Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования Лицея №1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предмет астрономии

 

                                                       

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Выполнил ученик 11 «А» класса

                                                                     Лавкель Карины Геннадьевны

 

 

 

              

 

 

 

 

 

 

г. Лида

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение -------------------------------------------------------------------------------------3

1.Предмет астрономии -------------------------------------------------------------------4

2.Что изучает астрономия --------------------------------------------------------------6

3.Возникновение астрономии ---------------------------------------------------------7

4. Разделы астрономии-----------------------------------------------------------------10

4.1) Астрометрия-------------------------------------------------------------------------10

4.1.1) Фундаментальная астрометрия----------------------------------------------10

4.1.2)Практическая ---------------------------------------------------------------------11

4.2) Теоритическая----------------------------------------------------------------------12

4.3) Небесная механика-----------------------------------------------------------------12

4.4)Астрофизика -------------------------------------------------------------------------12

4.4.1) Практическая астрофизика---------------------------------------------------12

4.4.2) Теоритическая астрофизика--------------------------------------------------12

4.5) Космогония---------------------------------------------------------------------------12

4.6) Космология---------------------------------------------------------------------------12

5.Астрономические наблюдения и телескопы ----------------------------------13

6.Значение  астрономии ----------------------------------------------------------------18

 

Заключение -------------------------------------------------------------------------------21

 

Литература---------------------------------------------------------------------------------22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Астрономия — древнейшая из наук, включающая наблюдение и объяснение событий, происходящих за пределами Земли и ее атмосферы. Она изучает происхождение, развитие, физические и химические свойства объектов, наблюдаемых в небе (и находящихся за пределами Земли), а также процессы, с ними связанные.

 

Уходя корнями в астрометрию, астрономия развилась в различные отрасли изучения в рамках наблюдательной астрономии и теоретической астрономии, но она — одна из немногих наук, где непрофессионалы всё ещё могут играть активную роль.

 

Астрономия полезна потому, что она возвышает нас над нами самими; она полезна потому, что она величественна; она полезна потому, что она прекрасна. Именно она являет нам, как ничтожен человек телом и как велик он духом, ибо ум его в состоянии объять сияющие бездны, где его тело является лишь темной точкой, в состоянии насладиться их безмолвной гармонией. Так мы приходим к сознанию свой мощи, и это сознание многого стоит, потому что делает нас сильнее.

Анри Пуанкаре

 

Все мы живем на Земле – небольшой планете, затерянной в бескрайних просторах Вселенной. Все мы живем под одним и тем же небом – снова и снова манящим к себе. В ясную ночь там можно увидеть несколько тысяч звезд; а сколько миллиардов миров скрывается за полосой Млечного Пути? Неудивительно, что люди тысячелетиями поднимают головы вверх в надежде разгадать тайны Урании – древнегреческой музы астрономии.

 

В переводе с греческого слово астрономия означает «закон звезд», «наука о звездах». Наверное, это древнейшая наука: изменения длительности дня и ночи, сезонные колебания погоды, наводнения и засухи – что могло быть важнее для первобытных людей? Постепенно астрономия становилась уделом немногочисленных людей знания, все глубже и глубже проникая в законы движения небесных тел, в тайны мироздания.

 

С тех пор прошли тысячелетия. Сейчас в мире несколько тысяч профессиональных астрономов, но их усилиями мы уже знаем многое о галактиках и черных дырах, Большом взрыве и далеком будущем нашей Вселенной. И всегда, во все времена находились любители. Наблюдения метеоров, комет, переменных звезд – астрономия и по сей день не может обойтись без помощи энтузиастов.

 

 

Глава 1

ПРЕДМЕТ АСТРОНОМИИ

 
Астрономия – фундаментальная наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Накопленные ею знания применяются для практических нужд человечества.  
Астрономия является одной из древнейших наук, она возникла на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения были известны уже тысячи лет назад в Вавилоне, Египте, Китае и применялись народами этих стран для измерения времени и ориентировки по сторонам горизонта.  
И в наше время астрономия используется для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследованию и освоению космического пространства, развитию космонавтики и изучению нашей планеты из космоса. Но этим далеко не исчерпываются решаемые ею задачи.  
Наша Земля является частью Вселенной. Луна и Солнце вызывают на ней приливы и отливы. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния различных космических тел на Землю также изучает астрономия.  
Современная астрономия тесно связана с математикой и физикой, с биологией и химией, с географией, геологией и с космонавтикой. Используя достижения других наук, она в свою очередь обогащает их, стимулирует их развитие, выдвигая перед ними все новые задачи. Астрономия изучает в космосе вещество в таких состояниях и масштабах, какие неосуществимы в лабораториях, и этим расширяет физическую картину мира, наши представления о материи. Все это важно для развития диалектико-материалистического представления о природе.  
Научившись предвычислять наступление затмений Солнца и Луны, появление комет, астрономия положила начало борьбе с религиозными предрассудками. Показывая возможность естественнонаучного объяснения возникновения и изменения Земли и других небесных тел, астрономия способствует развитию марксистской философии.  
Курс астрономии завершает физико-математическое и естественнонаучное образование, получаемое вами в школе.  
Изучая астрономию, необходимо обращать внимание на то, какие сведения являются достоверными фактами, а какие – научными предположениями, которые со временем могут измениться. Важно, что предела человеческому познанию нет. Вот один из примеров того, как это показывает жизнь.  
В прошлом веке один философ-идеалист решился утверждать, что возможности человеческого познания ограничены. Он говорил, что, хотя люди и измерили расстояния до некоторых светил, химический состав звезд они никогда не смогут определить. Однако вскоре был открыт спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер звезд, но и определили их температуру. Несостоятельными оказались и многие другие попытки указать границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру на Луне, затем измерили ее с Земли при помощи термоэлемента и радиометодов, потом эти данные получили подтверждение от приборов автоматических станций, изготовленных и посланных людьми на Луну.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2

ЧТО ИЗУЧАЕТ АСТРОНОМИЯ

Астрономия изучает Солнце и звезды, планеты и их спутники, кометы и метеорные тела, туманности, звездные системы и материю, заполняющую пространство между звездами и планетами, в каком бы состоянии эта материя ни находилась. Изучая строение и развитие небесных тел, их положение и движение в пространстве, астрономия в конечном итоге дает нам представление о строении и развитии Вселенной в целом. Слово "астрономия" происходит от двух греческих слов: "астрон" - звезда, светило и "номос" - закон. При изучении небесных тел астрономия ставит перед собой три основные задачи, требующие последовательного решения:  
 
1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.  
 
2. Изучение физического строения небесных тел, т.е. исследование химического состава и физических условий (плотности, температуры и т.п.) на поверхности и в недрах небесных тел.  
 
3. Решение проблем происхождения и развития, т.е. возможной дальнейшей судьбы отдельных небесных тел и их систем.  
 
Вопросы первой задачи решаются путем длительных наблюдений, начатых еще в глубокой древности, а также на основе законов механики, известных уже около 300 лет. Поэтому в этой области астрономии мы располагаем наиболее богатой информацией, особенно для небесных тел, сравнительно близких к Земле.  
 
О физическом строении небесных тел мы знаем гораздо меньше. Решение некоторых вопросов, принадлежащих второй задаче, впервые стало возможным немногим более ста лет назад, а основных проблем - лишь в последние годы. 

 

Астрономия изучает физическую природу небесных тел, их влияние на Землю. Например, Луна и Солнце вызывают на Земле приливы и отливы. Разного рода солнечные излучения иногда переменной интенсивности влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Различные явления на Земле и в космосе взаимосвязаны и взаимообусловлены.

 

Астрономия изучает во Вселенной вещество в таких состояниях и масштабах, которые неосуществимы в физических лабораториях. Поэтому астрономия помогает расширить физическую картину мира и стимулирует развитие физики и математики.

Глава 3

 

ВОЗНИКНОВЕНИЕ АСТРОНОМИИ

Астрономия - наиболее древняя среди естественных наук. Она была высоко развита вавилонянами и греками - гораздо больше, нежели физика, химия и техника. В древности и средние века не одно только чисто научное любопытство побуждало производить вычисления, копирование, исправления астрономических таблиц, но прежде всего тот факт, что они были необходимы для астрологии. Вкладывая большие суммы в построение обсерваторий и точных инструментов, власть имущие ожидали отдачи не только в виде славы покровителей науки, но также в виде астрологических предсказаний. Сохранилось лишь очень небольшое число книг тех времен, свидетельствующих о чисто теоретическом интересе учёных к астрономии; большинство книг не содержит ни наблюдений, ни теории, а лишь таблицы и правила их использования. Одно из немногих исключений - "Альмагест" Птолемея, написавшего, однако, также и астрологическое руководство "Тетрабиблос".  
 
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 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.  
 
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. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4

РАЗДЕЛЫ АСТРОНОМИИ

 

4.1 Астрометрия

 

Астрометрия раздел астрономии, главной задачей которого является изучение геометрических, кинематических и динамических свойств небесных тел.

Основная задача астрометрии более развёрнуто формулируется как высокоточное определение местонахождения небесных тел и векторов их скоростей в данный момент времени. Полное описание этих двух величин дают шесть астрометрических параметров:

небесные экваториальные координаты, или положения, — прямое восхождение  и склонение;

собственные движения, то есть экваториальные скорости по прямому восхождению и склонению;

параллаксы;

лучевые скорости.

Знания этих астрометрических параметров для астрономического объекта с высокой точностью позволяют получить о нём следующую информацию:

абсолютная светимость объекта;

масса и возраст объекта;

классификация местонахождения объекта: в Солнечной системе, в Галактике, за её пределами, и т. п.;

классификация семейства небесных тел, к которому принадлежит объект;

отсутствие/наличие у объекта невидимых спутников;

и т. д.

Многие из этих сведений необходимы для того, чтобы делать выводы о физических свойствах и внутреннем строении наблюдаемого объекта, а также давать ответы и на более фундаментальные вопросы — об объеме, массе и возрасте всей Вселенной. Т.о., астрометрия является одним из необходимых разделов астрономии, дающим экспериментальную информацию, необходимую для развития остальных разделов.

 

4.1.1Фундаментальная астрометрия. Для точных измерений положений и движений небесных тел необходимо иметь систему отсчёта с заданными координатами. Фундаментальной астрометрией называется тот подраздел астрометрии, который занимается проблемами выбора такой системы координат, и связанных с ними вопросов — какие именно объекты выбрать для начала отсчёта (т. н., реализации системы координат); каким способом привязать систему координат к объектам, являющимся началом отсчёта.

Современные системы кооординат подразделяются на кинематические и динамические:

динамическая система координат — система, определяемая на основе элементов орбиты вращения Земли вокруг Солнца.

кинематическая система координат — система координат, базирующаяся на привязке к объектам, собственные движения которых могут считаться достаточно хорошо известными.

С начала развития астрономии и вплоть до конца XX века астрономы всегда пользовались именно динамической системой экваториальных координат. За начало отсчёта этой системы была принята точка весеннего равноденствия, традиционно обозначаемая символом , — точки пересечения эклиптики с небесным экватором, определяемая из наблюдений годового движения Солнца.

Такая динамическая система имеет ряд недостатков. Вследствие прецессии и нутации земной оси, движения оси вращения внутри Земли, а также вековых и периодических возмущений орбиты Земли от тел Солнечной системы (т. н., «прецессия от планет»[3]), точка весеннего равноденствия движется среди звёзд. Пока в астрономии пользовались динамической системой координат, это движение вынуждены были компенсировать подсчетом влияния всех вышеперечисленных процессов, соответственно пересчитывая координаты на каждую эпоху.

Кроме того, динамическая система отсчёта не удовлетворяет предъявляемому к опорной системе требованию инерциальности.

Эти затруднения привели к целесообразности замены динамической системы координат на кинематическую. В современной астрометрии пользуются кинематической системой координат. В настоящий момент это система координат ICRF в радиодиапазоне, с внегалактическими объектами в качестве опорных, и HCRF в оптическом диапазоне, использующая привязку к системе ICRF наблюдений космического астрометрического проекта Hipparcos.

Кинематическая система отсчёта, базирующаяся на внегалактических объектах в качестве опорных, считается квазиинерциальной (поскольку ускорением в движении внегалактических объектов, и даже самим наличием этого движения, можно пренебречь).

Любая кинематическая система координат определяется с помощью фундаментального каталога, как совокупность всех астрометрических параметров объектов, зачисленных в это каталог.

 

4.1.2 Практическая астрометрия. Практической астрономией называется подраздел, занимающийся проблемами:

использования установленной системы координат;

определения из полученных сведений, где находятся изучаемые объекты и как они движутся;

организации и обработки наблюдений для решения этих задач;

оценки точности полученных результатов, и её улучшения до нужной точности.

К практической астрометрии следует отнести и обзоры неба — составление подробных фотографических карт с целью каталогизации как можно большего числа астрометрических объектов.

 

4.2 Фундаментальная астрометрия

 

Фундаментальная астрометрия — раздел занимающийся определением координат небесных тел исходя из многолетних наблюдений, составлением каталогов звездных положений и определением числовых значений для важнейших астрономических постоянных;

 

4.3 Небесная механика

 

Небесная механика занимается изучением законов движения небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет форму и массу небесных тел, а также устойчивость их систем.

 

4.4 Астрофизика

 

Астрофизика - наука которая изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. В свою очередь она разделяется на.