Лекция по астрономии для 1 курса «Астрономия, ее связь с другими науками. Роль астрономии в развитии цивилизации»

Тема: Астрономия, ее связь с другими науками. Роль астрономии в развитии цивилизации. Особенности астрономических методов исследования. Телескопы, принцип их работы.

Астрономия – это наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

Астрономия является одной из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI-III тысячелетия до н.э.)

С самых древних времен развитие астрономии и математики тесно связаны между собой. Астрономия является кладовой математических задач.

Первые измерения радиуса земного шара были проведены в III веке до н.э. на основе астрономических наблюдений за высотой Солнца в полдень. Эратосфен живший в 3 в.до н.э. определил радиус земного шара и его результат составил примерно 6300 км, что отличается от современного значения меньше, чем на 5%.

Необычное, но ставшее привычное деление окружности на 3600. имеет астрономическое происхождение: оно возникло тогда, когда считалось, что продолжительность года равна 360 суткам, а Солнце в своем движении вокруг Земли каждые сутки делает один шаг - градус.

Исаак Ньютон является одним из создателей дифференциального и интегрального исчислений. Сформулированный им же закон всемирного тяготения открыл возможность применения этих математических методов для изучения и движения планет и других тел Солнечной системы.

Французский ученый Камиль Фламмарион говорил, что астрономия — это основа общего образования, и без этой науки человек никогда не знал бы, какое место он занимает во Вселенной.

Иммануил Кант немецкий философ в 1747–55 разработал космогоническую гипотезу происхождения Солнечной системы из первоначальной туманности («Всеобщая естественная история и теория неба», 1755).

Открытие спектрального анализа и его применение в астрономии положило начало широкому использованию физики при изучении природы небесных тел и привело к появлению нового раздела науки о Вселенной – астрофизики.

В 20 в., особенно во второй половине, достижения астрономии снова, как и во времена Коперника, привели к серьезным изменениям в научной картине мира, к становлению представлений об эволюции Вселенной.
Эти представления составляют основу современной космологии.

В 21 в. три Нобелевские премии по физике были присуждены учёным за исследования по астрономии и космологии. Одна половина премии досталась Солу Пёрлмуттеру (Saul Perlmutter), другую поделили между собой Брайан Шмидт (Brian P. Schmidt) и Адам Рисс (Adam G. Riess). Наблюдая за дальними сверхновыми, эти ученые обнаружили ускоряющееся расширение Вселенной. 

В астрономии применяют компьютеры, которые используются от управления телескопами до исследования эволюции планет, звезд и галактик. Ракетная техника позволила выход в космическое пространство.

Структура и масштабы Вселенной

1.Земля со своим спутником Луной, другие планеты и их спутники кометы и малые планеты обращаются вокруг Солнца. Все эти тела составляют Солнечную систему.

2. Солнце и все другие звезды, видимые на небе, входят в огромную звездную систему – нашу Галактику

3. Во Вселенной существует множество других Галактик подобных нашей

4.Расположение и движение галактик определяет строение и структуру Вселенной в целом.

5.Невооруженным глазом можно увидеть три ближайшие галактики: две – в Южном полушарии, с территории России одну – туманность Андромеды.

6.Между звездами в галактиках и между галактиками находится очень разреженное вещество в виде газа, пыли, отдельных молекул, атомов и ионов, атомных ядер и элементарных частиц

Особенности астрономии и ее методов

Наблюдения – основной источник информации в астрономии. Эта первая особенность астрономии отличает ее от других естественных наук.

Вторая особенность это продолжительность целого ряда изучаемых в астрономии явлений (от сотен до миллионов и миллиардов лет). Третья особенность это необходимость указать положение небесных тел в пространстве (их координаты) и невозможностью сразу указать, какое из них находится ближе, а какое дальше от нас.

Методы астрономии используются для:

1.определения точного времени

2. географический координат

3. в навигации

4. в авиации

5. в космонавтике

6.в геодезии

7. в картографии

Основным инструментом астрономических исследований являются телескопы.

Термин телескоп произошёл от двух греческих слов, которые в переводе означают «далеко» и «смотрю». 

Принцип действия оптического телескопа зависит от его типа, однако все они ориентированы на то, чтобы:

собрать как можно больше света, приходящего от небесных светил,

создать их изображения

сконцентрировать световые лучи на приемнике лучистой энергии.

Чем более слабые объекты дает возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. Возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива.

Типы оптических телескопов:

1. линзовые (рефракторы)

2. зеркальные (рефлекторы)

3. зеркально - линзовые

Если расстояние между изображениями двух звезд меньше размера самого изображения, то они сливаются в одно.

Вследствие дифракции изображение звезды будет не точкой, а ярким пятном – дифракционным диском, угловой диаметр которого равен:

λ- длина световой волны, D – диаметр объектива телескопа, 206265 – число секунд в радиане

Даваемое телескопом увеличение вычисляется по следующей формуле:

F - фокусное расстояние объектива,

f - фокусное расстояние окуляра. 

Космический телескоп Хаббл обращается вокруг Земли на высоте около 600 км . С помощью «Хаббла» было совершено 10 важнейших открытий в астрономии. За последние годы, вместе с другими обсерваториями,

«Хаббл» обнаружил два новых спутника Плутона, неожиданно (и парадоксально) — обширную галактику в очень молодой Вселенной, а также спутник с массой планеты у коричневого карлика, весящего ненамного больше самой планеты. 

Лучшим из аппаратов, работающих в радиодиапазоне в режиме интерферометра со сверхдлинной базой совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, является российский Радиоастрон. Он позволяет получить самое высокое угловое разрешение за всю историю астрономии – 21 мкс дуги. Это более чем в тысячу раз лучше разрешения космического телескопа «Хаббл», оптический телескоп с таким угловым разрешением мог бы разглядеть спичечный коробок на поверхности Луны. Реализация проекта «Радиоастрон» позволила получить новые данные о таких явлениях и процессах, как нейтронные звезды и сверхмассивные черные дыры, о строении и динамике областей звёздообразования в нашей Галактике, а также продвинуться в изучении структуры и эволюции Вселенной.

В октябре 2018 года с помощью ракеты «Ариан-5» планируется к запуску космический телескоп имени Джеймса Уэбба с диаметром главного зеркала 6.5 метра. Он будет работать в точке Лагранжа в оптическом и инфракрасном диапазонах, значительно превосходя по возможностям космический телескоп имени Хаббла.