюдения значительно расширили знания о природе объектов Солнечной системы: составлены первые карты Луны, лунным морям, горам и кратерам даны названия (Г. Галилей, П. Шейнер, Я. Гевелий, Д. Риччоли и др.); открыты кольца и спутник Сатурна Титан (Х. Гюйгенс); моря и полярные шапки Марса; исследуются солнечные пятна, открыто вращение Солнца (Г. Галилей, И. Фабрициус, П. Шейнер и др.), звездные скопления и туманности. Завершается разбиение небесной сферы на созвездия (Я. Гевелий и др.).
В 1664 году жизненно заинтересованный король Людовик XIV собрал первую в мире международную научную конференцию астрономов, посещенную исследованиям комет.
Первая в Европе государственная астрономическая обсерватория открылась в Париже в 1671 году; в 1675 году начала работу Гринвичская обсерватория в Англии.
Современники часто называли XVШ век "Веком Просвещения". Это было время возрождающихся материалистических учений, когда в науке стал главенствовать эксперимент и феноменологический подход в объяснении явлений природы, а наиболее разработанной научной теорией стала классическая механика Ньютона.
Астрометрия переживала бурный подъем. Применение оптических устройств в комбинации с угломерными инструментами (Ж. Пикар, 1671 г.) и изобретение пассажного инструмента О. Ремером (1689 г.) значительно повысило точность определения горизонтальных небесных координат светил. Это привело к открытию собственного движения звезд Э. Галлеем (1719 г.) и движения Солнца среди звезд. Изобретение Х. Гюйгенсом маятниковых часов и создание весьма точных приборов для хранения времени - хронометров (Д. Гаррисон, 1736 г.) позволило точно определять моменты небесных явлений и промежутки времени между ними. Разработанные Ньютоном и Лейбницем методы интегрального и дифференциального исчисления вместе с работами в области тригонометрии привели к созданию простых и точных способов астрономических расчетов по переводу небесных координат из одной системы в другую и предвычисления небесных явлений. Это позволило повысить точность определения географических координат местности, необходимую для мореплавания, картографии и военного дела, планирования времени, составления календарей и других практических нужд людей того времени. Сферическая астрономия достигла вершин своего развития и стала на время наиболее полно разработанным разделом астрономии.
Григорианский календарь к концу XVIII века стал использоваться во всех государствах Германии, Норвегии, Дании, Швеции и Великобритании со всеми ее колониями, включая будущие Североамериканские Штаты. В годы революции во Франции постановлением Национального конвента был введен новый солнечный 12-месячный календарь, разработанный комиссией (Ж. Ромм, Ж.Л. Лагранж, Ж.Ж. Лаланд, Г. Монж и др.): в каждом месяце насчитывалось по 30 суток; год начинался с 22 сентября; месяцам были даны новые названия, отражающие явления природы; 7-дневная неделя заменялась 10-дневной декадой.
За два века визуальных телескопических наблюдений астрономы составили довольно верные представления о физической природе и основных физических характеристиках Солнца, Луны и планет и сделали ряд верных предположений о природе звезд и туманностей и колоссальности межзвездных расстояний (Х. Гюйгенс, И. Ламберт). В 1704 году Э. Галлей (Англия) издал книгу "Обзор кометной астрономии", в которой высказал идею о периодическом возвращении комет и рассчитал элементы орбиты кометы, названной позднее в его честь кометой Галлея. В 1750 г. Т. Райт построил первую схему Галактики. В 1779 г. Х. Майером опубликован первый каталог двойных звезд. К главным астрономическим открытиям XVШ веке прибавились открытия атмосферы Венеры (М.В. Ломоносов, 1761 г.); планеты Уран (В. Гершель); нового класса планетных тел - метеороидов; затменно-переменных звезд и цефеид (Э Пиготт, Дж. Гудрайк, 1782-86 гг.). Ф. Эпиниус (1770 г.) предположил о разогреве Солнца за счет падения комет. Поскольку изготовление рефлектора много проще и дешевле, чем рефрактора таких же характеристик, то уже в 1789 году английский астроном В. Гершель построил 122-см рефлектор. На основе этих знаний и законов механики были сформулированы первые научные космогонические и космологические гипотезы.
Шведский ученый Э. Сведенберг (1688-1772 гг.) развил гипотезу Декарта с учетом открытий классической механики, считая, что Солнечная система образовалась в результате возникновения и развития в солнечной атмосфере "вихря материи", который отделился от Солнца под действием центробежных сил и распался затем на отдельные сгустки, из которых сформировались планеты и их спутники.
Одну из наиболее известных и детально разработанных космологических гипотез того времени сформулировал в 1755 году великий немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804 гг.): образование космических тел Солнечной системы происходило в крайне разреженной космической среде из мельчайших частиц разной массы (пространственная плотность распределения частиц была пропорциональной их массе), в которой под действием "внутренних связей" (негравитационных сил химического происхождения) возникали неоднородности плотности - сгустки вещества, уплотнявшиеся и под действием сил тяготения сближавшиеся и соединявшиеся с соседними; недра формирующихся объектов разогревались за счет "смещения" (сжатия) вещества. Главным недостатком гипотезы было отсутствие объяснения вращения Солнечной системы.
Свою космогоническую гипотезу И. Кант распространял на всю бесконечную в пространстве Вселенную. Он считал, что у Вселенной был момент рождения, а в настоящее время она развивается под действием естественных механических сил притяжения и отталкивания и будет существовать вечно. Космические тела возникают в недрах диффузных газопылевых туманностей (все наблюдаемые туманности являются формирующимися планетными системами); во Вселенной есть объекты разного возраста, а сама Вселенная имеет "островное" системное строение. В рамках своей гипотезы И. Кант блестяще предсказал существование двойных звезд, трансурановых планет, кометных резервуаров на границе Солнечной системы и закона межпланетных расстояний Тициуса-Боде (1772 г.). Он осуществил первый научный анализ проблемы существования внеземной жизни, отметив связь между формами жизни и физическими условиями на поверхности космических тел и сделал вывод, что жизнь может существовать лишь на поверхности наиболее благоприятствующих этому планет. Однако "Сочинения Канта оставались без непосредственного результата до тех пор, пока долгие годы спустя Лаплас и Гершель не развили его содержание и не обосновали его детальнее, подготовив таким образом постепенное признание "небулярной" гипотезы" (Ф. Энгельс).
Вильям Гершель (1738-1822 гг.) - известный астроном-наблюдатель, конструктор телескопов, открыл около 2500 туманностей и 800 двойных звезд и в 1781 году, при испытании нового телескопа, планету Уран; в его трудах получила дальнейшую разработку гипотеза формирования звезд в газопылевых туманностях.
Пьер-Симон Лаплас (1749-1821 гг.) - один из крупнейших французских ученых XVШ века: в физике он разработал теорию потенциала, теорию движения точки с переменной массой и теорию капиллярности; в математике стал одним из творцов теории вероятности и разработал основы теории ошибок. В астрономии его основные работы были связаны с исследованиями сложных случаев возмущенного движения космических тел (вековые возмущения Юпитера, Сатурна, Луны; фигуры планет; движение полюсов Земли; первая теория движения спутников Юпитера и динамической теории приливов; обоснование механической устойчивости Солнечной системы). Пятитомный "Трактат о небесной механике" (термин ввел Лаплас) стал классическим трудом и в течении 50 лет был основным руководством для астрономов в данном разделе науки.
В его работе "Изложение системы мира"(1796 г.) подробно рассматривалось формирование Солнечной системы из вращающейся газопылевой туманности. Планеты и спутники образовались одновременно с Солнцем из вещества его протяженной, горячей и разреженной атмосферы. Гипотеза Лапласа хорошо объясняла почти все известные научные факты и лежала в основу космогонии свыше 100 лет, до начала ХХ века.
П.-С. Лаплас был убежден во всеобщей и безграничной причинно-следственной обусловленности всех явлений природы: "Мы должны рассматривать современное состояние вселенной как результат её предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе и относительное расположение её составных частей, если бы он был достаточно обширен, чтобы подвергнуть все эти данные анализу, объял бы в единой формуле движение самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома. Для него бы не было ничего неясного и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами". "Лапласов детерминизм" был общепринятой методологией всех естественно-математических наук вплоть до конца XIX века.
В начале XIX века небесная механика становится одним из классических разделов астрономии и привлекает к себе сердца большинства астрономов; поиску решения задач 3-х и n-тел уделяют силы многие выдающиеся ученые.
В 1796 году астрономами Европы для поиска неизвестной планеты, которая согласно закону Тициуса-Боде (при n = 3) должна двигаться между орбитами Марса (n = 2) и Юпитера (n = 4), был создан "отряд небесной полиции" с целью "выследить и поймать беглого подданного Солнца". 1 января 1801 года Дж. Пиацци (Италия) открыл первую из малых планет - Цереру (а = 2,77 а. е.); через год Г. Ольберс открыл Палладу и предложил первую гипотезу об образовании и характеристиках пояса астероидов, в рамках которой в 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году - Веста; до конца XIX века было открыто 400 астероидов. Увеличилось число известных спутников планет-гигантов; исследования тесных двойных систем привели к открытию нового класса космических тел - белых карликов. Было изучено движение многих комет и установлена связь между ними и метеорными потоками.
Подлинным триумфом теории Всемирного тяготения явилось открытие "на кончике пера" планет Нептун и Плутон.
Вскоре после открытия Урана выяснилось, что расчетное движение планеты не совпадает с данными наблюдений. Было высказано предположение, что за Ураном есть ещё одна планета, которая силой своего притяжения воздействует на Уран, изменяя его орбиту. Зная характер движения Урана и силу притяжения, действующую на него со стороны Солнца и известных планет, ученые У. Леверье (Франция) и А. Адамс (Англия) в середине XIX века независимо друг от друга рассчитали элементы орбиты этого неизвестного тела, определив, в какой области небесной сферы его следует искать - с такой точностью, что уже в первые ночи наблюдений в 1846 году немецкий астроном И. Галле открыл планету Нептун. Однако движение Нептуна не вполне соответствовало расчетам ученых, откуда следовало, что в Солнечной системе есть еще одна планета; поиски её затянулись почти на 90 лет.
Россия постепенно выдвигается в число передовых астрономических держав мира; русские астрономы - Л. Эйлер, разработавший теорию движения Луны; династия Струве; исследователь физики комет Ф.А. Бредихин; А.А. Белопольский и многие другие.
В 1839 г. открылась Пулковская обсерватория, ставшая до конца XIX века "астрономической столицей мира". Первым её директором стал один из крупнейших астрономов В.Я. Струве, обосновавший вывод о существовании и величине межзвездного поглощения и совершивший в 1836 году одновременно с Ф. Бесселем первое прямое измерение расстояния до звезды a Лиры: "Впервые лот, заброшенный в глубины мирового пространства, достиг дна"; при его участии было проведено градусное измерение дуги меридиана от побережья Ледовитого океана до устья Дуная. Аккуратность, объективность и прославленная точность работ пулковских астрономов обеспечила им высочайший авторитет в области астрометрии, результаты их работ широко использовались учеными всего мира. В течение XIX века российскими учеными (И.Г. Медлером и др.) было разработано несколько проектов календарей точнее и удобнее юлианского, но их реализации и введению григорианского календаря воспрепятствовал священный Синод.
В 1884 г. в Вашингтоне состоялась международная конференция по введению единого поясного времени (С. Флешинг) и единого начального меридиана.
Бурно развивалась наблюдательная астрономия. Росло количество обсерваторий, особенно в Европе и России появились первые обсерватории в южном полушарии Дж. Гершель, В. Лассаль и др.). Увеличивалось число и мощность телескопов; их объективы стали изготавливать из различных сортов стекла. В 1842 году У. Парсонс (Росс) построил крупнейший в XIX веке 2-метровый рефлектор; в 1861 г. 122-см рефлектор построил В. Лассаль. Развитие физики привело к появлению новых методов и инструментов астрономических исследований: в 1836 г. Дж. Гершель начал фотометрические наблюдения звезд, а в 1840 г. сделал попытку наблюдений Солнца в инфракрасном диапазоне; в 1841-45 гг. У. Бонд и Дж. Бонд (США) начали первые фотографические наблюдения; в 1874 г. был опубликован первый фотографический атлас Луны; проводилось визуальное и фотографическое фотометрирование светил.
Подлинную революцию в астрофизике произвело открытие Р. Бунзеном и Г. Киргхофом в 1859-62 гг. основ спектрального анализа, позволяющего устанавливать все основные физические характеристики космических тел. Первые спектральные наблюдения Солнца провел в 1814 году И. Фраунгофер, в 1860 году В. Хэггинс начал спектроскопические наблюдения звезд и уже в 1863 году А. Секки предложил их первую спектральную классификацию. В 1868 г. Н. Локьер открыл на Солнце новый химический элемент - гелий. Создание протуберанц-спектроскопов и спектрогелиографов позволило подробно изучать атмосферу Солнца и происходящие в ней процессы. В 1869 г. Дж. Лейн публикует первую теорию внутреннего строения Солнца. К концу XIX века были проведены первые спектральные исследования планет Солнечной системы и их спутников. Был исследован химический состав метеоритов. Классифицированы и изучены десятки переменных звезд. Г. Гельмгольц и У. Кельвин предложили гипотезу о том, что в основе энергетики Солнца лежит его гравитационное сжатие. Спектральный анализ подтвердил сходство химического состава космических объектов, Земли и Солнца, доказывающее материальное единство Вселенной. Исследования А.М. Ляпунова и А. Пуанкаре стали фундаментальными основами аналитических и качественных методов исследований в небесной механике ХХ века.
В начале ХХ века астрофизика стала одним из основных разделов астрономии. За 50 лет спектральных, фотографических и фотометрических наблюдений при непрерывном увеличении мощности и числа инструментов (в первые десятилетия нового века было построено несколько телескопов-рефлекторов с диаметром зеркала от 1 м до 2,5 м, астрономы накопили огромное количество данных о космических объектах, явлениях и процессах.
Вторая научная революция в истории естественных наук привела к полной замене классической гравитационно-космологической картины мира на новую.
В 1903 г. К.Э. Циолковский приступил к научной разработке основ космонавтики.
В 1905-1913 годах Э. Герцшпрунг (Дания) и Г. Рессел (США) подвергли анализу огромный массив информации о звездах и, обобщив его, выявили основные закономерности в мире звезд, отразившиеся в известной диаграмме "спектр-светимость"; позднее были построены диаграммы "масса - светимость", "температура - светимость" и многие другие.
В 1908 г. Г. Ливитт открыл зависимость "период-светимость" у цефеид, позволившую определять расстояния до далеких звездных систем, содержащих цефеиды.
Экспериментальное доказательство давления света П.Н. Лебедевым позволило в 1910 г. объяснить существование кометных хвостов, зодиакального света, противосияния и других космических явлений и различий в химическом составе между планетами земной группы и планетами-гигантами.
Были открыты межзвездные линии поглощения в спектрах звезд (И. Гартман, 1904 г.), космические лучи (В. Гесс, В. Колхестер, 1912 г.), обнаружен первый белый карлик Сириус В (У. Адамс, 1915 г.), создана модель Галактики (Х. Шепли, 1918 г). Г. Рессел, А. Милн и С. Пейн применили к изучению звездных атмосфер теорию ионизации атомов М. Саха.
В 1915 г. А.Л. Чижевский начал многолетние исследования солнечно-биологических связей, заложив основы нового раздела астрономии - гелиобиологии.
Революция и гражданская война в России нанесли непоправимый ущерб развитию науки. Многие выдающиеся ученые (О.Л. Струве, Б. Шмидт, И.И. Сикора, а позднее, в 30-е годы - Г.А. Гамов, и другие) и их ученики став эмигрантами, стали позже и гордостью науки - но не российской! Многие погибли или были лишены возможности заниматься наукой и мы никогда не узнаем, какую огромную пользу принесли бы они нашей стране и мировой науке. Остались нереализованными многие интереснейшие научные программы, не построен крупнейший в мире рефрактор с диаметром объектива свыше 1 м.
В то же время революция сделала астрономические и другие естественнонаучные знания достоянием широких народных масс: образованию и просвещению населения Советской России и развитию советской науки, в том числе астрономии, придавалось огромное значение. В 1918 году страна перешла на григорианский календарь; в 1919 г. введено поясное время, в 1030 г. - декретное время; с 1929 по 1940 год последовало несколько попыток реформы календаря в интересах промышленности (5-ти и 6-дневная рабочая неделя; в году 12 месяцев по 30 суток и 5 праздничных дней и т.д.).
Дж. У. Джинс (1877-1946 гг., Англия) предположил, что энергетика звезд основана на ядерных процессах (аннигиляции вещества) и предложил расчет внутренних параметров звезд на основе решения основных уравнений молекулярно-кинетической теории. В 1916 г. он выступил с космогонической гипотезой о возникновении Солнечной системы в результате отделения от Солнца гигантского приливного выступа при прохождении вблизи другой звезды.
А. Эйнштейн (1879-1955 гг.) в 1916 г. завершил создание общей теории относительности (ОТО), ставшей фундаментом для создания релятивистской космологии и выявления самых общих свойств и закономерностей Вселенной. Она раскрывала неразрывную связь между пространством и временем, объясняла явление гравитации; геометрические свойства пространства объяснялись количеством, распределением и движением материи. Первым принципиально новым космологическим следствием явилось теоретическое обоснование идеи нестационарности Вселенной, осуществленное в 1922-24 гг. советским физиком А.А. Фридманом (1888-1925 гг.); на основе анализа основных уравнений ОТО о возможном изменении радиуса кривизны пространства во времени были разработаны возможные модели Вселенной: монотонно расширяющейся с некоторого точечного или конечного объема или пульсирующей. К тем же выводам в конце 20-х годов пришли бельгийский астроном Ж. Леметр, В. де Ситтер и А. Эддингтон.
А.С. Эддингтон (1882-1944 гг., Англия) в 1916-18 гг. сформулировал первую математическую теорию внутреннего строения звезд на основе термодинамической теории лучистого равновесия; в 1918-19 гг. строит первую теорию цефеид и при наблюдениях полного солнечного затмения получает первое доказательство теории Эйнштейна; в 1924 г. дает первое объяснение диаграмме Герцшпрунга-Рессела; последние годы жизни отдал разработке единой теории материи.
В 1918-24 гг. был опубликован 9-томный каталог Гарвардской обсерватории со сведениями о спектрах 225300 звезд. В 1922 г. на первой Генеральной ассамблее Международного Астрономического Союза (МАС) был утвержден список из 88 созвездий небесной сферы; из них 51 созвездие имеет древнегреческое происхождение (указаны в каталоге Птолемея); 12 созвездий южного неба выделены П. Кейзером в1595 г.; 3 созвездия введены П. Плациусом в 1598 г.; 7 созвездий созданы Я. Гевелием в 1690 г. и 14 южных созвездий выделены Н. Лакайлем в 1763 г. Современные границы созвездий были утверждены в 1928 г. на третьей Генеральной ассамблее МАС.
В 1925 г. выдающийся американский астроном Э.П. Хаббл (1889-1953 гг.) с помощью 258-см рефлектора, введенного в строй в 1917 г. и остававшегося на протяжение 33 лет крупнейшим телескопом мира, разрешил на звезды галактики М31 и М33. Он доказал гипотезу "островного" строения Вселенной, предложил первую морфологическую классификацию галактик и создал новый раздел науки - внегалактическую астрономию. 5 годами спустя Я. Оорт открыл дифференциальное вращение нашей Галактики.
В 1929 г. Э. Хаббл открыл "красное смещение" в спектрах далеких галактик - первое доказательство теории расширяющейся Вселенной, и сформулировал один из основных законов космологии (закон Хаббла). Одновременно в СССР Б.А. Воронцов-Вельяминов окончательно доказал существование поглощения света во Вселенной.
В 1923 г. в Женеве при Лиге Наций был создан Международный Комитет для подготовки Всемирного неизменного календаря. В 1931 г. Всемирная ассоциация по календарю провела международное совещание по этой проблеме. Учеными разных стран были разработаны многочисленные проекты точных "вечных" календарей. В 1937 г. на обсуждение Комитета лучшим был признан проект французского 12-месячного календаря, одобренного Международным астрономическим союзом и правительствами 70 государств. Введению нового Всемирного календаря помешало сопротивление католической церкви и II мировая война.
В 1930 г. после многолетних поисков на основе точнейших расчетов П. Лоуэлла его ученик американский ученый К. Томбо открыл планету Плутон. К. Янский (США) открыл космическое радиоизлучение центра Галактики.
Б. Шмидт и Д.Д. Максутов создали новые зеркально-линзовые системы телескопов, сочетающих в себе достоинства рефракторов и рефлекторов.
Ф. Цвикки, В. Бааде, Г. Минковский выделили Сверхновые в отдельный класс звезд и начали их изучение, предположив, что при их вспышках образуются нейтронные звезды.
В 1937-39 гг. К. Вейцзеккер, Г. Бете, Г.А. Гамов, К. Кричфилд, Э. Теллер открыли протон-протонный и азотно-углеродный циклы термоядерного синтеза; Г. Бете (США) разработал первую теорию термоядерных реакций в недрах звезд, как основы их энергетики, а Г.А. Гамов в 1946 г. построил первую теорию эволюции звезд.
Теория о формировании Солнечной системы из вещества газопылевой туманности разрабатывалась советским ученым О. Ю. Шмидтом и уточнялась позднее А. Камероном, Э. Шацманом и другими учеными.
В Советском Союзе в конце 30-х годов в результате массовых репрессий пострадали многие ученые; был уничтожен почти весь научный состав Пулковской обсерватории (Б.П. Герасимович, М.И. Идельсон, Б.В. Нумеров, В.П. Цесевич и другие); усилилась идеологизация науки.
Многие молодые ученые погибли на фронтах Великой Отечественной войны.
В начале 50-х годов восстанавливаются разрушенные войной обсерватории Советского Союза, Восточной и Западной Европы, строятся новые, вступают в строй новые телескопы. На Земле стало свыше 20 телескопов с диаметром объектива свыше 1 м, используемых в основном для астрофизических внегалактических наблюдений; в 1948 году в США в обсерватории Маунт-Паломар установлен мощнейший для того времени 5-метровый рефлектор.
Вопрос о реформе календаря неоднократно рассматривался ООН (1949, 1953, 1954, 1957 гг. и т.д.). Наилучшим оказался проект, рекомендованный к рассмотрению Генеральной Ассамблеи ООН в 1954 году: при схожести с григорианским календарем он проще и удобнее его. Проект был одобрен СССР, Индией, Китаем, Францией и значительной частью государств Европы, Азии и Южной Америки. Против него по религиозным и политическим соображениям выступили США, Великобритания и некоторые другие государства.
Итогом развития науки и техники первой половины ХХ века стало создание новых методов и инструментов астрономических исследований, обусловивших Ш астрономическую революцию и новый качественный скачок в познании Вселенной.
Астрономия стала всеволновой.
Развитие радиофизики привело к коренному усовершенствованию приемно-передающих устройств и обусловило появление нового раздела науки - радиоастрономии. В 1942 г. открыто радиоизлучение Солнца (Дж. Хей, Дж. Саутуорт, Г. Ребер) В 1943 г. Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси (СССР) обосновали возможность радиолокации космических тел. В 1946 г. в Венгрии и США осуществлена первая радиолокация Луны и открыты космические радиоисточники (Дж. Хей, С. Парсонс, Дж. Филлипс). В 1951 г. обнаружено радиоизлучение межзвездного водорода; начались наблюдения космических радиоисточников и метеоров. 1955 год стал годом рождения нейтринной астрономии. Аппаратура для исследования космических лучей устанавливалась на борту высотных ракет и аэростатов.
Продолжались исследования природы нашей Галактики: В. Бааде в 1944 г. выделил в 2 основных типа звездного населения. Советские ученые А.А. Калиняк, В.И. Красовский, В.Б. Никонов при наблюдениях в ИК-диапазоне открыли и исследовали ядро Галактики. Б.В. Кукаркин на основе изучения переменных звезд выделил в Галактике различные подсистемы. В.А. Амбарцумян открыл звездные ассоциации как отдельный класс звездных систем, существование которых свидетельствует о продолжающихся процессах звездообразования в нашей Галактике. В 1951-54 гг. была установлена спиральная структура Галактики.
В 1952-59 гг. В.А. Амбарцумян провел изучение активных ядер галактик, а Б.А. Воронцов-Вельяминов исследовал взаимодействующие галактики.
К 1956 году было завершено создание основ теории звездной эволюции. С. А. Жевакин разработал теорию цефеид.
4 октября 1957 г. запуск первого в мире советского искусственного спутника Земли ознаменовал начало космической эры астрономических исследований. При помощи аппаратуры, установленной на борту космических аппаратов, был сделан ряд важных астрономических открытий, включая наличие у Земли радиационных поясов, исследована природа Луны, Венеры и Марса.
Были открыты источники космического рентгеновского и гамма-излучения; квазары (М. Шмидт, 1963 г.), нейтронные звезды – пульсары (Э. Хьюиш, Дж. Белл, 1967 г.). Открытие реликтового излучения А. Пензиасом, Р. Уилсоном в 1965 г. доказало истинность космологической теории "Большого Взрыва".
С развитием ядерной физики во второй половине ХХ века получили полное объяснение диаграммы "спектр-светимость"; "масса - светимость", "температура - светимость" и другие закономерности в основных физических характеристиках, строении, составе, происхождении и эволюции звезд.
Происхождение химических элементов в результате термоядерных реакций в недрах звезд объяснили исследования Дж. и М. Бэрбидж, У. Фаулера, Ф. Хойла и Л. Камерона. В начале 60-х годов модели образования звезд были разработаны Ч. Хаяши и Д. Накано и были уточнены Р. Ларсоном и В. Чарнутером.
Разрабатывались и широко внедрялись новые методы и инструменты астрономических исследований (фотоэлектронная аппаратура, телекамеры, ПЗС-матрицы). Улучшилось оснащение обсерваторий Советского Союза, введены в строй новые мощные телескопы. В 1976 году в СССР был построен и установлен в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (САО) близ станицы Зеленчукской на Северном Кавказе 6-метровый рефлектор БТА.
На протяжение второй половины ХХ века над теорией возникновения и развития Метагалактики работали многие выдающиеся ученые: Г. А. Гамов, Я. Б. Зельдович, В.Л. Гинзбург, А. Д. Сахаров, И.М. Халатников, А.Л. Зельманов, А.Д. Линде, С. Хокинг и многие другие. Было доказано наличие "скрытой массы" в галактиках (1973-74 гг.), появились первые "кандидаты" в черные дыры, доказано существование гравитационных волн (1976 г.). Одним из важнейших космологических открытий 70-х годов стало установление ячеистой структуры Метагалактики (М. Йыэвеер, Я. Эйнасто).
В середине-конце 70-х годов теория формирования двойных звезд и планетных систем из вращающейся газопылевой туманности была проверена с помощью компьютерных моделей. Ее авторы: В. Чарнутер, К.-Х. Винклер, Г. Иорк, М. Ружичка. В начале 80-х годов с борта ИСЗ ИРАС были открыты протопланетные газопылевые диски у ряда звезд (b Живописца, Вега, Фомальгаут и т.д.). В настоящее время теория формирования планетных систем всесторонне разработана и близка к завершению, подтверждена данными наблюдений и результатами компьютерного анализа. Проблемы внутреннего строения, химической и тепловой эволюции Земли и других планетных тел Солнечной системы рассматривались советскими учеными Б.Ю. Левиным, В.С. Сафроновым, В.Н. Жарковым, Е.А. Любимовой, Г.В. Войткевичем и другими.
- - дидактика - контрольные работы - задача
Астрономия является одной из древнейших наук. Первые записи астрономических
наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н.э. Однако
известно, что еще за 3 тысячи лет до н. э. египетские жрецы подметили, что
разливы 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.
В Древнем Китае за 2 тысячи лет до н.э. видимые движения Солнца и Луны были
настолько хорошо изучены, что китайские астрономы могли предсказывать
наступление солнечных и лунных затмений.
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.
С развитием человеческого общества перед астрономией выдвигались все новые и
новые задачи, для решения которых нужны были более совершенные способы
наблюдений и более точные методы расчетов. Постепенно стали создаваться
простейшие астрономические инструменты и разрабатываться математические методы
обработки наблюдений.
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
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.
Следующий, очень важный этап в развитии астрономии начался сравнительно
недавно, с середины XIX в., когда возник 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. В 40-х гг. XX в. стала развиваться
радиоастрономия, а в 1957 г. было положено начало качественно новым методам
исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в
дальнейшем привело к возникновению фактически нового раздела астрофизики -
рентгеновской астрономии (см. ; 160).
Значение этих достижений астрономии трудно переоценить. Запуск искусственных
спутников Земли. (1957 г., СССР), космических станций (1959 г., СССР), первые
полеты человека в космос (1961 г., СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г.,
США), - эпохальные события для всего человечества. За ними последовали доставка
на Землю лунного грунта, посадка спускаемых аппаратов на поверхности Венеры и
Марса, посылка автоматических межпланетных станций к более далеким планетам
Солнечной системы.
Об отдельных, наиболее важных достижениях современной астрономии рассказано в
соответствующих главах учебника.
Астрономия изучает строение, движение, происхождение и развитие небесных тел, их систем и всей Вселенной в целом. Другими словами, астрономия изучает изучает строение и эволюцию Вселенной.
Важными задачами астрономии являются объяснение и прогнозиро-
вание астрономических явлений, таких, как солнечные и лунные зат-
мения, появление периодических комет, прохождение вблизи Земли
астероидов, крупных метеорных тел или ядер комет.
2. Как возникла наука астрономия? Охарактеризуйте основные периоды её развития.
Как и другие науки, астрономия возникла из практических потребностей человека: необходимость ориентирования при кочевом образе жизни, предсказания наступления сезонов года при земледелии, потребность в измерении времени и летоисчеслении (составлении календарей).
3. Какие объекты и их системы изучает астрономия? Перечислите их в порядке увеличения размеров.
Астрономия изучает и исследует небесные объекты (галактики, звёзды, межзвёздную среду, планеты, спутники планет, карликовые палнеты и малые тела Солнечной системы), объясняет и прогнозирует астрономические явления (солнечные и лунные затмения, появление периодических комет, движение планет, астероидов и т. д.), исследует процессы, происходящие в недрах Солнца и звёзд, эволюцию небесных тел и Вселенной в целом.
4. Из каких разделов состоит астрономия? Кратко охарактеризуйте каждый из них.
- Практическая астрономия . Развивающиеся торговля и мореплавание нуждались в разработке методов ориентации, определении географического положения наблюдателя, точном измерении времени исходя из астрономических наблюдений.
- Небесная механика . Изучение движения небесных тел.
- Сравнительная планетология . Учёные взялись за изучение и сравнение Земли с другими планетами и спутниками с помощью оптических приборов.
- Астрофизика . Изучение физическиз явлений и химических процессов в небесных телах, их системах и в космическом пространстве.
- Звёздная астрономия . Изучение движения звёзд в нашей Галактике, исследование свойств других звёздных систем.
- Космология . Изучение происхождения, строения и эволюции Вселенной.
- Радиоастрономия . Изучение радиоизлучений Солнца и далёких космических объектов.
5. Что такое телескоп и для чего он предназначен?
Телескопы служат для собирания света исследуемых небесных тел и получения их изображения. Телескоп увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела, и собирает во много раз больше света, приходящего от светила, чем невооружённый глаз наблюдателя. Благодаря этому в телескоп можно рассматривать невидимые с Земли детали поверхности ближайших небесных тел, а также множество слабых звёзд.
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 .
- «История астрономии». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/История_астрономии - «Древняя астрономия и современная астрономия». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://www.prosvetlenie.org/mystic/7/10.html - «Практическое и идеологическое значение астрономии». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://space.rin.ru/articles/html/389.html - «Начала астрономии. Гномон - астрономический инструмент». Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.astrogalaxy.ru/489.html
- «Астрономия XXI века - Астрономия в XX веке». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://astroweb.ru/hist_/stat23.htm - «Астрономия» Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Астрономия - «Астрономия XXI века - Итоги XX и задачи XXI века». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://astroweb.ru/hist_/stat29.htm - «Компьютерный планетарий RedShift». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://www.bellabs.ru/RS/index.html - «Google Планета Земля». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Google_Планета_Земля - «Google Maps». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Google_Maps - «Celestia». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Celestia - «KStars». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/KStars - «Stellarium». Электронный ресурс.
Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Stellarium
Астрономия- древнейшая из наук. Археологами установлено, что человек владел начальными астрономическими знаниями уже 20 тыс. лет назад в эпоху каменного века.
Развитие астрономии происходило по мере накопления данных наблюдений, их систематизации.
Астрономия особенно бурно развивалась в те эпохи, когда в обществе возникала острая практическая потребность в её результатах (предсказание наступление сезонов года, времяисчисление, ориентировка на суше и море и т.п.
Доисторический этап ¾ »от 25 тыс.лет до н.э.- до 4 тыс. до н.э.(наскальные рисунки, природные обсерватории и т.д.).
Древний этап ¾ условно можно считать от 4.000лет до н.э.-1000 до н.э.:
¾ около 4.тыс. лет до н.э. астрономические памятники древних майя, каменная обсерватория Стоунхендж (Англия);
¾ около 3000 лет до н.э. ориентировка пирамид, первые астрономические записи в Египте (рис. 1.1), Вавилоне, Китае;
¾ около 2500лет до н.э. установление египетского солнечного календаря;
¾ около 2000 лет до н.э. создание 1-ой карты неба (Китай);
¾ около 1100 лет до н.э. определение наклона эклиптики к экватору;
Античный этап ¾ идеи о шарообразности Земли (Пифагор, 535 г. до н.э.);
¾ предсказание Фалесом Милетским солнечного затмения (585 г. до н.э.).
¾ установление 19-летнего цикла лунных фаз (цикл Метона, 433 г. до н.э);
¾ идеи о вращении Земли вокруг оси (Гераклит Понтийский, 4 век до н.э);
¾ 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.);
¾ начало систематических определений положений звёзд греческими астрономами, развитие теории системы мира (3 век до н.э.) (рис.1.2);
¾ открытие прецессии, первые таблицы движения Солнца и Луны, звездный каталог 850 звезд (Гиппарах, (2 Век до н.э);¾ идея о движении Земли вокруг Солнца и определение размеров Земли (Аристарх Самосский, Эратосфен 3-2 в. до н.э.);
¾ введение в римской империи Юлианского календаря (46 г. до н.э);
¾ Клавдий Птолемей – «Синтаксис»(Альмогест)-энциклопедия античной астрономии, теория движения, планетные таблицы (140 г. н.э).
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:
¾ 813г. Основание в Багдаде астрономической школы (дом мудрости);
¾ 827г. определение размеров земного шара по градусным измерениям между Тигром и Евфратом;
¾ 829г. основание Багдадской обсерватории;
¾Х в. открытие лунного неравенства (Абу-ль-Вафа, Багдад);
¾ каталог 1029 звёзд, уточнение наклона эклиптики к экватору, определение длинны 1° меридиана (1031г, Ал-Бируни);
¾ 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. Так в Португалии, еще в 14 веке принц Генрих основал обсерваторию для обеспечения потребностей мореплавания, и хотя он не принимал участия в плаваниях, в истории он известен под именем Генрих- Мореплаватель, а Португалия первая из Европейских стран начала захват и эксплуатацию новых территорий.
Важнейшие достижения европейской астрономии XV ¾ XVI веков это планетные таблицы (Региомонтан из Нюрнберга, 1474г.), работы Н.Коперника, которые произвели первую революцию в Астрономии (1515-1540 гг.), а также наблюдения датского астронома Тихо Браге в обсерватории Ураниборг на острове Вэн (самые точные в дотелескопическую эпоху). В 1609- 1618 гг. Кеплер на основе этих наблюдений планеты Марс открыл три закона движения планет, а в 1687г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения , объясняющий причины движения планет.
В начале 17 века (Липперсгей, Галилей, 1608 г) был создан оптический телескоп, многократно раздвинувший горизонт познания человечества о мире. Соединение достижений теории и практики позволило в свою очередь сделать ряд замечательных открытий: 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, создаётся небесная механика, определяются массы планет.
В начале ХIХ века (1.01.1801г.) Пиацци открывает первую малую планету (астероид) Цереру, а затем в 1802 и в 1804 годах были открыты Паллада и Юнона.
В 1806 ¾ 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 ¾ 1850 гг лорд Росс (Ирландия) открыл спиральную структуру некоторых туманностей, а в 1846 г. И.Галле (Германия) по вычислениям У.Леверье (Франция) открыл планету Нептун, что явилось триумфом небесной механики. Развитие науки в ХIХ-ом веке (прежде всего физики и химии), появление новых технологий дал толчок к развитию астрофизики. 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), а повышение точности астрометрических наблюдений позволило измерить годичный параллакс звёзд (Струве, Бессель, 1838г) открыть движение земных полюсов.
Астрономия ХХ века. В начале ХХ века К.Э.Циолковский издаёт первое научное сочинение по космонавтике ¾ «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
В 1905 г. А.Эйнштейн создаёт специальную теорию относительности , а в 1907 ¾ 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 («нестационарная вселенная» А.А.Фридман, РСФСР). В 1923 г Э.Хаббл доказал существование других звёздных систем ¾ галактик , а в 1929 г. он же открыл закон «красного смещения» в спектрах галактик.
Дальнейшее развитие астрономии в ХХ веке шло как по пути увеличения мощности оптических телескопов (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) так и по освоению других участков спектра электромагнитных волн.
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. Вдохновившись его работами 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. Эти методы дали возможность астрономам начать изучение физической природы небесных тел и значительно расширить 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. За ними последовали 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.
Освоение астрономией широкого спектра электромагнитных волн позволило человечеству многократно увеличить свои знания о Вселенной. В тоже время новые возможности поставили перед наукой новые задачи – темная материя, тёмная энергия ждут рационального объяснения.
Более подробно о наиболее важных достижениях современной астрономии рассказано в соответствующих разделах курса лекций.
Связь астрономии с другими науками, практическое значение астрономии
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 - запуск искусственных спутников Земли, орбитальных и межпланетных космических станций невозможен без астрономических знаний.
Исключительно важна роль астрономии в формировании правильного материалистического мировоззрения. 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.
Астрономия с древнейших времён служила людям для определения времени и местоположения на поверхности Земли, т.е для навигации и геодезии. С запуском первого искусственного спутника Земли в нашей стране в 1957 г. началась эра космических исследований. Изучение Земли из космоса позволило ещё шире поставить астрономию на службу наук о Земле (геологии, геохимии, геофизики и т.п.).
Особое значение астрономия приобретает в настоящее время, решая задачу предупреждения о столкновении Земли с астероидом или кометой. То, что эта угроза не плод воображения фантастов говорят последствия падения т.н. «тунгусского метеорита». В результате падения, как считает большинство исследователей ядра небольшой кометы, была уничтожена тайга на огромной территории (площадь вывала леса превысила 2 тыс. кв. км.). как показывают расчеты, столкновение с Землёй астероида диаметром 100 м может происходить раз в 1000 лет. При падении тела таких размеров по усреднённым подсчётам выделится энергия » 5×10 17 дж, что примерно равно взрыву самой мощной термоядерной бомбы и лишь в 20 раз меньше чем суммарная мощность всех землетрясений на Земле за год. Падение такого тела может привести к локальной катастрофе, которая может быть усугублена аварией на потенциально опасных объектах – атомных или гидроэлектростанциях, химических производствах, а также спровоцировать начало военных действий с применением оружия массового уничтожения. Первой задачей по предотвращению таких катастроф является обнаружение таких тел за годы до столкновения. Роль астрономических наблюдений в решении этой задачи является главной. Более подробно об астероидно-кометной опасности и роли астрономии в её предотвращении сказано в разделе 11.
Астрономия продолжает оставаться наблюдательной наукой, но недалек тот день, когда астрономические наблюдения будут производиться не только с межпланетных станций и орбитальных обсерваторий, но и с поверхности Луны или других планет.
Литература к разделу
- Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: учебное пособие/Под ред. В.В. Иванова.- 2-е изд.- М.: Эдиториал УРСС, 2004-544с.
- Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. Изд. 5-е – М.:Эдиториал УРСС, 2002. -688с.
- Ганагина И.Г. Астрономия. – Метод. указ. -Новосибирск: СГГА. – 2002.
- Климишин И.А. Астрономия наших дней. 2-е издание, “Наука”, 1980-456с.
- Бронштэн В.А. Тунгусский метеорит. М.: А.Д. Сельянов, 2000-311с.