Астрономия — предметы изучения, направления и открытия

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.

Астрономия и выживание человечества

Одной из причин, почему астрономия очень важна и сейчас такова — она помогает нам подготовиться к любым опасным явлениям, возникающим в космосе. Мы даже создали каталог небесных тел, которые могут столкнуться с нашей планетой.

Астрономическая наука помогает лучше понять нам нашу планету, а также условия на Земле. Более того, мы постоянно следим за планетами, которые существуют в космосе. Они могут помочь сохранить нашу цивилизацию в будущем. Без астрономии это вряд ли было бы возможно.

Чтобы больше узнать о Вселенной, мы продолжаем инвестировать в космические исследования. Многие технологические разработки необходимы для того, чтобы эти исследования были успешными. Эти новые технологии приводят к инновациям, которые полезны для разных отраслей человеческой деятельности.

Каковы задачи астрономии

Астрономия как наука не существует отдельно. Античная астрономия была тесно связана с философией и теологией. Современная — неразрывна от физики, химии, биологии и других наук.

Задача астрономии не только изучить Вселенную и небесные тела в ней. Она даёт толчок развитию других наук и стимулирует развитие новых технологий.

Таким образом, в её задачи входит:

  1. Изучить небесные тела: их строение, формирование, движение и соотношение.
  2. Понять прошлое и будущее нашей Вселенной: как она сформировалась, развивалась и какова её судьба.
  3. Определить влияние Вселенной и её развития на Землю, а следовательно, и на жизнь людей.

Взаимосвязь астрономии и физики

Физика и астрономия взаимодействуют между собой самым активным образом. Астрономия занимается наблюдением Космоса и космических объектов, дает базу для физических изысканий. Физика же исследует природу, происхождение и специфику строения небесных тел и объектов Космоса.

Галилео Галилей и Исаак Ньютон создали свои великие научные труды на основе тесной взаимосвязи физических и астрономических знаний.

Взаимодействие физики и астрономии привело к зарождению нового научного направления – астрофизики.

Нельзя не отметить, что доказательство теории относительности физика Эйнштейна было найдено с помощью астрономических наблюдений, ставших возможными благодаря астроному Эдвину Хабблу.

Нейтринная астрономия – еще один образец межнаучного взаимодействия.

Эта дисциплина изучает процессы, происходящие внутри исследуемых космических объектов, например, в глубинах Солнца.

Появление данного научного направления стало результатом успешных физических исследований и открытий в области элементарных частиц.

Безопасность

Система видеоанализа (VAS) помогает спецслужбам анализировать видеоматериалы. Она использует технологию стабилизации и регистрации видеоизображений NASA — VISAR. Подобные технологии применяются для улучшения видеоизображений ночных записей, сделанных с помощью видеокамеры.

Ультрафиолетовая (УФ) технология детектирования фотонов, изобретенная астрономами, также используется военными. Она применяется в электронных системах защиты от ракетных атак.

Детекторы, способные обнаруживать одиночные рентгеновские фотоны, используемые в астрономии, теперь используются в аэропортах. В частности в рентгеновских камерах. Газовый хроматограф, предназначенный для изучения атмосферы Марса, также используется для анализа багажа на наличие взрывчатых веществ.

Вселенная и ее масштабы

Современная наука доказала, что Вселенная имеет свои границы. Ученые измеряют ее размер световыми годами и насчитывают их около 45.7 миллиардов. Если представить, что один световой год равен 10 триллионам километров, то попробуйте представить себе масштабы Вселенной.

Какие тела заполняют Вселенную

Вселенную наполняют различные небесные тела. Их еще называют космическими телами Вселенной. Среди них выделяют:

  • астероиды.
  • кометы;
  • метеороиды;
  • звезды;
  • планеты;

Размеры небесных тел вселенского пространства могут быть как микроскопическими, так и гигантскими. Метеориты, астероиды и кометы относятся к малым телам Вселенной. Ученые продолжают  изучать небесные тела и открыли самое большое тело во Вселенной. Им стала звезда UY Scuti. Ее радиус в 1700 раз превышает радиус Солнца. 

Познакомимся поближе с небесными телами и определим их характеристики.

Астероиды – это глыбы из камня, которые образуют астероидный пояс. Он находится между орбитами Юпитера и Марса. Форма у астероидов неправильная, диаметр тел начинается от 30 метров и может достигать десятки километров. На данный момент ученые открыли более 97 853 768 этих малых космических тел Вселенной. Движение астероидов происходит по орбите вокруг Солнца.

Кометы – состоят из твердого ядра. Приближаясь к Солнцу, ядро начинает нагреваться и происходит испарение веществ, из которых оно состоит. В результате этого происходит образование газовой оболочки, а потом возникает хвост. По мере удаления от Солнца хвост и оболочка исчезают. Изредка кометы можно наблюдать невооруженным взглядом. Последней кометой, которая за последние 7 лет четко просматривалась на ночном небе, была C/2020 F3 NEOWISE. Это произошло в июле 2020 года. В основном же эти небесные тела ученые изучают с помощью телескопа.

Метеороиды – твердые небесные тела, размер которых больше атома, но меньше астероида. Они могут быть как первичными объектами, так и представлять собой фрагменты космических объектов, причем не только астероидов. Небесные тела, попавшие в атмосферу, называют метеорами. К ним относят осколки комет или астероидов.

Часть метеороида, достигшая земной поверхности, принято называть метеоритом. Другими словами, метеорит – это любое тело космического происхождения, упавшее на поверхность другого небесного объекта.

После падения метеориты оставляют след – кратер. На сегодняшний день крупнейший кратер Уилкса имеет диаметр 500 км.

Кратер от метеорита 

Звезды – свет и тепло исходит от этих небесных тел. Они представляют собой массивные шары, состоящие из газа. Ближайшая звезда к Земле – Солнце. На ночном небе при отсутствии облаков можно наблюдать самые разные звезды. Их значение оценили еще наши предки. Эти «мерцающие точки» помогали ориентироваться в пространстве, о них часто писали в мифах и религиозных историях. Еще в древности, люди, не имеющие никакой техники, видели в звездах образы самых различных существ. Так начали выделять созвездия. На сегодняшний день их насчитывается 88, 12 из которых являются зодиакальными. 

Планеты – достаточно большие шарообразные объекты, вращающиеся вокруг Солнца по определенной оси и не являющиеся спутником другого космического тела. В Солнечной системе 8 планет:

  • Меркурий;
  • Венера;
  • Земля;
  • Марс;
  • Юпитер;
  • Сатурн;
  • Уран;
  • Нептун.

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.

Связь и другие технологии

Большинство технологий, используемых в космосе, улучшаются и используются в различных отраслях. Например гамма-спектрометры, которые используется для элементного и изотопного анализа безвоздушных тел, таких как Луна и Марс, теперь используются для исследования структурного ослабления старых исторических зданий.

ПЗС, который упоминался выше, также используется в большинстве камер, веб-камер и телефонов. Он работает как специальный датчик для захвата изображений и превращения их в цифровой массив. Технология была разработана Уиллардом Бойлом и Джорджем Э. Смитом для получения астрономических изображений. За это открытие ученые были удостоены Нобелевской премии по физике в 2009 году.

Конечно, астрономия не имеет большого значения для каждого конкретного человека. Но наше любопытство дает нам большие прорывы в технологиях, предназначенных для Земли.

Астрономия работает над решением загадки о нашем месте в бесконечном космосе…

Значение астрономии в современном мире

Сегодня крупнейшие страны мира вкладывают в развитие астрономических исследований гигантские средства — и не только для того, чтобы удовлетворить любопытство ученых.

Астрономия стала наукой самых высоких технологий, создающей сверхчувствительные оптические и электронные приборы для наблюдений на расстоянии и новейшие средства обработки информации.

А не так давно ученые пришли к удивительному выводу.

Фото 2. Научные наблюдения за небом ведутся по всему миру

Оказывается, при всем огромном количестве астрономических открытий, совершенных только за последние полвека, мы до сих пор не знаем, из чего состоит большая часть нашей Вселенной, что такое «темная материя» и «темная энергия», какова истинная природа «черных дыр» и что такое на самом деле «кротовые норы» — удивительные космические объекты, которые теоретики считают своего рода «машиной времени».

И конечно же, постоянной задачей астрономии начиная с середины 20 в. остается поиск органической жизни во Вселенной и внеземных цивилизаций — наших собратьев по разуму.

Вот почему астрономия остается единственной из наук о природе, где исследователей все еще ждут удивительные открытия и невероятные свершения.

А между тем по опросам, проведенным ООН, около четверти жителей нашей планеты до сих пор считают, что Солнце вращается вокруг Земли, а не наоборот.

Примерно так же думали строители Стоунхенджа и создатели первого шумерского календаря. Еще больше людей слепо верят во всевозможные астрологические прогнозы и предсказания.

Возможно, эта и другие публикации на нашем сайте помогут им изменить свою точку зрения.

Видео о том, что изучает астрономия:

Задачи астрономии

Как и любая другая наука, астрономия преследует свои цели и задачи.

Сейчас выделяют три главные задачи:
1) изучение положений и движения небесных тел, а также определение их форм и размеров;
2) изучение строения и структуры небесных тел;
3) исследование образования, развития и будущего небесных тел.

Раньше астрономия больше основывалась на философских взглядах. Теперь же, с развитием технологий это более точная наука. Безусловно, сегодня она тесно переплетается с математикой, физикой, химией и биологией. Несомненно, философия также не исключена из основ астрономии.

В чём состоит основная цель астрономии? Вероятно, что вы уже поняли её. Указанная нами фундаментальная наука нацелена на изучение и исследование явлений и объектов Вселенной. Разумеется, для того, чтобы понять саму суть Вселенной. Узнать структуру и особенности. Человечество мечтает постичь её тайны и загадки. Учёные пытаются объяснить, как всё образовалось. Более того, все хотят выяснить, что нас ждёт в будущем. Доискаться до истины и получить истинное представление о мире.

Благодаря астрономии мы уже многое узнали. В дальнейшем, можно с уверенностью сказать, нас ждёт еще много нового. Ведь прогресс не стоит на месте. Без сомнения, наука развивалась, развивается и будет развиваться.А пока, до скорых встреч!

Определение законов Вселенной

Исаак Ньютон (1643−1727) смог определить окончательные математические формулы для общей теории гравитации. Он знал, что не было никакой разницы между силой, которая притягивала камень к Земле, и силой, которая удерживала Луну на ее орбите вокруг Земли. Он нашел основной закон гравитации, согласно которому любые два тела действуют друг на друга с силой, которая прямо пропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна их квадрату расстояния.

Закон гравитации, наряду с тремя другими законами (принцип инерции, принцип ускорения и принцип действия и реакции), стал достаточной основой для объяснения и расчета всех движений во Вселенной. Таким образом, Вселенная полностью связана гравитацией.

Альберт Эйнштейн (1879−1955) смог изменить взгляд на мир физики. Следствием его теории относительности стало другое понимание принципа распространения света. Между 1905 и 1915 годами Альберт Эйнштейн написал специальную теорию, в которой он представил конечную скорость света и общую относительность гравитации, времени и пространства в больших измерениях.

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.

Разделы астрономии

Современная астрономия подразделяется на ряд отдельных разделов, которые тесно связаны между собой, и такое разделение астрономии, в известном смысле, условно.

1. Астрометрия — наука об измерении пространства и времени. Она состоит из:

а) 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;

б) фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звездных положений и определение числовых значений важнейших астрономических постоянных, т.е. величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;

в) практической астрономии, в которой излагаются методы определения географических координат, азимутов направлений, точного времени и описываются применяемые при этом инструменты.

2. Теоретическая астрономия дает 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).

3. 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, и их часто называют классической астрономией.

4. Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую 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.

5. Звездная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звезд, звездных систем и межзвездной материи с учетом их физических особенностей.

6. Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.

7. Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

Основа астрономии — наблюдения. Наблюдения доставляют нам основные факты, которые позволяют объяснить то или иное астрономическое явление. Дело в том, что для объяснения многих астрономических явлений необходимы тщательные измерения и расчеты, которые помогают выяснению действительных, истинных обстоятельств, вызвавших эти явления. Так, например, нам кажется, что все небесные тела находятся от нас на одинаковом расстоянии, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной, что все светила вращаются вокруг Земли, что размеры Солнца и Луны одинаковы и т.д. Только тщательные измерения и их глубокий анализ помогают отрешиться от этих ложных представлений.

Основным источником сведений о небесных телах являются электромагнитные волны, которые либо излучаются, либо отражаются этими телами. Определение направлений, по которым электромагнитные волны достигают Земли, позволяет изучать видимые положения и движение небесных тел. Спектральный анализ электромагнитного излучения дает возможность судить о физическом состоянии этих тел.

Особенностью астрономических исследований является также и то, что до последнего времени у астрономов отсутствовала возможность постановки опыта, эксперимента (если не считать исследований упавших на Землю метеоритов и радиолокационных наблюдений), и все астрономические наблюдения производились только с поверхности Земли.

Однако с запуском первого искусственного спутника Земли началась эра космических исследований, что позволило применить в астрономии методы других наук (геологии, геохимии, биологии и т.п.). Астрономия продолжает оставаться наблюдательной наукой, но теперь астрономические наблюдения производятся с межпланетных космических аппаратов и орбитальных обсерваторий.

Задачи астрономии

В задачи науки астрономии входит:

1. Изучение видимых и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.

2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.

3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.

4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

В области изучения небесных тел накоплена уже довольно богатая информация. А вот изучение строения небесных тел стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии. Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX в., а основных проблем — лишь в последние годы. Так что здесь для вас, молодые астрономы, работы очень много. Для окончательного решения проблем происхождения и развития отдельных небесных тел требуется накопление полученного в результате наблюдений материала. Сейчас еще таких данных 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. Так что и в этой области молодым астрономам будет что открывать.

Последняя задача (создание теории об общих свойствах Метагалактики) – наиболее сложна, так как для ее решения требуются наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет, а современные технические возможности пока этого не позволяют. Но эта задача сейчас является наиболее актуальной, ее решить пытаются астрономы ряда стран, в том числе и России.

Куда можно поступить

Естественно-научный профиль в школе позволяет пробовать силы на химико-биологических и медицинских специальностях. 

Школьник сможет участвовать во Всероссийской олимпиаде школьников, Менделеевском конкурсе, различных биологических и химических турнирах — призёрство или победа на олимпиадах дают бонусы для поступления.

Варианты, куда поступить, варьируются в зависимости от окончательного набора предметов ЕГЭ. Список вузов и специальностей можно посмотреть на информационном портале mos.ru. Вот некоторые варианты, которые считаются топовыми:

  • МГУ: для поступления на биологический факультет понадобится комбинация из химии, биологии и профильной математики. Ученица 11 класса домашней онлайн-школы «Фоксфорда» Маша Журавлёва недавно делилась опытом подготовки. 
  • МГМУ им. И.М. Сеченова: пользуются популярностью фармацевтический, педиатрический, лечебный, стоматологический и другие естественно-научные факультеты. 
  • МФТИ: физика требуется на большинство специальностей. 
  • РНИМУ им. Пирогова: один из ведущих «медов» России, «конкурент» Сеченовки. 
  • НИУ ВШЭ: хотя университет известен экономической подготовкой, здесь есть факультет физики, факультет химии и факультет биологии и биотехнологии. Студенты ведут исследования на базе институтов РАН. 
  • МГТУ им. Баумана: ведущий вуз для технарей, особенно физиков. 

Разделы астрономии

Круг предметов и явлений, изучаемых астрономией, очень велик: Солнце, другие звёзды, планеты Солнечной системы и их спутники, внесолнечные планеты (экзопланеты), астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, межзвёздное вещество, пульсары, чёрные дыры, туманности, галактики и их скопления, квазары и многое другое. В связи с этим, наука астрономия делится на основные разделы:

астрометрия — изучает движения светил и их видимые положения;

небесная механика – изучает законы движений небесных тел, определяет массу и форму небесных тел и устойчивость их систем;

астрофизика — изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов;

космогония (греч. kosmogonía, от kósmos — мир, Вселенная и gone, goneia — рождение) — область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем: звёзд и звёздных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел — Солнца, планет (включая Землю), их спутников, астероидов (или малых планет), комет, метеоритов;

космология (космос + логос, греч.λόγος – слово, речь, мысль) — изучает свойства и эволюцию Вселенной в целом. Астрономия – очень древняя наука, ведь любознательные люди существуют не только в наше время, были они и в глубокой древности. Но тогда, в отсутствие мощных технических средств изучения, о многом можно было только догадываться, строить предположения или теоретические гипотезы на основе математических вычислений. Когда появился первый телескоп, астрономия получила значительно большие возможности. К XX веку она уже накопила огромный материал о жизни и развитии Вселенной, поэтому условно разделилась на две ветви: наблюдательную и теоретическую. Полученные путем наблюдения данные затем анализируются, создаются компьютерные, математические и аналитические модели для изучения Вселенной, а затем эти теоретические выводы и гипотезы подтверждает или опровергает наблюдательная астрономия.

Большой вклад в развитие науки внесла любительская астрономия. Но о ней мы будем говорить отдельно.