Предмет исследования астрономии. Астрономия

Не раз, поднимая глаза к ночному небу, мы задавались вопросом – что находится в этом бесконечном пространстве?

Вселенная таит в себе множество тайн и загадок, но существует наука под названием астрономия, которая уже много лет изучает космос и пытается объяснить его происхождение. Что это за наука? Чем занимаются астрономы и что именно изучают?

Что означает слово «астрономия»?

Термин «астрономия» появился в Древней Греции в III–II столетиях до нашей эры, когда в научной среде блистали такие ученые, как Пифагор и Гиппарх. Понятие является сочетанием двух древнегреческих слов – ἀστήρ (звезда) и νόμος (закон), то есть астрономия – это закон о звездах.

Не следует путать этот термин с другим понятием – астрологией, которая занимается изучением воздействия небесных тел на Землю и человека.

Что такое астрономия?

Астрономией называют науку о Вселенной, определяющую расположение, структуру и образование небесных тел. В современное время она включает в себя несколько разделов:

— астрометрию, которая изучает расположение и движение космических объектов;

— небесную механику – определение массы и формы звезд, изучение законов их передвижения под воздействием сил тяготения;

— теоретическую астрономию, в рамках которой ученые разрабатывают аналитические и компьютерные модели небесных тел и явлений;

— астрофизику – изучение химических и физических свойств космических объектов.

Отдельные ветви науки направлены на изучение закономерностей пространственного расположения звезд и планет и рассмотрение эволюции небесных тел.

В XX веке в астрономии появился новый раздел под названием археоастрономия, направленный на изучение астрономической истории и выяснение познаний в области звезд в древние времена.

Что изучает астрономия?

Предметами астрономии являются Вселенная в целом и все находящиеся в ней объекты – звезды, планеты, астероиды, кометы, галактики, созвездия. Астрономы изучают межпланетные и межзвездные вещества, время, черные дыры, туманности и системы небесных координат.

Словом, под их пристальным вниманием находится всё, что связано с космосом и его развитием, в том числе астрономические инструменты, символы и .

Когда появилась астрономия?

Астрономия – одна из самых древних наук на Земле. Точную дату ее появления назвать невозможно, но хорошо известно, что изучением звезд люди занимались как минимум с VI–IV тысячелетий до нашей эры.

До наших дней дошло множество астрономических таблиц, оставленных жрецами Вавилона, календари племен майя, Древнего Египта и Древнего Китая. Большой вклад в развитие астрономии и изучение небесных светил сделали древнегреческие ученые. Пифагор первым предположил, что наша планета имеет форму шара, а Аристарх Самосский первым сделал выводы о ее вращении вокруг Солнца.

Долгое время астрономия была связана с астрологией, но в эпоху Возрождения выделилась в отдельную науку. Благодаря появлению телескопов ученые сумели открыть галактику Млечный Путь, а в начале XX века поняли, что Вселенная состоит из множества галактических пространств.

Наибольшим достижением современности стало появление теории об эволюции Вселенной, согласно которой она расширяется с течением времени.

Что такое любительская астрономия?

Любительская астрономия – это хобби, при котором люди, не имеющие отношения к научным и исследовательским центрам, ведут наблюдение за космическими объектами. Надо сказать, что подобное развлечение вносит весомый вклад в общее развитие астрономии.

Любителями было сделано множество интересных и достаточно важных открытий. В частности, в 1877 году русский наблюдатель Евграф Быханов первым высказал современные взгляды на образование Солнечной системы, а в 2009 году австралиец Энтони Уэсли обнаружил следы падения космического тела (предположительно кометы) на планету Юпитер.

Астрономия - 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.

Наука, которая изучает Вселенную и является одной из самых древних у человечества, - астрономия. Это слово состоит из двух греческих: "номос" - "закон", и "астрон" - "светило, звезда". В совокупности можно перевести этот термин как "закон звёзд". Астрономия - это целые тысячелетия наблюдений за небом, когда накапливаются разнообразные знания. Нужно отметить, что по сравнению с другими науками уровень этой науки был чрезвычайно высок уже в древности.

Тогда и сейчас

Названия созвездий мы знаем неизменно одни и те же на протяжении многих десятков веков. Наши далёкие предки знали их все, они умели рассчитать восход и заход Солнца, планет, Луны, всех самых крупных звёзд задолго до наступления нашей эры. Более того, учёные уже тогда умели предсказывать солнечные и лунные затмения. Астрономия - это главная наука в жизни древнего человека. Охотники по звёздам находили дорогу к дому, моряки по звёздам вели свои корабли в открытом океане. Все сельскохозяйственные работы были связаны с установленным циклом смен времён года, по светилам рассчитывалось время и составлялись календари. Даже судьбу астрологи предсказывали по звёздам.

Сейчас во многом из вышеперечисленного надобность отпала. Курс кораблей и разливы рек уже не нужно высчитывать по песочным часам, потому что появились всевозможные технические средства. Однако астрономия - это наука, у которой не может быть окончания в её развитии. И сейчас вся космонавтика зиждется на её основах, с помощью этой науки человечество пользуется системами связи, телевидением и наблюдает Землю из Космоса. Теснейшим образом теперь связываются астрономия и математика, астрономия и физика, они имеют общие методы познания, которые широко используются.

Две астрономии

Суть астрономии в древности - это наблюдение. В этой науке невозможны эксперименты, как в физике или химии, поскольку объекты изучения людям недоступны. Но значение астрономии в жизни человека и сегодня очень большое. Вся информация о небесных телах и теперь добывается из получаемых электромагнитных излучений. Но в последние несколько десятилетий учёные получили возможность изучать некоторые небесные объекты непосредственно - автоматические станции зондируют атмосферу ближайших планет, изучается их грунт.

Именно этот факт разделил астрономию на две основные части - теоретическую и наблюдательную. Последняя имеет целью получать данные из наблюдений за небесными телами, которые потом анализируются с помощью физики и её основных законов. А теоретики-астрономы разрабатывают компьютерные, математические и аналитические модели, с помощью которых описывают астрономические явления и объекты. Нужно ли говорить, что значение астрономии как науки для человечества просто огромно? Ведь эти две ветви не существуют отдельно сами по себе, они дополняют друг друга. Теория ищет объяснения по результатам наблюдений, а наблюдатели подтверждают или нет все гипотезы и теоретические выводы.

Астрономия как философская наука

Определение науки "астрономия" появилось во времена античности и благополучно живёт в наши дни. Это изучение фундаментальных законов природы нашего мира, теснейшим образом связанного с большим космосом. Именно поэтому поначалу астрономия трактовалась как наука философская. Собственный мир с её помощью познаётся через знания небесных объектов - звёзд, планет, комет, галактик, а также тех феноменов, которые то и дело происходят за пределами земной атмосферы - сияние Солнца, солнечный ветер, космическая радиация и так далее.

Даже лексическое значение слова "астрономия" говорит об этом же: закон звёзд действует и здесь, на Земле, поскольку она является частью огромного космоса, который развивается согласно единому закону. Именно благодаря ему человечеству подарены эволюция, физика, химия, метеорология и любая другая наука. Всё в мире развивается посредством определённого движения небесных тел: формируются и развиваются галактики, умирают и вновь вспыхивают звёзды. Следует всегда помнить, с чего начиналась всякая другая наука. Большое несчастье, что астрономия в школе сейчас отсутствует. Эти знания и понимание огромности и ценности мира не заменить ничем.

Двадцатый век

Итак, наблюдательная астрономия и теоретическая астрофизика составили профессиональную науку. Неустанно создавались всё новые инструменты для изучения космоса плюс к уже изобретённому в незапамятные времена телескопу. Информация собиралась и обрабатывалась, затем внедрялась теоретиками-астрофизиками в создаваемые ими модели - аналитические или компьютерные.

Значение слова "астрономия" приобрело огромный вес во всех областях человеческой науки, поскольку даже знаменитая теория относительности выстроена из фундаментальных законов астрономической физики. И, что интересно, большинство открытий сделано астрономами-любителями. Это одна из очень немногих наук, где люди, не относящиеся к ней, могут участвовать в наблюдениях и собирать для неё данные.

Астрономия и астрология

Современные школьники (да и студенты) вполне часто путают науку и систему верований, всё-таки сказывается отсутствие соответственных уроков в школьных программах. Астрология давно считается лженаукой, в которой утверждается, что любое человеческое дело, даже самое малое, зависит от положения светил. Конечно, два этих названия происходят из одного корня, но системы познания у той и другой абсолютно противоположные.

Астрономия же позволила человеку сделать громадный скачок в понимании законов Вселенной. Эта наука непознаваема до конца, всегда останется больше вопросов, на которые нет ответа, чем тех, на которые ответ найден. Сколько бы ни строилось устройств в космосе и на Земле, сколько бы ни совершалось ошеломляющих мир открытий - это только капля в океане знаний. В данный момент мы ещё не можем наверняка утверждать ни происхождение звёздной массы во всём её спектре, ни положительно или отрицательно ответить на вопрос о существовании другой жизни во Вселенной. Парадокс Ферми не разъяснён. Природа темноты не ясна. О временном периоде существования Вселенной мы ничего не знаем, как и о конкретной цели её существования.

Астрономия и история

Научившись различать звёзды и планеты, астрономы древности привязали эти знания к трансцендентности, идентифицировав все известные небесные тела с духами и богами. Тогда и появилась тупиковая ветвь науки - астрология, поскольку движение всех космических объектов крепко привязывалось к чисто земным явлениям - смене сезонов, дождям, засухам.

Тогда появились волхвы (священники, жрецы и тому подобные культовые работники), которые и считались профессиональными астрономами. Многие древние постройки - китайские храмы или Стоунхэндж, например, явно сочетали две функции - астрономическую и религиозную.

Восток и Запад

Полезного было совершено настолько много, что древние знания вполне смогли послужить основанием науки, наиболее других процветающей сегодня. По движению светил выстраивались календари - древнеримский жив до сих пор. В Китае в 2300 годах до нашей эры уже функционировала астрономическая обсерватория, она на снимке.

Оракулы в Китае уже четыре тысячи лет хранят рисунки затмений и появления новых звёзд. С шестого века до нашей эры существуют детальные астрономические наблюдения в записях - в Китае. А в Европе весь этот бум начинался только в семнадцатом веке нашей эры. Китайцы же много тысяч лет абсолютно правильно предсказывают появление комет. Там же около шести тысяч лет назад был изготовлен и первый звёздный атлас.

Древняя Греция и арабский мир

Европа в Средние века целиком и полностью прекратила всё развитие науки на своих территориях, даже греческие открытия, которые во многом оказались верны и множеством ценных вкладов внесены в науку астрономию, были преданы анафеме. Классическая античность именно поэтому дошла до наших дней в весьма скудном количестве сводных записей и компиляций.

Зато астрономия процветала в арабских странах, и священники самых дальних приходов христиан две тысячи лет назад умели рассчитать по ходу светил точную дату Пасхи. Арабы во множестве переводили труды астрономов Древней Греции, и именно там рукописи были найдены потомками в глубине сохранившихся библиотек. В арабских странах строились обсерватории уже с девятого века нашей эры. В Персии поэт и учёный Омар Хайям сопоставил огромное количество таблиц и реформировал календарь, сделав его точнее юлианского и ближе к григорианскому. В этом ему помогли постоянные наблюдения небесных тел.

Небесная механика

Вселенская гравитация стала известна миру благодаря Исааку Ньютону. Теперешние школьники слышали это имя только в связи с тремя законами физики. То, что законы эти вплотную связаны с небесной механикой, им невдомёк, поскольку уроков астрономии в школе нет.

Будет огромным счастьем узнать, что этот необходимейший предмет снова в строю. Учёный секретарь из Института космических исследований Российской академии наук Александр Захаров уверен, что существующий в стране дефицит учителей астрономии может быть пополнен быстро в случае возвращения этой дисциплины в учебный план. Директор планетария в Новосибирске Сергей Масликов уверен, что планируемое возвращение астрономии в школу вряд ли может состояться ранее, чем через пять-шесть лет. Однако министр образования и науки РФ Ольга Васильева заявляет, что этот час в неделю для изучения предмета астрономии школьникам нужно вернуть как можно быстрее.

Этимология

Структура астрономии как научной дисциплины

Внегалактическая астрономия: гравитационное линзирование . Видно несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются многократными изображениями одной галактики, размноженными из-за эффекта гравитационной линзы от скопления жёлтых галактик возле центра фотографии. Линза создана гравитационным полем скопления, которое искривляет световые лучи, что ведёт к увеличению и искажению изображения более далёкого объекта.

Современная астрономия делится на ряд разделов, которые тесно связаны между собой, поэтому разделение астрономии в некоторой мере условно. Главнейшими разделами астрономии являются:

Астрометрия - изучает видимые положения и движения светил. Раньше роль астрометрии состояла также в высокоточном определении географических координат и времени с помощью изучения движения небесных светил (сейчас для этого используются другие способы). Современная астрометрия состоит из:
- фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений и определение числовых значений астрономических параметров, - величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;
- сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;
Теоретическая астрономия даёт методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их систем.

Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел), и их часто называют классической астрономией .

Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую (наблюдательную) астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой, на основании законов физики, даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам исследования.

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

В этих двух разделах в основном решаются вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел).

Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела астрономии решают её третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел).

Курс общей астрономии содержит систематическое изложение сведений об основных методах и главнейших результатах, полученных различными разделами астрономии.

Одним из новых, сформировавшихся только во второй половине XX века , направлений является археоастрономия , которая изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения, исходя из явления прецессии Земли .

Звёздная астрономия

Планетарная туманность Муравья - Mz3. Выброс газа из умирающей центральной звезды показывает симметричную модель, в отличие от хаотических образов обычных взрывов.

Почти все элементы, более тяжелые чем водород и гелий , образуются в звёздах.

Предметы астрономии

Эволюция галактик

Задачи астрономии

Основными задачами астрономии являются :

Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.
Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
Изучение наиболее общих свойств Вселенной , построение теории наблюдаемой части Вселенной - Метагалактики .

Решение этих задач требует создания эффективных методов исследования - как теоретических, так и практических. Первая задача решается путём длительных наблюдений, начатых ещё 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 сравнительно близких к Земле небесных тел: Луны , Солнца , планет , астероидов и т. д.

Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии . Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века , а основных проблем - лишь в последние годы.

Третья задача требует накопления наблюдаемого материала. В настоящее время таких данных ещё недостаточно для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в этой области ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.

Четвёртая задача является самой масштабной и самой сложной. Практика показывает, что для её решения уже недостаточно существующих физических теорий. Необходимо создание более общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности , температуры , давления . 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, в том числе и России .

История астрономии

Ещё в глубокой древности люди заметили взаимосвязь движения небесных светил по небосводу и периодических изменений погоды. Астрономия тогда была основательно перемешана с астрологией . Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.

Астрономия - одна из старейших наук, которая возникла из практических потребностей человечества. По расположению звезд и созвездий первобытные земледельцы определяли наступления времен года. Кочевые племена ориентировались по Солнцу и звездам. Необходимость в летоисчислении привела к созданию календаря. Есть доказательства, что еще доисторические люди знали об основных явлениях, связанных с восходом и заходом Солнца, Луны и некоторых звезд. Периодическая повторяемость затмений Солнца и Луны была известна уже очень давно. Среди древнейших письменных источников встречаются описания астрономических явлений, а также примитивные расчетные схемы для предсказания времени восхода и захода ярких небесных тел и методы отсчета времени и ведения календаря. Астрономия успешно развивалась в Древнем Вавилоне, Египте, Китае и Индии. В китайской летописи описывается затмение Солнца, которое состоялось в 3-м тысячелетии до н. е. Теории, которые на основе развитых арифметики и геометрии объясняли и предсказывали движение Солнца, Луны и ярких планет, были созданы в странах Средиземноморья в последние века дохристианской эры и вместе с простыми, но эффективными приборами, служили практическим целям вплоть до эпохи Возрождения.

Особенно большого развития достигла астрономия в Древней Греции. Пифагор впервые пришел к выводу, что Земля имеет шарообразную форму, а Аристарх Самосский высказал предположение, что Земля вращается вокруг Солнца. Гиппарх во 2 в. до н. е. составил один из первых звездных каталогов. В произведении Птолемея «Альмагест », написанном в 2 ст. н. э., изложены т. н. геоцентрическую систему мира, которая была общепринятой на протяжении почти полутора тысяч лет. В средневековье астрономия достигла значительного развития в странах Востока. В 15 в. Улугбек построил вблизи Самарканда обсерваторию с точными в то время инструментами. Здесь был составлен первый после Гиппарха каталог звёзд. С 16 в. начинается развитие астрономии в Европе. Новые требования выдвигались в связи с развитием торговли и мореплавания и зарождением промышленности, способствовали освобождению науки от влияния религии и привели к ряду крупных открытий.

Рождение современной астрономии связывают с отказом от геоцентрической системы мира Птолемея (II век) и заменой ее гелиоцентрической системой Николая Коперника (середина XVI века), с началом исследований небесных тел с помощью телескопа (Галилей , начало XVII века) и открытием закона всемирного притяжения (Исаак Ньютон , конец XVII века). XVIII-XIX века были для астрономии периодом накопления сведений и знаний о Солнечной системе, нашу Галактику и физическую природу звезд, Солнца, планет и других космических тел. Появление крупных телескопов и осуществления систематических наблюдений привели к открытию, что Солнце входит в состав огромной дискообразной системы, состоящей из многих миллиардов звезд - галактики . В начале XX века астрономы обнаружили, что эта система является одной из миллионов подобных ей галактик. Открытие других галактик стало толчком для развития внегалактической астрономии. Исследование спектров галактик позволило Эдвину Хабблу в 1929 году выявить явление «разбегания галактик», которое впоследствии получило объяснения на основе общего расширения Вселенной.

В XX веке астрономия разделилась на две основные ветви: наблюдательный и теоретическую. Наблюдательная астрономия сосредоточена на наблюдениях небесных тел, которые затем анализируют с помощью основных законов физики. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку моделей (аналитических или компьютерных) для описания астрономических объектов и явлений. Эти две ветви дополняют друг друга: теоретическая астрономия ищет объяснения результатам наблюдений, а наблюдательный астрономию применяют для подтверждения теоретических выводов и гипотез.

Научно-техническая революция XX века имела чрезвычайно большое влияние на развитие астрономии в целом и особенно астрофизики. Создание оптических и радиотелескопов с высоким разрешением, применение ракет и искусственных спутников Земли для внеатмосферных астрономических наблюдений привели к открытию новых видов космических тел: радиогалактик, квазаров, пульсаров, источников рентгеновского излучения и т. д.. Были разработаны основы теории эволюции звезд и космогонии Солнечной системы. Достижением астрофизики XX века стала релятивистская космология - теория эволюции Вселенной в целом.

2009 год был объявлен ООН Международным годом астрономии (IYA2009). Основной упор делается на повышении общественной заинтересованности и понимании астрономии. Это одна из немногих наук, где непрофессионалы все еще могут играть активную роль. Любительская астрономия внесла свой вклад в ряд важных астрономических открытий.

Астрономические наблюдения

В астрономии информация в основном получается от выявления и анализа видимого света и других спектров электромагнитного излучения в космосе . Астрономические наблюдения могут быть разделены в соответствии с области электромагнитного спектра, в которой проводятся измерения. Некоторые части спектра можно наблюдать с Земли (то есть ее поверхности), а другие наблюдения ведутся только на больших высотах или в космосе (в космических аппаратах на орбите Земли). Подробные сведения об этих группах исследований приведены ниже.

Оптическая астрономия

Исторически оптическая астрономия (которую еще называют астрономией видимого света) является древнейшей формой исследования космоса - астрономии . Оптические изображение сначала были нарисованы от руки. В конце XIX века и большей части ХХ века, исследования осуществлялись на основе изображений, которые получали с помощью фотографий, сделанных на фотографическом оборудовании. Современные изображения получают с использованием цифровых детекторов, в частности детекторы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Хотя видимый свет охватывает диапазон примерно от 4000 Ǻ до 7000 Ǻ (400-700 нанометров) , применяемого оборудования в этом диапазоне, можно применить и для исследования близких ему ультрафиолетового и инфракрасного дапазонов.

Инфракрасная астрономия

Инфракрасная астрономия касается исследований, выявления и анализа инфракрасного излучения в космосе. Хотя длина волны его близка к длине волны видимого света, инфракрасное излучение сильно поглощается атмосферой, кроме того, атмосфера Земли имеет значительное инфракрасное излучение. Поэтому обсерватории для изучения инфракрасного излучения должны быть расположены на высоких и сухих местах или в космосе. Инфракрасный спектр полезен для изучения объектов, которые являются слишком холодными, чтобы излучать видимый свет таких объектов, как планеты и вокруг звездные диски. Инфракрасные лучи могут проходить через облака пыли, поглощающие видимый свет, что позволяет наблюдать молодые звезды в молекулярных облаках и ядер галактик . Некоторые молекулы мощно излучают в инфракрасном диапазоне, и это может быть использовано для изучения химических процессов в космосе (например, для выявления воды в кометах) .

Ультрафиолетовая астрономия

Ультрафиолетовая астрономия в основном применяется для детального наблюдения в ультрафиолетовых длинах волн примерно от 100 до 3200 Ǻ (от 10 до 320 нанометров) . Свет на этих длинах волн поглощается атмосферой Земли, поэтому исследование этого диапазона выполняют из верхних слоев атмосферы или из космоса. Ультрафиолетовая астрономия лучше подходит для изучения горячих звезд (ОФ звезды), поскольку основная часть излучения приходится именно на этот диапазон. Сюда относятся исследования голубых звезд в других галактиках и планетарных туманностей, остатков сверхновых, активных галактических ядер. Однако ультрафиолетовое излучение легко поглощается межзвездной пылью, поэтому во время измерения следует делать поправку на наличие последней в космической среде.

Радиоастрономия

Сверхбольшой массив радиотелескопов (англ. Very Large Array) в Сирокко, Нью-Мексико, США

Радиоастрономия - это исследование излучения с длиной волны, большей чем один миллиметр (примерно) . Радиоастрономия отличается от большинства других видов астрономических наблюдений тем, что исследуемые радиоволны можно рассматривать именно как волны, а не как отдельные фотоны. Итак, можно измерить как амплитуду, так и фазу радиоволны, а это не так легко сделать на диапазонах коротких волн .

Хотя некоторые радиоволны излучаются астрономическими объектами в виде теплового излучения, большинство радиоизлучения, наблюдаемого с Земли, является по происхождению синхротронным излучением, которое возникает, когда электроны движутся в магнитном поле . Кроме того, некоторые спектральные линии образуются межзвездным газом, в частности спектральная линия нейтрального водорода длиной 21 см .

В радиодиапазоне наблюдается широкое разнообразие космических объектов, в частности сверхновые звезды, межзвездный газ, пульсары и активные ядра галактик .

Рентгеновская астрономия

Рентгеновская астрономия изучает астрономические объекты в рентгеновском диапазоне. Обычно объекты излучают рентгеновское излучение благодаря:

Поскольку рентгеновское излучение поглощается атмосферой Земли, рентгеновские наблюдения основном выполняют из орбитальных станций, ракет или космических кораблей. К известным рентгеновских источников в космосе относятся: рентгеновские двойные звезды, пульсары, остатки сверхновых, эллиптические галактики, скопления галактик, а также активные ядра галактик .

Гамма-астрономия

Астрономические гамма-лучи появляются в исследованиях астрономических объектов с короткой длиной волны электромагнитного спектра. Гамма-лучи могут наблюдаться непосредственно такими спутниками, как Телескоп Комптон или специализированные телескопы, которые называются атмосферные телескопы Черенкова. Эти телескопы фактически не измеряют гамма-лучи непосредственно, а фиксируют вспышки видимого света, образующиеся при поглощении гамма-лучей атмосферой Земли, вследствие различных физических процессов, происходящих с заряженными частицами, которые возникают при поглощении, вроде эффекта Комптона или черенковского излучения .

Большинство источников гамма-излучения является фактически источниками гамма-всплесков, которые излучают только гамма-лучи в течение короткого промежутка времени от нескольких миллисекунд до тысячи секунд, прежде чем развеяться в пространстве космоса. Только 10% от источников гамма-излучения не является переходным источниками. Стационарные гамма-источники включают пульсары, нейтронные звезды и кандидаты на черные дыры в активных галактических ядрах .

Астрономия полей, которые не основываются на электромагнитном спектре

К Земле, исходя из очень больших расстояний, попадает не только электромагнитное излучение, но и другие типы элементарных частиц.

Новым направлением в разновидности методов астрономии может стать гравитационно-волновая астрономия, которая стремится использовать детекторы гравитационных волн для сбора данных наблюдений о компактные объекты. Несколько обсерваторий уже построено, например, лазерный интерферометр гравитационной обсерватории LIGO, но гравитационные волны очень трудно обнаружить, и они до сих пор остаются неуловимыми .

Планетарная астрономия использует также непосредственное изучение с помощью космических кораблей и исследовательских миссий типа «по образцам и обратно» (Sample Return). К ним относятся полеты миссий с использованием датчиков; спускных аппаратов, которые могут проводить эксперименты на поверхности объектов, а также позволяют осуществлять удаленное зондирование материалов или объектов и миссии доставки на Землю образцов для прямых лабораторных исследований.

Астрометрия и небесная механика

Один из старейших подразделов астрономии, занимается измеряниями положение небесных объектов. Эта отрасль астрономии называется астрометрией. Исторически точные знания о расположении Солнца, Луны, планет и звезд играют чрезвычайно важную роль в навигации. Тщательные измерения расположения планет привели к глубокому пониманию гравитационных возмущений, что позволило с высокой точностью определять их расположение в прошлом и предусматривать на будущее. Эта отрасль известна как небесная механика. Сейчас отслеживания околоземных объектов позволяет прогнозирования сближения с ними, а также возможные столкновения различных объектов с Землей .

Измерения звездных параллаксов ближайших звёзд является фундаментом для определения расстояний в дальнем космосе, который применяется для измерения масштабов Вселенной. Эти измерения обеспечили основу для определения свойств отдаленных звезд; свойства могут быть сопоставлены с соседними звёздами. Измерения лучевых скоростей и собственных движений небесных тел позволяет исследовать кинематику этих систем в нашей галактике. Астрометрические результаты могут использоваться для измерения распределения темной материи в галактике .

В 1990-х годах астрометрические методы измерения звездных колебаний были применены для обнаружения крупных внесолнечных планет (планет на орбитах соседних звёзд) .

Внеатмосферная астрономия

Исследования с помощью космической техники занимают особое место среди методов изучения небесных тел и космической среды. Начало было положено запуском в СССР в 1957 году первого в мире искусственного спутника Земли. Космические аппараты позволили проводить исследования во всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения. Поэтому современную астрономию часто называют всеволновой. Внеатмосферные наблюдения позволяют принимать в космосе излучения, которые поглощает или очень меняет земная атмосфера: радиоизлучения некоторых длин волн, не доходят до Земли, а также корпускулярные излучения Солнца и других тел. Исследование этих, ранее недоступных видов излучения звезд и туманностей, межпланетной и межзвездной среды очень обогатили наши знания о физических процессах Вселенной. В частности, было открыто неизвестные ранее источники рентгеновского излучения - рентгеновские пульсары. Много информации о природе отдаленных от нас тел и их систем также одержана благодаря исследованиям, выполненным с помощью установленных спектрографов на различных космических аппаратах.

Теоретическая астрономия

Основная статья: Теоретическая астрономия

Астрономы-теоретики используют широкий спектр инструментов, которые включают аналитические модели (например, политропы ждя приближенныя поведения звезд) и расчеты численных моделирований. Каждый из методов имеет свои преимущества. Аналитическая модель процесса, как правило, лучше дает понять суть того, почему это (что-то) происходит. Численные модели могут свидетельствовать о наличии явлений и эффектов, которых, вероятно, иначе не было бы видно .

Теоретики в области астрономии стремятся создавать теоретические модели и выяснить в исследованиях последствия этих моделирований. Это позволяет наблюдателям искать данные, которые могут опровергнуть модель или помогает в выборе между несколькими альтернативными или противоречивыми моделями. Теоретики также экспериментируют в создании или видоизменению модели с учетом новых данных. В случае несоответствия общая тенденция состоит в попытке сделать минимальными изменения в модели и откорректировать результат. В некоторых случаях большое количество противоречивых данных со временем может привести к полному отказу от модели.

Темы, которые изучают теоретические астрономы: звездная динамика и эволюция галактик; крупномасштабная структура Вселенной; происхождения космических лучей, общая теория относительности и физическая космология, в частности космологии звезд и астрофизика. Астрофизические относительности служат как инструмент для оценки свойств крупномасштабных структур, для которых гравитация играет значительную роль в физических явлениях и основой для исследований черных дыр, астрофизики и изучения гравитационных волн. Некоторые широко приняты и изучены теории и модели в астрономии, теперь включены в Lambda-CDM модели, Большой Взрыв, расширение космоса, темной материи и фундаментальные теории физики.

Любительская астрономия

Астрономия является одной из наук, в которой вклад любителей может быть значительным . Вообще все астрономы-любители наблюдают различные небесные объекты и явления в большем объеме, чем ученые, хотя их технический ресурс намного меньше возможности государственных институтов, иногда оборудование они строят себе самостоятельно (как это было еще 2 века назад). Наконец большинство ученых вышли именно из этой среды. Главные объекты наблюдений астрономов-любителей: Луна, планеты, звезды, кометы, метеорные потоки и различные объекты глубокого неба, а именно: звездные скопления, галактики и туманности. Одна из ветвей любительской астрономии, любительская астрофотография, предусматривает фотофиксацию участков ночного неба. Многие любители хотели бы специализироваться в наблюдении отдельных предметов, типов объектов, или типов событий, которые интересуют их .

Астрономы-любители и в дальнейшем продолжают вносить свой вклад в астрономию. Действительно, она является одной из немногих дисциплин, где вклад любителей может быть значительным. Довольно часто они проводят точечные измерения, которые используются для уточнения орбит малых планет, отчасти они также проявляют кометы, выполняют регулярные наблюдения переменных звезд. А достижения в области цифровых технологий позволило любителям добиться впечатляющего прогресса в области астрофотографии .

См. также

	Портал «Астрономия »
	Астрономия в Викисловаре
	Астрономия в Викиучебнике
	в Викитеке
	Астрономия на Викискладе
	Астрономия в Викиновостях

Коды в системах классификации знаний

Государственный рубрикатор научно-технической информации (ГРНТИ) (по состоянию на 2001 год): 41 АСТРОНОМИЯ

Примечания

, с. 5
Марочник Л.С. Физика космоса . - 1986.
Electromagnetic Spectrum . NASA. Архивировано из первоисточника 5 сентября 2006. Проверено 8 сентября 2006.
Moore, P. Philip"s Atlas of the Universe. - Great Britain: George Philis Limited, 1997. - ISBN 0-540-07465-9
Staff . Why infrared astronomy is a hot topic , ESA (11 September 2003). Архивировано из первоисточника 30 июля 2012. Проверено 11 августа 2008.
Infrared Spectroscopy – An Overview , NASA/IPAC . Архивировано из первоисточника 5 августа 2012. Проверено 11 августа 2008.
Allen"s Astrophysical Quantities / Cox, A. N.. - New York: Springer-Verlag, 2000. - P. 124. - ISBN 0-387-98746-0
Penston, Margaret J. The electromagnetic spectrum . Particle Physics and Astronomy Research Council (14 August 2002). Архивировано из первоисточника 8 сентября 2012. Проверено 17 августа 2006.
Gaisser Thomas K. Cosmic Rays and Particle Physics. - Cambridge University Press, 1990. - P. 1–2. - ISBN 0-521-33931-6
Tammann, G. A.; Thielemann, F. K.; Trautmann, D. Opening new windows in observing the Universe . Europhysics News (2003). Архивировано из первоисточника 6 сентября 2012. Проверено 3 февраля 2010.
Calvert, James B. Celestial Mechanics . University of Denver (28 March 2003). Архивировано из первоисточника 7 сентября 2006. Проверено 21 августа 2006.
Hall of Precision Astrometry . University of Virginia Department of Astronomy. Архивировано из первоисточника 26 августа 2006. Проверено 10 августа 2006.
Wolszczan, A.; Frail, D. A. (1992). «A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257+12». Nature 355 (6356): 145–147. DOI :10.1038/355145a0 . Bibcode : 1992Natur.355..145W .
Roth, H. (1932). «A Slowly Contracting or Expanding Fluid Sphere and its Stability». Physical Review 39 (3): 525–529. DOI :10.1103/PhysRev.39.525 . Bibcode : 1932PhRv...39..525R .
Eddington A.S. Internal Constitution of the Stars . - Cambridge University Press, 1926. - ISBN 978-0-521-33708-3
Mims III, Forrest M. (1999). «Amateur Science-Strong Tradition, Bright Future». Science 284 (5411): 55–56. DOI :10.1126/science.284.5411.55 . Bibcode : 1999Sci...284...55M . “Astronomy has traditionally been among the most fertile fields for serious amateurs [...]”
The Americal Meteor Society . Архивировано из первоисточника 22 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
Lodriguss, Jerry Catching the Light: Astrophotography . Архивировано из первоисточника 1 сентября 2006. Проверено 24 августа 2006.
Ghigo, F. Karl Jansky and the Discovery of Cosmic Radio Waves . National Radio Astronomy Observatory (7 February 2006). Архивировано из первоисточника 31 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
Cambridge Amateur Radio Astronomers . Архивировано из первоисточника 24 мая 2012. Проверено 24 августа 2006.
The International Occultation Timing Association . Архивировано из первоисточника 21 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
Edgar Wilson Award . IAU Central Bureau for Astronomical Telegrams. Архивировано из первоисточника 24 октября 2010. Проверено 24 октября 2010.

Методы астрономических исследований

Компоненты мегамира

Космос (мегамир) – весь мир, окружающий планету Земля.

Весь космос мы наблюдать не можем по ряду причин (техническим: разбегание галактик → свет не успевает долететь).

Вселенная – часть космоса, доступная наблюдению.

Космология – изучает строение, происхождение, эволюцию и будущую судьбу Вселенной в целом.

Основу этой дисциплины составляют астрономия, физика и математика.

Астрономия (буквально – наука о поведении звезд) – более узкая отрасль космологии (наиболее важная!) – наука о строении и развитии всех космических тел.

Методы исследования в астрономии

В астрономии непосредственно можно наблюдать только объекты, испускающие электромагнитное излучение , в том числе свет.

Основную информацию получают при использовании оптических приборов.

1. Оптическая астрономия – изучает видимые (т.е. светящиеся) объекты.

Наблюдаемая, или светящаяся, материя либо сама испускает видимый свет в результате идущих внутри нее процессов (звезды), либо отражает падающие лучи (планеты Солнечной системы, туманности).

В 1608 г . Г. Галилей направил на небо свою простую подзорную трубу , совершив тем самым революцию в области астрономических наблюдений. Сейчас астрономические наблюдения проводят с помощью телескопов.

Оптические телескопы бывают 2-х типов: рефракторные (свет собирает линза → необходимы большие линзы, которые могут гнуться под собственным весом → искажение изображения) и рефлекторные (свет собирает зеркало , таких проблем нет → большинство профессиональных телескопов - рефлекторы).

В современных телескопах человеческий глаз заменен фотопластинками или цифровыми камерами , которые в состоянии аккумулировать световой поток на протяжении больших временных промежутков, что позволяет обнаруживать еще более мелкие объекты.

Телескопы устанавливаются на высоких горных вершинах, где в наименьшей степени сказывается влияние атмосферы и света больших городов на изображение. Поэтому сегодня большая часть профессиональных телескопов сконцентрирована в обсерваториях, которых не так много: в Андах, на Канарских о-вах, на гавайских вулканах (4205 м над ур. моря, на потухшем вулкане – самая высокая обсерватория в мире) и в некоторых особо изолированных местах Соединенных Штатов и Австралии.

Благодаря международным соглашениям, стрáны, в которых нет подходящих для установки телескопов мест, могут установить свою аппаратуру в местах с такими условиями.

Самый крупный телескоп – строится в Чили Южно-Европейской обсерваторией (включает систему из 4 телескопов диаметром 8,2 м каждый).

В 1990 г. на орбиту выведен оптический телескоп «Хаббл» (США) (h = 560 км).

Его длина – 13,3 м, ширина – 12 м, зеркало диаметром 2,4 м, общая масса – 11 т,

стоимость ~ 250 млн. $

Благодаря ему получено глубокое, никогда ранее недостижимое изображение звездного неба, наблюдались планетарные системы в стадии формирования, получены данные о существовании огромных черных дыр в центрах разных галактик. Телескоп должен закончить работу к 2005 г; сейчас запущен другой более современный.

2. Неоптическая астрономия – изучает объекты, испускающие ЭМ-излучение за рамками видимого света.

Электромагнитное излучение – форма электрической и магнитной энергии, которая распространяется в космосе со скоростью света. Единица измерения – длина волны (м).

ЭМ-спектр условно разделен на полосы, характеризующиеся определенным интервалом длин волн. Четкие границы между диапазонами определить нельзя, т.к. они часто перекрывают друг друга.