§ 1.  ПРЕДМЕТ АСТРОНОМИИ

1. Что изучает астрономия. Астрономия — наука о Вселенной. Слово «астрономия» происходит от двух греческих слов: астрон — звезда и номос— закон.

Астрономия изучает движение небесных тел, их при­роду, происхождение и развитие. Во Вселенной небесные тела образуют системы различной сложности. Напри­мер, Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела со­ставляют Солнечную систему. Земля — одна из ее планет. Вы знаете, что планеты светят отраженным солнечным светом. В отличие от них Солнце — самосветя­щееся небесное тело, представляет собой единственную звезду   в Солнечной системе.

Звезды, видимые невооруженным глазом, составляют ничтожную долю звезд, входящих в нашу Галактику. Кроме нашей, существует множество других галактик. Свет от ближайших галактик идет к нам мил­лионы лет.

Небесные тела находятся в непрерывном движении, из­менении, развитии. Планеты, звезды и галактики имеют свою историю, нередко исчисляемую миллиардами лет.

Астрономия — одна из самых увлекательных и прекрас­ных наук о природе — исследует не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас мегамира, а также по­зволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной.

2. Роль наблюдений в астрономии. Наблюдения основ­ной источник информации о небесных телах, процессах и явлениях, происходящих во Вселенной. Для проведения на­блюдений во многих странах созданы специальные научно-исследовательские учреждения — астрономические обсерватории.  Наиболее известные в нашей стране: Главная  астрономическая  обсерватория  Российской  Акаде­мии наук — Пулковская (в Санкт-Петербурге), Специальная астрофизическая обсерватория (на Северном Кавказе), Госу­дарственный   астрономический   институт   им. П. К.  Штерн­берга (в Москве).

Рис. 1. Ход лучей в телескопах-рефракторах.
Рис. 2. Ход лучей в телескопах-рефлекторах.
Рис. 3. Ход лучей в зеркально-линзовых телескопах.

Современные обсерватории оснащены крупными опти­ческими телескопами, представляющими собой очень большие, сложные и в значительной степени автома­тизированные инструменты.

Телескоп увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела, и собирает во много раз больше света, при­ходящего от небесного светила, чем глаз наблюдателя. Бла­годаря этому в телескоп можно рассматривать не видимые невооруженным глазом детали поверхности ближайших к Земле небесных тел и увидеть множество слабых звезд.

В астрономии расстояние между объектами на небе из­меряют углом, образованным лучами, идущими из точки наблюдения к объектам. Такое расстояние называется угловым, и выражается оно в градусах и долях гра­дуса. Невооруженным глазом две звезды видны раздельно, если они отстоят на небе друг от друга на угловом расстоя­нии не менее 1—2'. В крупные телескопы удается наблю­дать раздельно звезды, угловое расстояние между которыми составляет сотые или даже тысячные доли секунды (под углом 1′ «видна» спичечная коробка примерно с расстояния 10 км).

Существует несколько типов оптических телескопов. В телескопах–рефракторах (рис. 1), где использу­ется преломление света, лучи от небесных светил

собирает линза (или система линз). В телескопах-рефлек­торах (рис.2) — вогнутое зеркало, способное фокусиро­вать отраженные лучи. В зеркально-линзовых телескопах (рис. 3) — комбинация зеркал и линз. Изображение в телескопе получается перевернутым.

С помощью телескопов производятся не только визуаль­ные и фотографические наблюдения, но преимущественно высокоточные фотоэлектрические и спектральные наблюде­ния. Телескопы, приспособленные для фотографирования не­бесных объектов, называются астрографами. Фотографические наблюдения имеют ряд преимуществ перед ви­зуальными. К основным преимуществам относятся: доку­ментальность — способность фиксировать происходя­щие явления и процессы и долгое время сохранять получен­ную информацию; моментальность — способность регистрировать кратковременные явления, происходящие в данный момент; панорамность — способность запе­чатлевать на фотопластинке одновременно несколько объек­тов и их взаимное расположение; интеграль­ность — способность накапливать свет от слабых источни­ков;   детальность   получаемого изображения.

Сведения о температуре, химическом составе, магнитных поляхнебесных тел, а также об их движении получают из спектральных наблюдений. Спектральный анализ, основы которого вы будете изучать в курсе физики, имеет исключи­тельно важное значение для астрономии.

Рис. 4.  Радиотелескоп «РАТАН-600» Специальной астрофизической обсерватории.

Кромесвета, небесные тела излучают электромагнитные волны большей длины волны, чем свет (инфракрасное излу­чение, радиоволны), или меньшей (ультрафиолетовое, рент­геновское излучения и гамма-лучи).

Многие открытия при изучении Солнечной системы, на­шей и других галактик связаны с радиотелескопами, предназначенными для исследования небесных тел в радиодиапазоне. Один из крупнейших радиотелескопов — «РАТАН-600» — установлен в Специальной астрофизической обсерватории. Его антенна состоит из подвижных элементов (щитов), расположенных по окружности диаметром 600 м (рис. 4). Там же находится и 6-метровый телескоп-рефлек­тор (рис.  5).

Значительная часть невидимого излучения небесных тел поглощается земной атмосферой и не доходит до поверхно­сти Земли. Поэтому наземные наблюдения приходится до­полнять внеатмосферными, которые стали возможны благодаря успешным запускам искусственных спутников Земли (ИСЗ), автоматических межпланетных станций (АМС) и орбитальных научных станций. Бортовые астрономические приборы способны исследовать небесные тела во всех диапазонах длин волн. Важные научные результаты получены с помощью отечественных и зарубежных орбитальных обсерваторий — «Астрон», «Гранат», «Космический телескоп им. Хаббла» и др. Таким образом, астрономия из оптической превратилась во всеволновую. В школе вы можете выполнять только простейшие астрономические наблюдения. Но они необходимы. Подобно тому как без демонстрационных опытов и лабораторных работ по физике нельзя глубоко понять и прочно усвоить сущность физических явлений и законов, без школьных астрономических наблюдений нельзя успешно овладеть основами астрономии.        

Рис. 5. Телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 6 м.

3. Связь астрономии с другими науками. Значение астрономии. Современная     астрономия — фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой неразрывно связано с научно-техническим прогрессом.  Это особенно наглядно можно показать на примере ведущего раздела астрономии — астрофизики, изучающего    природу небесных тел. До появления в прошлом веке фотографии и спектрального   анализа о природе небесных тел было известно очень мало. Бурный расцвет астрофизика переживает в наши дни, когда наземные и внеатмосферные наблюдения дополняются экспериментами в околоземном космическом пространстве, на Луне, Венере и Марсе, а полученные дан­ные обрабатываются на электронно-вычислительных маши­нах и подвергаются анализу с учетом новейших достижений физики, математики, химии и других наук. В интерпрета­ции результатов наблюдений важна роль философской пози­ции ученых. Осмысление наблюдаемых во Вселенной объек­тов, явлений и процессов необходимо для правильного пони­мания сложной взаимосвязи микромира и мегамира, постро­ения современной астрономической картины мира.

Однако астрономия не только опирается на данные дру­гих наук, но и способствует развитию последних. Например, астрофизика обогащает земную физику ценными сведениями о состоянии вещества, находящегося в условиях очень высо­ких и очень низких температур, давлений, плотностей, а также различных магнитных полей. Вселенная как бы ста­новится грандиозной физической лабораторией, где сама природа дает возможность изучать поведение вещества в условиях, резко отличающихся от земных.

Решение задач небесной механики (раздела астрономии, изучающего законы движения небесных тел) способствовало появлению и совершенствованию важнейших областей математики. Законы небесной механики лежат в основе теории движения космических аппаратов. При расче­тах космических траекторий учитываются силы тяготения Земли, Солнца и других небесных тел, вблизи которых предстоит пролететь кораблю, а также данные о физических условиях (ускорение свободного падения, состав атмосферы и ее температура) на Луне или планете, к которой направ­ляется корабль. Ориентирами в полетах служат Солнце, яр­кие звезды, Земля и другие планеты.

Наконец, данные астрономии о строении и эволюции Вселенной, о месте в ней человека составляют неотъемле­мую часть научного мировоззрения.

Астрономия — одна из древнейших наук. Она возникла из практических потребностей человека раньше всех других наук. Примерно шесть тысяч лет назад египтяне уже согла­совали свой календарь с астрономическим явлением. Они за­метили, что начало разлива Нила совпадает с появлением над  горизонтом  перед   самым  восходом  Солнца  звезды  Сириус (по-египетски Сотис). Это наблюдение и было положено в основу египетского календаря.

С давних пор в далеких путешествиях люди ориентиро­вались ночью по звездам, а днем — по Солнцу. Астрономи­ческие наблюдения и сейчас используются для решения важных проблем народного хозяйства. К их числу отно­сятся: измерение времени, составление точных географиче­ских карт, выполнение разнообразных геодезических работ, ориентировка по небесным светилам на море, в воздухе и в космическом пространстве.

Однако этим далеко не исчерпывается в настоящее время значение астрономии. Изучение Луны и планет Сол­нечной системы позволяет лучше узнать нашу Землю. В сферу деятельности людей уже включаются околоземное космическое пространство и ближайшие к Земле небесные тела. В будущем освоение космоса позволит расширить среду обитания людей, что, в частности, может облегчить решение экологических проблем.

Новые требования к астрономии предъявляет космонав­тика. Нужно уметь с большой точностью определять рас­стояния до небесных тел Солнечной системы, выбирать под­ходящее для межпланетных перелетов время, знать распо­ложение наиболее опасных участков орбит космических ра­кет, уметь выбирать оптимальные траектории искусствен­ных небесных тел. Таким образом, астрономия является наукой, необходимой людям. Более подробно и глубоко многие вопросы астрономии придется изучать тем из вас, кто станет специализироваться в области астрономии, гео­дезии и картографии, посвятит себя мореплаванию, авиа­ции, охране природы, космическим исследованиям. А об­щее представление о строении и эволюции Вселенной сейчас должен  иметь  каждый  человек.