Астрономия

строномия

Астрономия (греч. astronomía, от астро... и nómos — закон), наука о строении и развитии космических тел, их систем и Вселенной в целом.

Задачи и разделы астрономии. А. исследует тела Солнечной системы, звёзды, галактические туманности, межзвёздное вещество, нашу Галактику (систему Млечного Пути), другие галактики, их распределение в пространстве, движение, физическую природу, взаимодействие, происхождение и развитие. А. изучает и разрабатывает способы использования наблюдений небесных тел для практических нужд человечества. Таковы служба времени, определение географических координат и азимутов на земной поверхности, изучение фигуры Земли по наблюдениям искусственных спутников Земли, ориентация искусственных спутников и космических зондов по звёздам и т. п. А. способствует выработке правильных материалистических представлений о мироздании. А. тесно связана с другими точными науками, прежде всего — с математикой, физикой и некоторыми разделами механики, используя достижения этих наук и, в свою очередь, оказывая влияние на их развитие. В зависимости от предмета и методов исследований А. разделяется на ряд дисциплин (разделов). Астрометрия занимается построением основной инерциальной системы координат для астрономических измерений, определением положений и движений небесных объектов, изучением закономерностей вращения Земли и исчислением времени, определением значений фундаментальных астрономических постоянных; к ней относятся также сферическая астрономия, включающая математические методы определения видимых положений и движений небесных объектов, и практическая астрономия, посвященная теории угломерных инструментов и применению их для определения времени, географических координат (широты и долготы) и азимутов направлений.Небесная механика (теоретическая А.) изучает движения небесных тел, в том числе и искусственных (астродинамика) под влиянием всемирного тяготения, а также фигуры равновесия небесных тел. Звёздная астрономия рассматривает систему звёзд, образующую нашу Галактику (Млечный Путь), авнегалактическая астрономия — другие галактики и их системы. Астрофизика, включающая астрофотометрию, астроспектроскопию и другие разделы, исследует физические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве, а также химические процессы в них.Радиоастрономия изучает свойства и распределение в пространстве космических источников излучения радиоволн. Создание искусственных спутников Земли и космических зондов привело к возникновению имеющей большое будущее внеатмосферной астрономии. Космогония занимается вопросами происхождения как отдельных небесных тел, так и их систем, в частности Солнечной системы, акосмология — закономерностями и строением Вселенной в целом.

Астрономия в древности. А. возникла в глубокой древности в результате потребности людей определять время и ориентироваться при путешествиях. Уже простейшие наблюдения небесных светил невооружённым глазом позволяют определять направления как на суше, так и на море, а изучение периодических небесных явлений легло в основу измерения времени и установления системы календаря, позволяющего предвидеть сезонные явления, что было важно для практической деятельности людей.

Астрономические знания Др. Китая  дошли до нас в очень неполном и часто искажённом виде. Они состояли в определении времени и положения  среди звёзд точек равноденствий  и солнцестояний и наклонения эклиптики к экватору. В 1 в. до н. э. уже были известны точные синодические периоды движения планет. В Индии  была составлена система летосчисления, в которой большую роль играло движение Юпитера. В Др. Египте по наблюдениям  звёзд определяли периоды весенних разливов Нила, обусловливавших сроки  земледельческих работ; в Аравии, где из-за дневной жары многие работы совершались по ночам, существенную роль играли наблюдения фаз Луны; в  Др. Греции, где было развито мореплавание и вопросы ориентирования были крайне актуальными, в особенности до изобретения  компаса, получили развитие способы  ориентирования по звёздам. У многих народов, в частности в странах  ислама, с периодичностью небесных явлений, главным образом фазами Луны, был связан религиозный культ.

Довольно точные астрономические  наблюдения производились и передавались последующим поколениям уже в  самой глубокой древности. Благодаря  этому египтяне за 28 в. до н. э. определили продолжительность года в 365¹/₄сут. Период чередования лунных фаз (синодический месяц) был известен с точностью до нескольких мин, о чём свидетельствует найденный в 5 в. до нашей эры Метонов цикл, в котором по истечении 19 лет фазы Луны падают на те же даты года. Период повторяемости солнечных затмений, составляющий 18 лет 10 дней и названный саросом, был известен уже в 6 в. до нашей эры. Все эти сведения были получены на основе многовековых наблюдений небесных явлений древними народами Китая, Египта, Индии и Греции.

Звёзды, как бы прикрепленные к  небесному своду и вместе с  ним совершающие суточное вращение, практически не меняя взаимного  расположения, были названы неподвижными. В их неправильных группах пытались найти сходство с животными, мифологическими  персонажами, предметами домашнего  обихода. Так появилось деление  звёздного неба на созвездия, различные  у разных народов. Но, кроме таких  неподвижных звёзд, уже в незапамятные времена стали известны 7 подвижных  светил: Солнце, Луна и 5 планет, которым  были присвоены имена римских  божеств, — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. В честь Солнца, Луны и 5 планет были установлены 7 дней недели, названия которых в ряде языков до сих пор отражают это. Проследить движение по звёздному пути Луны и  планет было нетрудно, т. к. они видны  ночью на фоне окружающих звёзд. Установить такое движение Солнца помогли наблюдения ярких звёзд, которые появлялись перед восходом Солнца на фоне утренней зари (т. н. гелиакические восходы). Эти  наблюдения в сочетании с измерением полуденной высоты Солнца над горизонтом с помощью простейших приспособлений позволили довольно точно определить путь Солнца среди звёзд и проследить его движение, совершающееся с  годичным периодом по наклонному к  экватору большому кругу небесной сферы, названному эклиптикой. Расположенные  вдоль него созвездия получили название зодиакальных (от греч. zoon — животное), т. к. многие из них имеют имена  живых существ (Овен, Телец, Рак, Лев  и др.). В Др. Китае звёздное небо было подробно изучено и разделено  на 122 созвездия, из них 28 зодиакальных. Составленный там список 807 звёзд  на несколько столетий опередил звёздный каталог греческого учёного Гиппарха. Но у большинства народов было 12 зодиакальных созвездий, и Солнце в течение года проходило каждое созвездие примерно в течение  месяца. Луна и планеты также движутся по зодиакальным созвездиям (хотя и  могут отходить от эклиптики на несколько  угловых градусов в обе стороны).

В то время как движение Солнца и Луны всегда происходит в одном  направлении — с запада на восток (прямое движение), движение планет гораздо  сложнее и временами совершается  в обратном направлении (попятное движение). Причудливое движение планет, не укладывавшееся в простую схему и не подчинявшееся  элементарным правилам, казалось, говорило о существовании у них личной воли и способствовало их обожествлению  древними. Это, а также такие "устрашающие" явления, как лунные и особенно солнечные  затмения, появление ярких комет, вспышки новых звёзд, породили лженауку — астрологию, в которой расположения планет в созвездиях и упомянутые явления связывались с происшествиями на Земле и служили для предсказания судьбы народов или отдельных  личностей. Не имея ни малейшей научной  основы, астрология, используя суеверия и невежество людей, тем не менее  получила распространение и надолго  удержалась у многих народов. Так, многие правители, военачальники и знатные  люди держали специальных астрологов, с которыми советовались при принятии важных решений. Для того чтобы по правилам астрологии составлять гороскопы, по которым производилось мнимое предсказание будущего, нужно было знать расположение зодиака относительно горизонта в данный момент, а также  положения планет, что повело к  усилению астрономических наблюдений, уточнению периодов движения светил и созданию первых, хотя и очень  несовершенных теорий движения планет. Т. о., астрология, несмотря на всю свою абсурдность, способствовала на определённом этапе развитию науки А.

Геоцентрическая система мира. Для усовершенствования теорий движений планет потребовалось основательное знание геометрии, разработанной в Греции (не раньше 4 в. до н. э.). В это время Евдокс Книдский, предшественник Аристотеля, создал теорию гомоцентрических сфер (дошедшую до нас лишь в пересказе Аристотеля), согласно которой планета прикреплена к поверхности полой сферы, равномерно вращающейся внутри другой сферы, тоже вращающейся вокруг оси, не совпадающей с осью вращения первой сферы. В центре этих сфер находится Земля. Для представления сложного движения некоторых планет потребовалось несколько таких концентрических сфер, общее число которых доведено учеником Евдокса Калиппом до 55. Позже, в 3 в. до н. э., греческий геометр Аполлоний Пергский упростил эту теорию, заменив вращающиеся сферы кругами, и этим положил основу теории эпициклов, получившую своё завершение в сочинении древнегреческого астронома Птолемея (2 в. н. э.), известном под названием"Альмагест". Принималось, что все небесные светила движутся по окружностям и притом равномерно. Неравномерные движения планет, изменения направления их движения объясняли, предполагая, что они одновременно участвуют в нескольких круговых равномерных движениях, происходящих в разных плоскостях и с разными скоростями. Земля, о шарообразности которой учила уже Пифагорейская школа в 6 в. до н. э., считалась покоящейся в центре Вселенной, что соответствовало непосредственному впечатлению, создаваемому видом звёздного неба; окружность земного шара измерил в 3 в. до н. э. Эратосфен в Александрии.

Для практического применения теория эпициклов нуждалась в значениях  величин, определяющих периоды обращения  планет, взаимные наклоны их орбит, длины дуг попятных движений и  т. п., которые можно было получить только из наблюдений, измеряя соответствующие  промежутки времени и углы. Для  этого были созданы различные  приспособления и инструменты, сначала  простейшие, такие как гномон, а затем и более сложные — трикветрумы и армиллярные сферы. Последние позволяли определять эклиптические координаты "неподвижных" звёзд. Их списки (каталоги) были составлены в древности Ши Шэнем (Китай, 4 в. до н. э.), Тимохарисом (Греция, 3 в. до н. э.) и Гиппархом на полтораста лет позже (Греция, 2 в. до н. э.). Каталог Гиппарха содержит 1022 звезды с указанием их эклиптические широты и долготы и оценкой блеска в условной шкале звёздных величин, применяемой и поныне. При сравнении своего каталога с каталогом Тимохариса он обнаружил увеличение долгот всех звёзд и объяснил его движением точки весеннего равноденствия, от которой долготы отсчитываются. Так было открыто явление прецессии.

Астрономия в средние века. "Альмагест" Птолемея, в котором были подытожены астрономические знания того времени, оставался в течение многих веков фундаментом геоцентрической системы мира. Возникновение христианства с его догматизмом, нашествия варваров привели к упадку естествознания и, в частности, А. в средние века. В течение целого тысячелетия в Европе было мало прибавлено, но много позабыто из того, что было известно о строении Вселенной благодаря трудам учёных античного мира. Священное писание явилось каноном, из которого черпались ответы на все вопросы, в том числе и из области А.

Лишь арабы и соприкасавшиеся  с ними народы сделали попытку  если не реформировать А., то по крайней  мере уточнить новыми наблюдениями старые теории. Багдадский халиф аль-Мамун  распорядился в 827 перевести сочинение  Птолемея с греческого на арабский язык. Арабский учёный аль-Баттаии в  конце 9 — начале 10 вв. произвёл многочисленные наблюдения, уточнив значения годичной прецессии, наклона эклиптики к  экватору, эксцентриситета и долготы  перигея орбиты Солнца. В том же 10 в. арабский астроном Абу-ль-Вефа открыл одно из неравенств (неправильностей) в движении Луны. Большие заслуги  в развитии А. принадлежат Абу  Рейхану Вируни (Хорезм, конец 10 — 11 вв.), автору разнообразных астрономических  исследований. А. процветала у арабских народов и в Ср. Азии вплоть до 15 в. Многие крупнейшие учёные наряду с  другими науками занимались уточнением астрономических постоянных геоцентрической  теории. Особенно известны астрономические  таблицы, составленные в 1252 еврейскими и мавританскими учёными по распоряжению Кастильского правителя Альфонса Х  и поэтому называвшиеся альфонсовыми. Наблюдательная А. получила развитие в Азербайджане, где Насирэддин Туей соорудил большую обсерваторию в Мараге. По размерам, количеству и качеству инструментов выдающееся место заняла обсерватория Улугбека в Самарканде, где в 1420—37 был составлен новый большой каталог звёзд. Арабы сохранили от забвения классическую А. греков, обновили планетные таблицы, развили теорию, но, следуя Птолемею, не внесли в А. коренных реформ. В эту эпоху астрономические наблюдения производились также в Китае и Индии.

В 12—13 вв. некоторое оживление естествознания стало замечаться также и в  Европе. Постепенно, не без влияния  арабов, наиболее просвещённые люди знакомились  с наукой и философией древних  греков, сочинения которых переводили (часто с арабского) на латинский  язык. Учение Аристотеля было признано согласным с церковной догмой: геоцентрическая система мира не противоречила священному писанию. В Италии, а затем и в других странах Зап. Европы учреждались  университеты, которые, хотя и находились под сильным влиянием церковной  схоластики, всё же содействовали  развитию естествознания.

Гелиоцентрическая система мира. В связи с развивающимися мореплаванием и географическими исследованиями, требовавшими уточнения знаний положений звёзд и планет, несколько выдающихся астрономов, главным образом в Германии, возобновили наблюдения для усовершенствования планетных таблиц. В передовых университетах преподавалась геометрия, необходимая для усвоения теории эпициклов, и изучался "Альмагест", несколько переводов которого на латинский язык было напечатано в Венеции (1496, 1515 и 1528) и в Базеле (1538). Всё это благоприятствовало тому, что польский астроном Н. Коперник, познакомившийся в Краковском университете и затем в Италии со всеми подробностями теории эпициклов, по возвращении в Польшу произвёл полный переворот в А., вскрыв истинное строение планетной системы с Солнцем в центре и движущимися вокруг него планетами, в том числе и Землёй вместе с её спутником Луной. Уже древнегреческий астроном Аристарх Самосский в 3 в. до н. э. высказывал мысль, что Земля движется вокруг Солнца, а Гераклит ещё раньше предполагал, что Земля вращается вокруг оси. Но только Коперник во всех деталях разработал и обосновал гелиоцентрическую систему мира и последовательно изложил её в сочинении "Об обращениях небесных сфер", напечатанном в Нюрнбергов 1543. Этот труд дал ключ к познанию Вселенной в её действительном строении, а не в виде математической абстракции, описывающей лишь видимую сторону явлений. Однако веками укоренившееся мнение о неподвижной Земле как центре Вселенной, разделяемое церковью, долго не уступало места новому учению, которое не могли понять даже многие выдающиеся люди того времени. Считалось, что система Коперника лишь гипотеза, предназначенная для вычисления планетных движений, чему способствовало предисловие издателя книги Коперника, напечатанное без ведома автора. Даже крупнейший наблюдатель датский астроном Тихо Браге (16 в.) отказывался принять и даже понять гелиоцентрическую систему. Окончательно утвердил теорию Коперника, получив непреложные доказательства её истинности, итальянский физик, механик и астроном Г. Галилей (2-я половина 16 — 1-я половина 17 вв.). Другой пламенный проповедник множественности обитаемых миров — Дж. Бруно (16 в.) за это, с точки зрения церкви, еретическое учение после семилетнего заключения был сожжён в Риме на костре. Астрономические открытия Галилея были сделаны с помощью телескопа, незадолго перед тем изобретённого в Голландии. Галилей, узнав об этом изобретении, летом 1609 в Венеции сделал собственную зрительную трубу и уже в начале следующего года оповестил весь мир о своих удивительных открытиях. На Луне он увидел горы, обнаружил диски у планет, Млечный Путь оказался состоящим из бесчисленных звёзд, невидимых невооружённым глазом, в скоплении Плеяд он насчитал св. 40 звёзд. Затем он открыл 4 спутника Юпитера, которые, обращаясь вокруг центральной планеты, представляли уменьшенную копию планетной системы. Обнаруженная им смена фаз Венеры свидетельствовала о том, что эта планета обращается вокруг Солнца, а не Земли. На самом Солнце Галилей увидел пятна, разделив честь этого открытия с немецкими астрономами К. Шейнером и И. Фабрициусом. И только тогда, когда гелиоцентрическая система мира получила столь блестящие подтверждения, католическая церковь приняла меры к её запрету, считая, что она подрывает авторитет Священного писания. Перед судом инквизиции Галилей был вынужден отречься от учения Коперника (1633). Само же сочинение Коперника было внесено в список (индекс) запрещенных книг (этот запрет официально был снят лишь 200 лет спустя).