Чем объясняется возникновение астрономии как науки
Астрономия для учителей: история наблюдения за небом с древних времен до наших дней
О предметном содержании астрономии и современных методах астрономических исследований рассказал Попов Сергей Борисович, астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, профессор РАН. Символ астрономии — звезды и телескоп. Сама по себе наука небольшая в сравнении с физикой или биологией, включающих огромное число поднаук. Но и в астрономии различаем астрометрию, небесную механику и астрофизику.
Астрометрия — измерение координат и времени, ее расцвет пришелся на XIX век, открыты пульсарная астрометрия, спутники.
Небесная механика изучает движение небесных тел, расцвет— XVIII–XIX вв, открыты теория относительности, хаос.
Сергей Попов: «Небесная механика в полной мере смогла появиться, когда появились соответствующие уравнения Ньютона. То есть, когда можно было на основе нормальной физической теории, не феноменологической, какой-то абстрактно-математической считать движения небесных тел. Понимая, что есть тяготение, массы, как они завязаны друг на друга: масса, сила, ускорение. Ученые достаточно быстро начали развивать эту область. Механика стала сложной математически нагруженной наукой, позволявшей решать сложные задачи».
Астрофизика — это физика небесных тел, сейчас переживает расцвет, так как появились и появляются новые инструменты исследования Вселенной. Однако это не значит, что другие разделы астрономии остались в прошлом, напротив, получают новые стимулы благодаря новой технике. Астрометрия продвинулась от астролябии до наблюдений радиопульсаров, для небесной механики путь от уравнений Ньютона до использования теории относительности и теории хаоса в расчетах еще не предел, но именно астрофизика сейчас фактически синоним астрономии. Ее бурное развитие связано с возможностью строить все более крупные инструменты, и в ней важны как наблюдательная, таки и теоретическая составляющая. В ней эксперимент заменен на наблюдения. Наблюдения с Земли и из космоса поступают в радио- и рентген-диапазонах. Астрофизика использует математический аппарат, применяет численные методы. В нашей стране достаточно много сильных астрофизических групп ученых, они могут получать наблюдательное время на всех крупнейших телескопах мира.
Начиная с древности, техника наблюдений совершенствуется, обеспечивая астрономические открытия.
Сначала углы измеряли с помощью простейших приборов, и требовалось большое мастерство механиков. Первый телескоп — подзорная труба — фактически не был астрономическим. Так и шло: подстраивали существующие приборы для себя, делал это и Галилео Галилей.
Первые телескопы были линзовыми, — объективом является собирающая линза или система линз. Затем появились телескопы-рефлекторы, зеркальные телескопы Объектив — вогнутое зеркало (конец XVII в.) Пока проблема зеркал не была решена, они не были конкурентны рефракторным, но впоследствии вытеснили их.
Идея телескопа: чем больше света собирает телескоп, тем более слабые объекты мы видим. Цель — увидеть то, что не видимо невооруженным глазом. Даже самый маленький телескоп в 100 раз сильнее глаза. Телескоп позволяет увидеть более мелкие объекты и рассмотреть детали.Самый большой из построенных в XIX веке телескоп-рефрактор имеет диаметр 1 метр. Самый большой телескоп-рефлектор — 182 см. (1845 г.)
В XX веке рефлекторы окончательно победили. Современные оптические телескопы — ВТА 6 метров и Gemini 8 метров. Они стоят в удалении от больших городов, в местах, где много ясных ночей. Самые большие цельные зеркала по 8,5 метров, но теперь пришло время зеркал-сегментов, общий диаметр строящихся телескопов до 40 м. В них много разных оптических систем, реальные схемы очень сложные. Но мало поставить телескоп, его надо насытить приборами, которые дадут возможность что-то делать с данными. Стоимость приборов может превосходить стоимость телескопа во много раз.
Распространяются телескопы — роботы, куда человек приезжает в случае поломки. Телескоп сам наблюдает и отсылает данные.
Вследствие развития инструментов наблюдений в XX в. возникла всеволновая астрономия, ее обеспечивают радиотелескопы с большими поворотными и неповоротными антеннами. Развивает оптику и радио будущих систем. Реализуется проект «Радиоастрон» — работает в космосе вместе с земными телескопами и дает рекордное угловое разрешение.
Появляются возможности ловить и использовать все, что прилетает из космоса, не только волны. Например, космические лучи. Они богаты энергией, так как связаны с остатками сверхновых, и для их улавливания строят детекторы (Аргентина).
Очень интересны нейтрино. Хотя их очень трудно поймать, информацию о процессах на Солнце мы получаем от них. Нейтринные телескопы построены во льдах Антарктиды.
Далее. Гравитационные волны. Возникают при слиянии нейтронных звезд и черных дыр. Они были предсказаны общей теорией относительности, а теперь построены детекторы гравитационных волн, очень сложное и громоздкое устройство, однако первый сигнал из космоса сигнал о слиянии черных дыр уже получен.
Учебник Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута является единственным в России учебником астрономии, рекомендованным Министерством образования и науки РФ и включенным в Федеральный перечень (Приказ № 253 от 31.03.2014 г.). К учебнику прилагается рабочая программа.
Купить учебник
Без сомнения, сегодня астрономия на пике научного интереса, она интегрирует разных специалистов и нуждается в молодых исследователях. Популярная астрономия на сайте Постнаука, а самая серьезная на английском языке на сайте библиотеки Корнеллского университета. Профессиональный учебник — «Общая астрофизика» Засова и Кононовича.
История развития астрономии
Астрономия является одной из старейших естественных наук, ещё в глубокой древности люди интересовались движением светил по небосводу. Древние астрономические наблюдения делались в Египте, Вавилоне, Греции, Риме. В Средние века большое развитие получила астрология, из которой в XVIII веке выделилась собственно астрономия.
Возникновение и основные этапы развития астрономии
Астрономия является одной из древнейших наук. 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 на 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 наука 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-Батани (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.
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.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал. Будьте в курсе всех событий!
Мы работаем для Вас!
Возникновение астрономии как науки и ее развитие
Согласитесь, сегодня человек, в какой бы самой отдаленной области науки или народного хозяйства он ни работал, должен иметь представления, хотя бы общее, о нашей Солнечной системе, звездах и современных достижениях астрономии.
Человечеству еще не ясны те условия, которые привели к формированию разнообразных природных комплексов, в том числе благоприятствовавших зарождению и развитию жизни на Земле. На большинство этих вопросов отвечает наука астрономия. В этом докладе речь пойдет о зарождении этой древней науки, ее практической значимости.
Задачами работы являются: изучить историю возникновения астрономии, проследить этапы ее становления; познакомиться с первыми учеными-астрономами; узнать и описать первые древнейшие обсерватории, составить сравнительную таблицу длины звездного дня.
В этом году мы в школе впервые стали изучать историю нашей земли, планет и звезд. Этот предмет очень заинтересовал меня, и поэтому я обратился к этой теме.
При написании работы использован материал энциклопедий, астрономических сайтов Интернета, астрономических словарей, периодической печати.
Структура работы: в первой части рассматриваются вопросы зарождения астрономии и ее первоначальное значение; во второй части – поднимаются вопросы строительства древнейших обсерваторий.
1. Астрономия как наука, ее первоначальное значение.
Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека. О связи наблюдений небесных светил с практической жизнью и об их влиянии на общественные процессы писал и Коперник: «. необходимость вычислять периоды повышения и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов как руководителей земледелия». Обычно называют две причины возникновения этой науки: необходимость ориентироваться на местности и регламентация сельскохозяйственных работ. 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). 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, власти ожидали отдачи не только в виде славы покровителей науки, но также в виде астрологических предсказаний. Первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н. э.
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. Астрономические познания были характерны для многих древних народов.
2. Астрономия в Древнем Египте.
Обитатели долины Нила, где нет настоящей зимы, делили год на три сезона, которые зависели от поведения реки. С Нила, от которого зависела вся жизнь египтян, и началась астрономия этой древней цивилизации.
В Древнем Египте существовала сложная мифология с множеством богов. Астрономические представления египтян были тесно связаны с ней.
В Карнаке, около Фив, были найдены самые древние египетские водяные часы. Они изготовлены в ХIV в. до н. э. Главными солнечными часами в Египте были, конечно, обелиски, посвящённые Солнцу-Ра. Такой астрономический прибор в виде вертикального столба называется гномон. Древние египтяне, как и все народы, делили небо на созвездия. Всего их известно 45. Планеты египтянам были известны с давних времён. Казалось бы, египетская астрономия не может похвастаться особыми достижениями. Египтяне, оседлый народ, живший в неширокой речной долине, не нуждались в астрономических методах ориентирования. Сроки сельскохозяйственных работ египтянам подсказывала река, и достаточно было установить момент начала её разлива, чтобы, не глядя на небо, знать, что будет дальше. Жрецы наблюдали звёзды в основном для измерения ночного времени, а писцы ввели упрощённый календарь, который не был привязан к сезонам и как бы пренебрегал астрономией. Тем не менее, именно на египетской земле, в Александрии, работали позднее греческие учёные, заложившие основы современной астрономии. Здесь трудились Аристарх Самосский, Тимохарис, Эратосфен, именно здесь написал свой знаменитый астрономический труд Клавдий Птолемей. Схематический календарь не следовал за сезонами, однако он послужил идеальной равномерной шкалой для определения интервалов между затмениями, наблюдавшимися через много лет одно после другого. Именно этим календарём пользовался в своих расчётах Птолемей, а позже и сам Коперник
3. Астрономические познания майя.
4. Развитие астрономии на Среднем Востоке (Древний Китай).
Большую роль играет происхождение древней китайской астрономии, лежащей в основе астрономических познаний всего Дальнего Востока. 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. В развитии древнекитайской астрономии наблюдается плавный эволюционный ход. Ход этот можно разбить на такие периоды:
1) Введение солнечного календаря во времена легендарного императора Яо, правление которого китайцы относят к XXIV в. до н. э.
2) Введение системы 28 лунных станций (домов), примерно, в начале Чжоуской династии, т. е. в XIII в. до н. э.
3) Введение гномона ту-гуй, около середины периода, охватываемого Весенними и осенними записями для наблюдения точной эпохи солнцестояния.
4) Выработка твердой календарной системы Календаря Чжуаньюй (Чжуань-юй ли) в это время; наблюдение за 5 планетами; основание теории Пяти стихий (У-син шо): дерево (му), огонь (хо), земля (ту), металл (цзинь), вода (шуй), соединение которых обуславливает все в космосе. Начало систематических наблюдений над звездами.
5. Развитие астрономии в Древней Греции.
В Древней Греции астрономия была уже одной из наиболее развитых наук. Для объяснения видимых движений планет греческие астрономы, крупнейший из них Гиппарх Никейский (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. Гиппарх составил первый в Европе звёздный каталог, включивший точные значения координат около тысячи звёзд. 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.
III. Древнейшие обсерватории мира.
Стоунхендж — «висячие камни».
«Восьмое чудо света» Стоунхендж был возведен на рубеже каменного и бронзового веков, за несколько столетий до падения гомеровской Трои. Период ее постройки в настоящее время установлен радиоуглеродным методом из анализа сожженных при захоронении человеческих останков.
Многие люди задумывались над астрономическим значением Стоунхенджа, но не могли сказать по этому поводу ничего определенного. Например, в 1740 году Джон Вуд предположил, что Стоунхендж был «храмом друидов, посвященным Луне». В 1792 году человек, о котором известно только то, что он называл себя Уолтайр, утверждал, что Стоунхендж представлял собой «огромный теодолит для наблюдения за движением небесных тел и был воздвигнут по крайней мере 17 тысяч лет назад». В 1961 году Дж. Хокинс пришел к выводу, что «проблема Стоунхенджа заслуживает того, чтобы призвать на помощь вычислительную машину». Прежде всего, программисты Шошана Розенталь и Джули Коул взяли карту Стоунхенджа и поместили ее в автоматическую измерительную машину «Оскар». После «проверки» выяснилось, что основные и часто повторяющиеся направления Стоунхенджа указывали на Солнце и Луну. После того, как установили, что строители сориентировали Стоунхендж по Солнцу и Луне с таким искусством, последовательностью и упорством, естественно возникает вопрос: «Зачем?» Дж. Хокинс считает, что солнечно-лунные направления в Стоунхендже были установлены и отмечены по двум, а может быть, по четырем причинам:
1) они служили календарем, особенно полезным для предсказания времени начала сева;
2) они способствовали установлению и сохранения власти жрецов;
3) они служили для предсказания затмений Луны и Солнца.
Пользуясь ими для отсчета лет, жрецы Стоунхенджа могли следить за движением Луны и тем самым предсказывать «опасные» периоды, когда могли происходить наиболее эффектные затмения Луны и Солнца.
Древнейшие обсерватории Китая.
Еще одна древняя обсерватория в Китае расположена в юго-западной части моста Цзяньгомэнь города Пекин. Древняя обсерватория была построена при династии Мин (примерно в 1442 году до н. э. ) и является одной из самых древних обсерваторий в мире. Древняя обсерватория также известна целостным сооружением, прекрасным прибором высокой точности, продолжительной историей и особенным местонахождением, играет важную роль в обмене восточной и западной культуры всего мира. В династии Мин древняя обсерватория Пекина названа «Гуансинтай» (площадка для наблюдения за звёздами)
На площадке установлена простая сфера, армиллярная сфера, небесный глобус и другие крупные астрологические приборы, также гномон и клепсидра.
До 1929 года, Древняя обсерватория служила местом для астрономических наблюдений на протяжении 500 лет, она считается самой давней обсерваторией, где сохранились непрерывные наблюдения проводимые в тот период.
Звездный каталог самаркандских астрономов был вторым после каталога Гиппарха, составленного за 17 столетий до этого. Звёздные таблицы Улугбека остались последним словом средневековой астрономии и высшей ступенью, которой могла достичь астрономическая наука до изобретения телескопа. Вот сколь велико значение многолетних кропотливых научных исследований самаркандских астрономов XIII века. Результаты их научных достижений оказали огромное влияние на развитие науки на Западе и Востоке, в том числе на развитие науки в Индии и Китае.
Древняя обсерватория Европы.
В Башкирии обнаружена древнейшая евразийская обсерватория.
Два года назад российский археолог Илья Ахмедов сделал сенсационное открытие. В непосредственной близи от городища Старой Рязани в местечке Спасская Лука было найдено древнее сооружение, схожее по строению с английским Стоунхенджем. Его возраст оценен в 4 тысячи лет. Однако в отличие от своего британского собрата, Рязанский Стоунхендж оказался меньшим в размерах, к тому же не каменным, а деревянным. Но, по словам Ахмедова, и английская обсерватория первоначально также была из дерева
В течение последующих двух лет подобные открытия происходили почти на всей территории Евразии. Урал, Байкал, Чувашия, Башкирия, Карелия, Якутия, Адыгея, Армения, Казахстан, Таджикистан, Германия, Австрия Словакия – далеко не полная география древних обсерваторий. Причем делали открытия не исследователи-дилетанты, а ученые мужи. Естественно, каждый ученый считал своим долгом подчеркнуть, что открытая им обсерватория как минимум на тысячу лет старше знаменитых «висячих камней» в Англии. Работы археологов продолжаются.
Может быть в ближайшие годы нас ждут новые сенсации.
Познать историю нашей Земли, Вселенной, больше узнать о звездах, затмениях, планетах человечеству хотелось с самого его появления. Еще задолго до возникновения науки астрономии человек замечал различные природные явления, как то: затмение солнца, движение планет, он задумывался, почему наступают разливы рек.
К моменту возникновения науки астрономии древние люди накопили богатый практический опыт в познании мира. Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека.
Обычно называют две причины возникновения этой науки: необходимость ориентироваться на местности и регламентация сельскохозяйственных работ. Кроме того, вкладывая большие суммы в построение обсерваторий и точных инструментов, власти ожидали отдачи не только в виде славы покровителей науки, но также в виде астрологических предсказаний.
Первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н. э.
Знаниями в области астрономии активно пользовались жрецы, желая распространять свою власть на верующих.
Древним культовым сооружением древности являлись обсерватории. Люди наблюдали за восходом и закатом солнца, пытались вычислить длину звездного дня и года, составляли календари, вели записи за наступлением затмений.
Все эти знания использовались ими в практических целях вплоть до наступления эпохи Средневековья, когда новые открытия, сделанные астрономами позволили изменить представление человека о положении Земли.
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.