Астрономические наблюдения - это что такое? Методы астрономии

Астрономия - одна из древнейших наук. Люди испокон веков следили за движением светил по небу. Астрономические наблюдения того времени помогали ориентироваться на местности, а также были необходимы для построения философских и религиозных систем. С тех пор многое изменилось. Астрономия окончательно освободилась от астрологии, накопила обширные знания и техническую мощь. Однако астрономические наблюдения, выполненные на Земле или в космосе, - по-прежнему один из основных методов получения данных в этой науке. Поменялись способы сбора информации, но суть методики осталась неизменной.

Что такое астрономические наблюдения?

Существуют свидетельства, позволяющие предположить, что элементарными знаниями о движении Луны и Солнца люди обладали еще в доисторическую эпоху. Труды Гиппарха и Птолемея свидетельствуют, что знания о светилах были востребованы и в Античности, им уделялось много внимания. Для того времени и еще длительного периода после астрономические наблюдения представляли собой изучение ночного неба и фиксацию увиденного на бумаге или, проще говоря, зарисовку.

До эпохи Возрождения помощниками ученых в этом деле были лишь самые простые приборы. Значительный объем данных стал доступен после изобретения телескопа. По мере усовершенствования его увеличивалась точность получаемой информации. Однако на каком бы уровне ни был технический прогресс, астрономические наблюдения - это основной способ сбора информации о небесных объектах. Интересно, что это также одна из областей научной деятельности, в которой не потеряли актуальности методы, применявшиеся в эпоху до научного прогресса, то есть наблюдение невооруженным глазом или при помощи простейшего оборудования.

Классификация

Сегодня астрономические наблюдения - это достаточно обширная категория действий. Классифицировать их можно по нескольким признакам:

• квалификация участников;
• характер фиксируемых данных;
• место проведения.

В первом случае выделяют профессиональные и любительские наблюдения. Данные, получаемые при этом, чаще всего представляют собой регистрацию видимого света или же иного электромагнитного излучения, в том числе инфракрасного и ультрафиолетового. Информация при этом может быть получена в некоторых случаях только с поверхности нашей планеты либо только из пространства вне атмосферы: по третьему признаку выделяют астрономические наблюдения, выполненные на Земле или в космосе.

Любительская астрономия

Прелесть науки о звездах и других небесных телах в том, что она - одна из немногих, которая буквально нуждается в активных и неутомимых почитателях в среде непрофессионалов. На огромное количество объектов, достойных постоянного внимания, приходится небольшое число ученых, занятых самыми сложными вопросами. Потому астрономические наблюдения остальной части ближнего космоса ложатся на плечи любителей.

Вклад людей, считающих астрономию своим хобби, в эту науку довольно ощутим. До середины последнего десятилетия прошлого века более половины комет были открыты именно любителями. В область их интересов также часто входят переменные звезды, наблюдение Новых, отслеживание покрытия небесных тел астероидами. Последнее является сегодня наиболее перспективной и востребованной работой. Что касается Новых и Сверхновых, то, как правило, первыми их замечают именно астрономы-любители.

Варианты непрофессиональных наблюдений

Любительская астрономия может быть разделена на тесно взаимосвязанные разделы:

• Визуальная астрономия. Сюда относятся астрономические наблюдения в бинокль, телескоп или невооруженным глазом. Главная цель такой деятельности, как правило, заключается в получении удовольствия от возможности наблюдать за движением светил, а также от самого процесса. Интересное ответвление этого направления - «тротуарная» астрономия: некоторые любители выносят свои телескопы на улицу и предлагают всем желающим полюбоваться звездами, планетами и Луной.
• Астрофотография. Цель этого направления - получение фотоизображений небесных тел и их элементов.
• Телескопостроение. Иногда необходимые оптические инструменты, телескопы и аксессуары к ним, любители изготавливают практически с нуля. В большинстве же случаев телескопостроение заключается в дополнении уже имеющейся аппаратуры новыми комплектующими.
• Исследования. Некоторые астрономы-любители стремятся кроме эстетического удовольствия получить и что-то более материальное. Они занимаются исследованием астероидов, переменных, новых и сверхновых звезд, комет и метеорных потоков. Периодически в процессе постоянных и кропотливых наблюдений совершаются открытия. Именно такая деятельность астрономов-любителей приносит наибольший вклад в науку.

Деятельность профессионалов

Астрономы-специалисты всего мира обладают более совершенной аппаратурой, чем любители. Задачи, стоящие перед ними, требуют высокой точности при сборе информации, отлаженного математического аппарата для интерпретации и прогнозирования. В центре работы профессионалов, как правило, лежат достаточно сложные, часто удаленные объекты и явления. Нередко изучение просторов космоса дает возможность пролить свет на те или иные законы Вселенной, уточнить, дополнить или опровергнуть теоретические построения относительно ее возникновения, строения и будущего.

Классификация по типу информации

Наблюдения в астрономии, как уже говорилось, могут быть связаны с фиксацией различного излучения. По этому признаку выделяют следующие направления:

• оптическая астрономия исследует излучение в видимом диапазоне;
• инфракрасная астрономия;
• ультрафиолетовая астрономия;
• радиоастрономия;
• рентгеновская астрономия;
• гамма-астрономия.

Кроме того, выделяются направления этой науки и соответствующие наблюдения, не связанные с электромагнитным излучением. Сюда относится нейтринная, изучающая нейтринное излучение от внеземных источников, гравитационно-волновая и планетарная астрономия.

С поверхности

Часть явлений, изучаемых в астрономии, доступны для исследований в наземных лабораториях. Астрономические наблюдения на Земле связаны с изучением траекторий движения небесных тел, измерением расстояния в космосе до звезд, фиксация некоторых типов излучения и радиоволн и так далее. До начала эры космонавтики астрономы могли довольствоваться только информацией, полученной в условиях нашей планеты. И этого было достаточно для построения теории возникновения и развития Вселенной, обнаружения многих закономерностей, существующих в космосе.

Высоко над Землей

С запуска первого спутника началась новая эра в астрономии. Данные, собираемые космическими аппаратами, неоценимы. Они способствовали углублению понимания учеными тайн Вселенной.

Астрономические наблюдения в космосе позволяют фиксировать все типы излучений, от видимого света до лучей гамма- и рентгеновского диапазона. Большая часть их недоступна для исследования с Земли, поскольку атмосфера планеты поглощает их, не допускает к поверхности. Примером открытий, ставших возможными только после начала космической эры, являются рентгеновские пульсары.

Добытчики информации

Астрономические наблюдения в космосе осуществляются при помощи различной аппаратуры, установленной на космических кораблях, орбитальных спутниках. Множество исследований подобного характера проводится на международной космической станции. Неоценим вклад оптических телескопов, запускавшихся несколько раз в прошлом веке. Выделяется среди них знаменитый «Хаббл». Для обывателя он в первую очередь является источником потрясающе красивых фотоизображений дальнего космоса. Однако это не все, что он «умеет». С его помощью получен большой объем информации о строении множества объектов, закономерностях их «поведения». «Хаббл» и другие телескопы являются бесценным поставщиком данных, необходимых для теоретической астрономии, работающей над проблемами развития Вселенной.

Астрономические наблюдения - и наземные, и космические - единственный для науки о небесных телах и явлениях. Без них ученые могли бы лишь разрабатывать различные теории, не имея возможности сопоставить их с реальностью.

Основной способ исследования небесных объектов и явлений. Наблюдения могут вестись невооруженным глазом или с помощью оптических инструментов: телескопов, снабженных теми или иными приемниками радиации (спектрографами, фотометрами и т.п.), астрографов, специальных инструментов (в частности, биноклей). Цели наблюдений весьма разнообразны. Точные измерения положении звезд, планет и других небесных тел дают материал для определения расстояний до них (см. Параллакс), собственных движений звезд, изучения законов движения планет, комет. Результаты измерений видимого ’блеска светил (визуально или с помощью астрофотометров) позволяют оценивать расстояния до звезд, звездных скоплений, галактик, изучать процессы, происходящие в переменных звездах, и т.д. Исследования спектров небесных светил с помощью спектральных приборов позволяют измерять температуру светил, лучевые скорости, дают неоценимый материал для глубокого изучения физики звезд и других объектов.

Но результаты астрономических наблюдений имеют научную значимость только в том случае, когда безусловно выполняются положения инструкций, которые определяют порядок действия наблюдателя, требования к инструментам, месту наблюдения, к форме регистрации данных наблюдения.

К методам наблюдений, доступным юным астрономам, относятся визуальные без инструментов, визуальные телескопические, фотографические и фотоэлектрические наблюдением небесных объектов и явлений. В зависимости от инструментальной базы, положения 1унктов наблюдения (город, поселок, село), 1строклиматических условий и интересов любителя для наблюдений может быть выбрана любая (или несколько) из предлагаемых тем.

Наблюдения солнечной активности. При наблюдении солнечной активности ежедневно зарисовываются солнечные пятна и определяются их координаты с помощью заранее заготовленной угломерной сетки. Проводить наблюдения лучше всего с помощью большого школьного телескопа-рефрактора или самодельного телескопа на параллактическом штативе (см. Телескоп самодельный). Нужно всегда помнить, что смотреть на Солнце без темного (защитного) фильтра ни в коем случае нельзя. Удобно вести наблюдения Солнца, проецируя его изображение на специально приспособленный к телескопу экран. На бумажном шаблоне обводят контуры групп пятен и отдельных пятен, отмечают поры. Затем вычисляются их координаты, подсчитывается число пятен в группах и на момент наблюдений выводится индекс солнечной активности — числа Вольфа. Наблюдатель изучает и все изменения, происходящие внутри группы пятен, стремясь как можно точнее передать их форму, размеры, взаимное расположение деталей. Наблюдать Солнце можно и фотографически с применением в телескопе дополнительной оптики, увеличивающей эквивалентное фокусное расстояние прибора и позволяющей поэтому фотографировать более крупно отдельные образования на его поверхности. Пластинки и пленки для фотографирования Солнца должны иметь самую малую чувствительность.

Наблюдения Юпитера и его спутников. При наблюдении планет, в частности Юпитера, используют телескоп с диаметром объектива или зеркала не менее 150 мм. Наблюдатель тщательно зарисовывает детали в полосах Юпитера и сами полосы и определяет их координаты. Проведя наблюдения в течение ряда ночей, можно изучить картину изменений в облачном покрове планеты. Интересным для наблюдения на диске Юпитера является Красное пятно, физическая природа которого пока не совсем изучена. Наблюдатель зарисовывает положение Красного пятна на диске планеты, определяет его координаты, приводит описания цвета, яркости пятна, регистрирует замеченные особенности в окружающем его облачном слое.

Для наблюдении спутников Юпитера используется школьный телескоп-рефрактор. Наблюдатель определяет точное положение спутников относительно края диска планеты с помощью окулярного микрометра. Кроме того, представляет интерес наблюдение явлений в системе спутников и регистрация моментов этих явлений. К ним относятся затмение спутников, заход за диск планеты и выход из-за диска, прохождение спутника между Солнцем и планетой, между Землей и планетой.

Поиски комет и их наблюдения. Поиски комет производятся с помощью светосильных оптических инструментов с большим полем зрения (3-5°). Для этой цели могут быть использованы полевые бинокли, астрономическая трубка АТ-1, бинокуляры ТЗК, БМТ-110, а также кометоискатели.

Наблюдатель систематически осматривает западную часть неба после захода Солнца, северную и зенитную области неба ночью и восточную перед восходом Солнца. Наблюдатель должен очень хорошо знать расположение на небе стационарных туманных объектов — газовых туманностей, галактик, звездных скоплений, которые по внешнему виду напоминают слабую по яркости комету. В этом случае ему окажут помощь атласы звездного неба, в частности «Учебный звездный атлас» А. Д. Марленского и «Звездный атлас» А. А. Михайлова. О появлении новой кометы тотчас же дается телеграмма в адрес Астрономического института им, П. К., Штернберга в Москве. Нужно сообщать время обнаружения кометы, ее приближенные координаты, фамилию и имя наблюдателя, его почтовый адрес.

Наблюдатель должен зарисовать положение кометы среди звезд, изучить видимую структуру головы и хвоста кометы (если они имеют место), определить ее блеск. Фотографирование области неба, где находится комета, позволяет более точно, чем при зарисовке, определить ее координаты, а следовательно, рассчитать более точно орбиту кометы. Телескоп при фотографировании кометы должен быть снабжен часовым механизмом, ведущим его за звездами, перемещающимися вследствие видимого вращения неба.

Наблюдения серебристых облаков. Серебристые облака — интереснейшее, но еще малоизученное явление природы. В СССР наблюдаются они в летнее время севернее 50° широты. Их можно увидеть на фоне сумеречного сегмента, когда угол погружении Солнца под горизонт составляет от 6 до 12°. В это время солнечные лучи освещают только верхние слои атмосферы, где на высоте 70-90 км и образуются серебристые облака. В отличие от обычных облаков, которые в сумерках кажутся темными, серебристые облака светятся. Они наблюдаются в северной стороне неба, невысоко над горизонтом.

Наблюдатель каждую ночь осматривает через 15-минутные интервалы сумеречный сегмент и в случае появления серебристых облаков оценивает их яркость, регистрирует изменения формы, при помощи теодолита или другого угломерного инструмента замеряет протяженность поля облаков по высоте и азимуту. Кроме того, целесообразно фотографировать серебристые облака. Если светосила объектива 1:2 и чувствительность пленки 130-180 единиц по ГОСТу, то хорошие снимки можно получить при экспозиции 1—2 с. На снимке должны быть видны основная часть поля облаков и силуэты строений или деревьев.

Целью патрулирования сумеречного сегмента и наблюдений серебристых облаков является выяснение частоты появления облаков, преобладающих форм, динамики поля серебристых облаков, а также отдельных образований внутри поля облаков.

Наблюдения метеоров. Задачами визуальных наблюдений является счет метеоров и определение метеорных радиантов. В первом случае наблюдатели располагаются под круглой рамкой, ограничивающей поле зрения до 60°, и регистрируют только те метеоры, которые появляются внутри рамки. В журнале наблюдений записывается порядковый номер метеора, момент пролета с точностью до одной секунды, звездная величина, угловая скорость, направление метеора и его положение относительно рамки. Эти наблюдения позволяют изучить плотность метеорных потоков и распределение метеоров по блеску.

При определении метеорных радиантов наблюдатель тщательно наносит на копию карты звездного неба каждый замеченный метеор и отмечает порядковый номер метеора, момент пролета, звездную величину, длину метеора в градусах, угловую скорость и цвет. Слабые по блеску метеоры наблюдаются при помощи полевых биноклей, трубок АТ-1, бинокуляра ТЗК. Наблюдения по этой программе позволяют изучать распределение малых радиантов на небесной сфере, определять положение и смещение изученных малых радиантов, приводят к открытию новых радиантов.

Наблюдения переменных звезд. Основные инструменты для наблюдения переменных звезд: полевые бинокли, астрономические трубки АТ-1, бинокуляры ТЗК, БМТ-110, кометоискатели, обеспечивающие большое поле зрения. Наблюдения переменных звезд позволяют изучать законы изменения их блеска, уточнять периоды и амплитуды изменения блеска, определять их тип и т.п.

Первоначально наблюдаются переменные звезды — цефеиды, имеющие правильные колебания блеска с достаточно большой амплитудой, и только после этого следует переходить к наблюдениям полу прав ильных и неправильных переменных звезд, звезд с малой амплитудой блеска, а также исследовать звезды, заподозренные в переменности, и патрулировать вспыхивающие звезды.

При помощи фотоаппаратов можно фотографировать звездное небо с целью наблюдений долгопериодических переменных звезд и поисков новых переменных звезд.

Наблюдения солнечных затмений

В программу любительских наблюдений полного солнечного затмения могут войти: визуальная регистрация моментов соприкосновения края диска Луны с краем диска Солнца (четыре контакта); зарисовки вида солнечной короны — ее формы, структуры, размеров, цвета; телескопические наблюдения явлений при покрытии краем лунного диска солнечных пятен и факелов; метеорологические наблюдения — регистрация хода температуры, давления, влажности воздуха, изменения направления и силы ветра; наблюдения поведения животных и птиц; фотографирование частных фаз затмения через телескоп с фокусным расстоянием 60 см и более; фотографирование солнечной короны при помощи фотоаппарата с объективом, имеющим фокусное расстояние 20-30 см; фотографирование так называемых четок Бейли, которые появляются перед вспыхиванием солнечной короны; регистрация изменения яркости неба по мере увеличения фазы затмения при помощи самодельного фотометра.

Наблюдения лунных затмений

Так же как и солнечные, лунные затмения происходят сравнительно редко, и в то же время каждое затмение характеризуется своими особенностями. Наблюдения лунных затмений позволяют уточнять орбиту Луны, дают сведения о верхних слоях земной атмосферы. Программа наблюдений лунного затмения может состоять из следующих элементов: определение яркости затененных частей лунного диска по видимости деталей лунной поверхности при наблюдении в 6-кратный признанный бинокль или телескоп с малым увеличением; визуальные оценки яркости Луны и ее цвета как невооруженным глазом, так и в бинокль (телескоп); наблюдения в телескоп с диаметром объектива не менее 10 см при 90-кратном увеличении на протяжении всего затмения кратеров Геродот, Аристарх, Гримальди, Атлас и Риччиоли, в области которых могут иметь место цветовые и световые явления; регистрация при помощи телескопа моментов покрытия земной тенью некоторых образований на лунной поверхности (список этих объектов приводится в книге «Астрономический календарь. Постоянная часть»); определение при помощи фотометра блеска поверхности Луны при различных фазах затмения.

Наблюдения искусственных спутников Земли

При наблюдении искусственных спутников Земли отмечают путь движения спутника на звездной карте и время его прохождения около заметных ярких звезд. Время должно регистрироваться с точностью до 0,2 с по секундомеру. Яркие спутники можно фотографировать.

1. Астрономия – новая дисциплина в курсе, хотя вкратце с некоторыми вопросами вы знакомы.
2. Что нужно:

1. Учебник: . Астрономия. Базовый уровень.11 класс: учебник /Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут – 5-е изд., пересмотр.- М.: Дрофа, 2018.-238с, с: ил.,8 л. цв. вкл.- (Российский учебник).;
2. общая тетрадь – 48 листов.

1. Как работать с учебником.

• проработать (а не прочитать) параграф
• вникнуть в сущность, разобраться с каждым явлениями и процессами
• проработать все вопросы и задания после параграфа, кратко в тетрадях
• контролировать свои знания по перечню вопросов в конце темы
• дополнительно материал посмотреть в Интернете

Тема 1.1 Предмет астрономии. Наблюдения - основа астрономии.

1.1.1 Что изучает астрономия. Ее значение и связь с другими науками

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

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

Астрономия [греч. Астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] – наука, которая изучает движение небесных тел (раздел “небесная механика”), их природу (раздел “астрофизика”), происхождение и развитие (раздел “космогония”)

Астрономия – одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе – исследует не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также позволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной. Человека всегда интересовал вопрос о том, как устроен окружающий мир и какое место он в нем занимает. У большинства народов еще на заре цивилизации были сложены особые - космологические мифы, повествующие о том, как из первоначального хаоса постепенно возникает космос (порядок), появляется все, что окружает человека: небо и земля, горы, моря и реки, растения и животные, а также сам человек. На протяжении тысячелетий шло постепенное накопление сведений о явлениях, которые происходили на небе.

Потребность в астрономических знаниях диктовалась жизненной необходимостью (демонстрация фильмов: "Все тайны космоса #21 - Открытие - история астрономии " и Астрономия (2⁄15). Самая древняя наука .)

Оказалось, что периодическим изменениям в земной природе сопутствуют изменения вида звездного неба и видимого движения Солнца. Высчитать наступление определенного времени года было необходимо для того, чтобы в срок провести те или иные сельскохозяйственные работы: посев, полив, уборку урожая. Но это можно было сделать лишь при использовании календаря, составленного по многолетним наблюдениям положения и движения Солнца и Луны. Так необходимость регулярных наблюдений за небесными светилами была обусловлена практическими потребностями счета времени. Строгая периодичность, свойственная движению небесных светил, лежит в основе основных единиц счета времени, которые используются до сих пор, - сутки, месяц, год.

Простое созерцание происходящих явлений и их наивное толкование постепенно сменялись попытками научного объяснения причин наблюдаемых явлений. Когда в Древней Греции (VI в. до н. э.) началось бурное развитие философии как науки о природе, астрономические знания стали неотъемлемой частью человеческой культуры. Астрономия - единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу - Уранию.

О первоначальной значимости развития астрономических знаний можно судить в связи с практическими потребностями людей. Их можно разделить на несколько групп:

• cельскохозяйственные потребности (потребность в отсчете времени - сутки, месяцы, годы. Например, в Древнем Египте определяли время посева и уборки урожая по появлению перед восходом солнца из-за края горизонта яркой звезды Сотис - предвестника разлива Нила);
• потребности в расширении торговли , в том числе морской (мореплавание, поиск торговых путей, навигация. Так, финикийские мореплаватели ориентировались по Полярной звезде, которую греки так и называли - Финикийская звезда);
• эстетические и познавательные потребности, потребности в целостном мировоззрении (человек стремился объяснить периодичность природных явлений и процессов, возникновение окружающего мира).

Зарождение астрономии в астрологических идеях свойственно мифологическому мировоззрению древних цивилизаций.

I-й Античный мир (до н. э). Философия →астрономия → элементы математики (геометрия). Древний Египет, Древняя Ассирия, Древние Майя, Древний Китай, Шумеры, Вавилония, Древняя Греция.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии: ФАЛЕС Милетский (625-547, Др.Греция), ЕВДОКС Книдский (408- 355, Др. Греция), АРИСТОТЕЛЬ (384-322, Македония, Др. Греция), АРИСТАРХ Самосский (310-230, Александрия, Египет), ЭРАТОСФЕН (276-194, Египет), ГИППАРХ Родосский (190-125г, Др.Греция).

Археологами установлено, что человек владел начальными астрономическими знаниями уже 20 тыс. лет назад в эпоху каменного века.

• Доисторический этап от 25 тыс.лет до н.э.- до 4 тыс. до н.э.(наскальные рисунки, природные обсерватории и т.д.).
• Древний этап условно можно считать от 4.000лет до н.э.-1000 до н.э.:
  • около 4.тыс. лет до н.э. астрономические памятники древних майя, каменная обсерватория Стоунхендж (Англия);
  • около 3000 лет до н.э. ориентировка пирамид, первые астрономические записи в Египте, Вавилоне, Китае;
  • около 2500лет до н.э. установление египетского солнечного календаря;
  • около 2000 лет до н.э. создание 1-ой карты неба (Китай);
  • около 1100 лет до н.э. определение наклона эклиптики к экватору;
• Античный этап
  • идеи о шарообразности Земли (Пифагор, 535 г. до н.э.);
  • предсказание Фалесом Милетским солнечного затмения (585 г. до н.э.);
  • установление 19-летнего цикла лунных фаз (цикл Метона, 433 г. до н.э);
  • идеи о вращении Земли вокруг оси (Гераклит Понтийский, 4 век до н.э);
  • идея концентрических кругов (Евдокс), трактат «О Небе» Аристотель (доказательство шарообразности Земли и планет) составление первого каталога звёзд 800 звёзд, Китай (4 век до н.э.);
  • начало систематических определений положений звёзд греческими астрономами, развитие теории системы мира (3 век до н.э.);
  • открытие прецессии, первые таблицы движения Солнца и Луны, звездный каталог 850 звезд (Гиппарах, (2 Век до н.э);
  • идея о движении Земли вокруг Солнца и определение размеров Земли (Аристарх Самосский, Эратосфен 3-2 в. до н.э.);
  • введение в римской империи Юлианского календаря (46 г. до н.э);
  • Клавдий Птолемей – «Синтаксис»(Альмогест)-энциклопедия античной астрономии, теория движения, планетные таблицы (140 г. н.э).

Представление об астрономических познаниях греков этого периода дают поэмы Гомера и Гесиода: там упоминается ряд звёзд и созвездий, приводятся практические советы по использованию небесных светил для навигации и для определения сезонов года. Космологические представления этого периода целиком заимствовались из мифов: Земля считается плоской, а небосвод - твёрдой чашей, опирающейся на Землю. Главными действующими лицами этого периода являются философы , интуитивно нащупывающие то, что впоследствии будет названо научным методом познания. Одновременно проводятся первые специализированные астрономические наблюдения, развивается теория и практика календаря; в основу астрономии впервые полагается геометрия, вводится ряд абстрактных понятий математической астрономии; делаются попытки отыскать в движении светил физические закономерности. Получили научное объяснение ряд астрономических явлений, доказана шарообразность Земли.

II-ой Дотелескопический период. (наша эра до 1610г). Упадок науки и астрономии. Развал Римской империи, набеги варваров, зарождение христианства. Бурное развитие арабской науки. Возрождение науки в Европе. Современная гелиоцентрическая система строения мира.

Клавдий ПТОЛЕМЕЙ (Клавдиус Птоломеус )(87-165, Др. Рим), БИРУНИ, Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль – Бируни (973-1048, совр. Узбекистан), Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (Тарагай ) УЛУГБЕК (1394 –1449, совр. Узбекистан), Николай КОПЕРНИК (1473-1543,Польша), Тихо (Тиге) БРАГЕ (1546- 1601, Дания).

• Арабский период. После падения античных государств в Европе античные научные традиции (в том числе и астрономии) продолжили развитие в арабском халифате, а также в Индии и Китае
  • 813г. Основание в Багдаде астрономической школы (дом мудрости);
  • 827г. определение размеров земного шара по градусным измерениям между Тигром и Евфратом;
  • 829г. основание Багдадской обсерватории;
  • Х в. открытие лунного неравенства (Абу-ль-Вафа, Багдад);
  • каталог 1029 звёзд, уточнение наклона эклиптики к экватору, определение длинны 1° меридиана (1031г, Ал-Бируни);
  • многочисленные работы по астрономии до конца 15 века (календарь Омара Хайяма, «Ильханские таблицы» движения Солнца и планет(Насирэддин Тусси, Азербайджан), работы Улугбека);
• Европейское возрождение. В конце 15 века начинается возрождение астрономических знания в Европе, которое привело к первой революции в астрономии. Эта революция в астрономии была вызвана требованиями практики – начиналась эпоха великих географических открытий.
  • Дальние плавания требовали точных методов определения координат. Система Птолемея не могла обеспечить возросших потребностей. Страны, которые первыми обратили внимание на развитие астрономических исследований, добивались наибольших успехов в открытии и освоении новых земель.
  • В Португалии, еще в 14 веке принц Генрих основал обсерваторию для обеспечения потребностей мореплавания, и Португалия первая из Европейских стран начала захват и эксплуатацию новых территорий.
  • Важнейшие достижения европейской астрономии XV - XVI веков это планетные таблицы (Региомонтан из Нюрнберга, 1474г.),
  • работы Н.Коперника, которые произвели первую революцию в Астрономии (1515-1540 гг.),
  • наблюдения датского астронома Тихо Браге в обсерватории Ураниборг на острове Вэн (самые точные в дотелескопическую эпоху).

III-ий Телескопический до появления спектроскопии (1610-1814гг). Изобретение телескопа и наблюдения с его помощью. Законы движения планет. Открытие планеты Уран. Первые теории образования Солнечной системы.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Галилео ГАЛИЛЕЙ (1564-1642, Италия), Иоганн КЕПЛЕР (1571-1630, Германия), Ян ГАВЕЛИЙ (ГАВЕЛИУС ) (1611-1687, Польша), Ганс Христиан ГЮЙГЕНС (1629-1695, Нидерланды), Джованни Доминико (Жан Доменик) КАССИНИ> (1625-1712, Италия-Франция), Исаак НЬЮТОН (1643-1727, Англия), Эдмунд ГАЛЛЕЙ ( ХАЛЛИ , 1656-1742, Англия), Вильям (Уильям) Вильгельм Фридрих ГЕРШЕЛЬ (1738-1822, Англия), Пьер Симон ЛАПЛАС (1749-1827, Франция).

• В начале 17 века (Липперсгей, Галилей, 1608 г) был создан оптический телескоп, многократно раздвинувший горизонт познания человечества о мире.
  • определяется параллакс Солнца (1671), что позволило с высокой точностью определить астрономическую единицу и определить скорость света,
  • открываются тонкие движения оси Земли, собственные движения звёзд, законы движения Луны,
  • в 1609- 1618 гг. Кеплер на основе этих наблюдений планеты Марс открыл три закона движения планет,
  • в 1687г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения, объясняющий причины движения планет.
  • создаётся небесная механика;
  • определяются массы планет;
  • в начале ХIХ века (1.01.1801г.) Пиацци открывает первую малую планету (астероид) Цереру;
  • в 1802 и в 1804 годах были открыты Паллада и Юнона.

IV-ый Спектроскопия и фотография . (1814-1900гг). Спектроскопические наблюдения. Первые определения расстояния до звезд. Открытие планеты Нептун.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Йозеф фон ФРАУНГОФЕР (1787-1826, Германия), Василий Яковлевич (Фридрих Вильгельм Георг) СТРУВЕ (1793-1864, Германия-Россия), Джордж Бидделл ЭРИ (ЭЙРИ , 1801-1892, Англия), Фридрих Вильгельм БЕССЕЛЬ (1784-1846, Германия), Иоганн Готфрид ГАЛЛЕ (1812-1910, Германия), Уильям ХЕГГИНС (Хаггинс , 1824-1910, Англия), Анжело СЕККИ (1818-1878, Италия), Федор Александрович БРЕДИХИН (1831-1904, Россия), Эдуард Чарльз ПИКЕРИНГ (1846-1919, США).

• В 1806 - 1817 гг И.Фраунтгофер (Германия) создаёт основы спектрального анализа, измеряет длинны волн солнечного спектра и линий поглощения, заложив таким образом основы астрофизики.
• В 1845 г. И.Физо и Ж.Фуко (Франция) получили первые фотографии Солнца.
• В 1845 - 1850 гг лорд Росс (Ирландия) открыл спиральную структуру некоторых туманностей
• в 1846 г. И.Галле (Германия) по вычислениям У.Леверье (Франция) открыл планету Нептун, что явилось триумфом небесной механики
• Внедрение в астрономию фотографии позволило получить фотоснимки солнечной короны и поверхности Луны, начать исследования спектров звёзд, туманностей, планет.
• Прогресс в оптике и телескопостроении позволил открыть спутники Марса, описать поверхность Марса по наблюдениям его в противостоянии (Д. Скиапарелли)
• Повышение точности астрометрических наблюдений позволило измерить годичный параллакс звёзд (Струве, Бессель, 1838г), открыть движение земных полюсов.

V-ый Современный период (1900-наст.время). Развитие применения в астрономии фотографии и спектроскопических наблюдений. Решение вопроса об источнике энергии звезд. Открытие галактик. Появление и развитие радиоастрономии. Космические исследования.

• В начале ХХ века К.Э.Циолковский издаёт первое научное сочинение по космонавтике - «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
• В 1905 г. А.Эйнштейн создаёт специальную теорию относительности
• в 1907 - 1916 годах общую теорию относительности, что позволило объяснить имеющиеся противоречия между существовавшей физической теорией и практикой, дало импульс для разгадки тайны энергии звёзд, стимулировало развитие космологических теорий
• В 1923 г Э.Хаббл доказал существование других звёздных систем - галактик
• в 1929 г. Э.Хаббл открыл закон «красного смещения» в спектрах галактик.
• в 1918 г. установлен 2,5 – метровый рефлектор в обсерватории Маунт-Вилсон, а в 1947 г.там же вступил в строй 5-и метровый рефлектор)
• Радиоастрономия возникла в 30-х годах 20-го века вместе с появлением первых радиотелескопов.
• В 1933 Карл Янский из Bell Labs обнаружил радиоволны, идущие из центра галактики.
• Гроут Ребер в 1937 году сконструировал первый параболический радиотелескоп.
• В 1948 г. запуски ракет в высокие слои атмосферы (США) позволили обнаружить рентгеновское излучение солнечной короны.
• Арономы начали изучение физической природы небесных тел и значительно расширили границы исследуемого пространства.
• Астрофизика стала ведущим разделом астрономии, она получила особенно большое развитие в XX в. и продолжающая бурно развиваться в наши дни.
• В 1957 г. было положено начало качественно новым методам исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело к возникновению новых разделов астрофизики.
• В 1957 в СССР запущен первый искусственный спутник Земли, что ознаменовало начало космической эры для человечества.
• Космические аппараты позволили выводить за пределы земной атмосферы инфракрасные, рентгеновские и гамма-телескопы).
• Первые полеты человека в космос (1961 г., СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г., США), - эпохальные события для всего человечества.
• Доставка на Землю лунного грунта (Луна-16, СССР, 1970 г.),
• Посадка спускаемых аппаратов на поверхности Венеры и Марса,
• Посылка автоматических межпланетных станций к более далеким планетам Солнечной системы.

(Подробнее смотрите Хронологию космических исследований и Хронология освоения космоса .)

1.1.2 Связь астрономии c другими науками.

Выросшие из единой когда-то науки о природе - философии - астрономия, математика и физика никогда не теряли тесной связи между собой. Астрономия сыграла настолько ведущую роль в истории науки, что многие ученые черпали из нее задания и создавали методы решения этих задач. Астрономия, математика и физика никогда не теряли взаимосвязи, что нашло отражение в деятельности многих ученых.

Связь астрономии с другими науками - взаимопроникновение и взаимовлияние научных областей:

математика	С самых древних времен развитие астрономии и математики было тесно связано между собой. В переводе с греческого название одного из разделов математики - геометрии - означает «землемерие». Первые измерения радиуса земного шара были проведены еще в III в. до н. э. на основе астрономических наблюдений за высотой Солнца в полдень. Необычное, но ставшее привычным деление окружности на 360° 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. Использование приемов приближенных вычислений, замена тригонометрических функций малых углов значениями самих углов, выраженными в радианной мере, логарифмирование и еще много примеров взаимосвязи можно привести.
физика	Астрономические наблюдения за движением небесных тел и необходимость заранее вычислять их расположение сыграли важную роль в развитии не только математики, но и очень важного для практической деятельности человека раздела физики - механики. Выросшие из единой когда-то науки о природе - философии - астрономия, математика и физика никогда не теряли тесной связи между собой. Взаимосвязь этих наук нашла непосредственное отражение в деятельности многих ученых. Далеко не случайно, например, что Галилео Галилей и Исаак Ньютон известны своими работами и по физике, и по астрономии. К тому же Ньютон является одним из создателей дифференциального и интегрального исчислений. Сформулированный им же в конце XVII в. закон всемирного тяготения открыл возможность применения этих математических методов для изучения движения планет и других тел Солнечной системы. Постоянное совершенствование способов расчета на протяжении XVIII в. вывело эту часть астрономии - небесную механику - на первый план среди других наук той эпохи. Вопрос о положении Земли во Вселенной, о том, неподвижна она или движется вокруг Солнца, в XVI-XVII вв. приобрел важное значение как для астрономии, так и для миропонимания. Гелиоцентрическое учение Николая Коперника явилось не только важным шагом в решении этой научной проблемы, но и способствовало изменению стиля научного мышления, открыв новый путь к пониманию происходящих явлений. Много раз в истории развития науки отдельные мыслители пытались ограничить возможности познания Вселенной. Пожалуй, последняя такая попытка случилась незадолго до открытия спектрального анализа. «Приговор» был суров: «Мы представляем себе возможность определения их (небесных тел) форм, расстояний, размеров и движений, но никогда, никакими способами мы не сможем изучить их химический состав...» (О . Конт). 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 свою очередь, необычность с «земной» точки зрения условий, существующих на Солнце, звездах и в космическом пространстве, способствовала развитию физических теорий, описывающих состояние вещества в таких условиях, которые трудно создать на Земле. Более того, в XX в., особенно во второй его половине, достижения астрономии снова, как и во времена Коперника, привели к серьезным изменениям в научной картине мира, к становлению представлений об эволюции Вселенной. Оказалось, что Вселенная, в которой мы сегодня живем, несколько миллиардов лет тому назад была совершенно иной - в ней не существовало ни галактик, ни звезд, ни планет. Для того чтобы объяснить процессы, происходившие на начальной стадии ее развития, понадобился весь арсенал современной теоретической физики, включая теорию относительности, атомную физику, квантовую физику и физику элементарных частиц. Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. Пример - создание и развитие космонавтики. Развитие ракетной техники позволило человечеству выйти в космическое пространство. С одной стороны, это существенно расширило возможности исследования всех объектов, находящихся за пределами Земли, и привело к новому подъему в развитии небесной механики, которая успешно осуществляет расчеты орбит автоматических и пилотируемых космических аппаратов различного назначения. С другой стороны, методы дистанционного исследования, пришедшие из астрофизики, ныне широко применяются при изучении нашей планеты с искусственных спутников и орбитальных станций. Результаты исследований тел Солнечной системы позволяют лучше понять глобальные, в том числе эволюционные процессы, происходящие на Земле. Вступив в космическую эру своего существования и готовясь к полетам на другие планеты, человечество не вправе забывать о Земле и должно в полной мере осознать необходимость сохранения ее уникальной природы. Изучаются движение в гравитационном и магнитном полях, описание состояния вещества; процессы излучения; индукционные токи в плазме, образующей космические объекты. Разрабатываются способы удержания плазмы в ограниченном объеме, концепция "бесстолкновительной" плазмы, МГД-генераторы, квантовые усилители излучения (мазеры) и т. д.
география	Астрономические наблюдения издавна позволяли людям ориентироваться в незнакомой местности и на море. Развитие астрономических методов определения координат в XV-XVII вв. в немалой степени было обусловлено развитием мореплавания и поисками новых торговых путей. Составление географических карт, уточнение формы и размеров Земли на долгое время стало одной из главных задач, которые решала практическая астрономия. Искусство прокладывать путь по наблюдениям за небесными светилами, получившее название навигация, используется теперь не только в мореходном деле и авиации, но и в космонавтике. Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности. Природа облаков на Земле и других планетах; приливы в океане, атмосфере и твердой коре Земли; испарение воды с поверхности океанов под действием излучения Солнца; неравномерное нагревание Солнцем различных частей земной поверхности, создающее циркуляцию атмосферных потоков - это лишь некоторые из примеров взаимосвязи астрономии и георгафии.
химия	Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.). Астрономия и химия помогли друг другу в открытии новых химических элементов в атмосфере звезд, в становлении спектральных методов; в изучении химических свойства газов, составляющих небесные тела; в открытии в межзвездном веществе молекул, содержащих до девяти атомов, в доказательстве существования сложных органических соединений метилацетилена и формамида и т. д.
биология	Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной; гипотезы происхождения жизни, приспособляемость и эволюция живых организмов; проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли; загрязнение окружающего космического пространства веществом и излучением.
история	Связь астрономии с историей и обществоведением , изучающим развитие материального мира на качественно более высоким уровне организации материи, обусловлена влиянием астрономических знаний на мировоззрение людей и развитие науки, техники, сельского хозяйства, экономики и культуры; вопрос о влиянии космических процессов на социальное развитие человечества остается открытым.
литература	Красота звездного неба будила мысли о величии мироздания и вдохновляла писателей и поэтов . Астрономические наблюдения несут в себе мощный эмоциональный заряд, демонстрируют могущество человеческого разума и его способности познавать мир, воспитывают чувство прекрасного, способствуют развитию научного мышления. Так появились древние мифы и легенды как литературные произведения; научно-фантастическая литература.
философия	Связь астрономии с "наукой наук" - философией - определяется тем, что астрономия как наука имеет не только специальный, но и общечеловеческий, гуманитарный аспект, вносит наибольший вклад в выяснение места человека и человечества во Вселенной, в изучение отношения "человек - Вселенная". В каждом космическом явлении и процессе видны проявления основных, фундаментальных законов природы. На основе астрономических исследований формируются принципы познания материи и Вселенной, важнейшие философские обобщения. Астрономия оказала влияние на развитие всех философских учений. Невозможно сформировать физическую картину мира в обход современных представлений о Вселенной - она неминуемо утратит свое мировоззренческое значение

1.1.3 Структура и масштабы Вселенной

Вы уже знаете, что наша Земля со своим спутником Луной, другие планеты и их спутники, кометы и малые планеты обращаются вокруг Солнца, что все эти тела составляют Солнечную систему. В свою очередь, Солнце и все другие звезды, видимые на небе, входят в огромную звездную систему - нашу Галактику. Самая близкая к Солнечной системе звезда находится так далеко, что свет, который распространяется со скоростью 300 000 км/с, идет от нее до Земли более четырех лет. Звезды являются наиболее распространенным типом небесных тел, в одной только нашей Галактике их насчитывается несколько сотен миллиардов. Объем, занимаемый этой звездной системой, так велик, что свет может пересечь его только за 100 тыс. лет.

Во Вселенной существует множество других галактик, подобных нашей. Именно расположение и движение галактик определяет строение и структуру Вселенной в целом. Галактики так далеки друг от друга, что невооруженным глазом можно видеть лишь три ближайшие: две - в Южном полушарии, а с территории России всего одну - туманность Андромеды. От наиболее удаленных галактик свет доходит до Земли за 10 млрд лет. Значительная часть вещества звезд и галактик находится в таких условиях, создать которые в земных лабораториях невозможно. Все космическое пространство заполнено электромагнитным излучением, гравитационными и магнитными полями, 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.

Все тела во Вселенной образуют системы различной сложности:

1. Солнечная система - Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела (планеты, кометы, спутники планет, астероиды), Солнце – самосветящееся тело, остальные тела, как и Земля светят отраженным светом. Возраст СС ~ 5 млрд. лет. Таких звездных систем с планетами и другими телами во Вселенной огромное количество.
2. Видимые на небе звезды , в том числе Млечный путь – это ничтожная доля звезд, входящих в состав Галактики (или называют нашу галактику Млечный Путь)– системы звезд, их скоплений и межзвездной среды. Таких галактик множество, свет от ближайших идет к нам миллионы лет. Возраст Галактик 10-15 млрд. лет.
3. Галактики объединяются в своего рода скопления (системы)

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

Как известно, расстояние до ближайшего к Земле небесного тела - Луны составляет примерно 400.000 км. Наиболее удаленные объекты располагаются от нас на расстоянии, которое превышает расстояние до Луны более чем в 10 раз.

Попробуем представить размеры небесных тел и расстояния между ними во Вселенной, воспользовавшись хорошо известной моделью - школьным глобусом Земли, который в 50 млн раз меньше нашей планеты. В этом случае мы должны изобразить Луну шариком диаметром 7 см, находящимся от глобуса на расстоянии около 7,5 м. Модель Солнца будет иметь диаметр 28 м находиться на расстоянии 3 км, а модель Плутона - самой далекой планеты Солнечной системы - будет удалена от нас на 120 км. Ближайшая к нам звезда при таком масштабе модели будет располагаться на расстоянии примерно 800.000 км, т. е. в 2 раза дальше, чем Луна. Размеры нашей Галактики сократятся примерно до размеров Солнечной системы, но самые далекие звезды все же будут находиться за ее пределами.

На схеме отражена системность и расстояния:

1 астрономическая единица = 149, 6 млн.км (среднее расстояние от Земли до Солнца).

1пк (парсек) = 206265 а.е. = 3, 26 св. лет

1 световой год (св. год) - это расстояние, которое луч света со скоростью почти 300 000 км/с пролетает за 1 год. 1 световой год равен 9,46 миллионам миллионов километров!

1.1.4 Особенности астрономии и ее методов

На протяжении тысячелетий астрономы изучали положение небесных объектов на звёздном небе и их взаимное перемещение с течением времени. Именно поэтому, долгое время, а точнее с III века до нашей эры господствовала геоцентрическая система мироустройства Клавдия Птолемея . Напомним, что согласно ей, в центре всего мироздания находилась планета Земля, а все остальные небесные тела, в том числе и Солнце, вращались вокруг неё.

И лишь в середине XVI века, а точнее в 1543 году, вышел великий труд Николая Коперника «Об обращении небесных сфер», в котором приводились доводы о том, что центром нашей системы является не Земля, а Солнце. Так возникло гелиоцентрическое учение , которое дало ключ к познанию Вселенной.

Основным способом исследования небесных объектов и явлений служат астрономические наблюдения.

Астрономические наблюдения - это целенаправленная и активная регистрация информации о процессах и явлениях, происходящих во Вселенной.

Астрономия изучает строение Вселенной, движение, физическую природу, происхождение и эволюцию небесных тел и образованных ими систем. Астрономия исследует также фундаментальные свойства окружающей нас Вселенной. Огромные пространственно-временные масштабы изучаемых объектов и явлений определяют отличительные особенности астрономии .

Сведения о том, что происходит за пределами Земли в космическом пространстве, ученые получают главным образом на основе приходящего от этих объектов света и других видов излучения. Наблюдения – основной источник информации в астрономии. Эта первая особенность астрономии отличает ее от других естественных наук (например, физики или химии), где значительную роль играют опыты, эксперименты. Возможности проведения экспериментов за пределами Земли появились лишь благодаря космонавтике. Но и в этих случаях речь идет о проведении экспериментальных исследований небольшого масштаба, таких, например, как изучение химического состава лунных или марсианских пород. Трудно представить себе эксперименты над планетой в целом, звездой или галактикой.

Вторая особенность объясняется значительной продолжительностью целого ряда изучаемых в астрономии явлений (от сотен до миллионов и миллиардов лет). Поэтому непосредственно наблюдать происходящие изменения невозможно. Даже изменения, происходящие на Солнце, на Земле регистрируются лишь через 8 минут и 19 секунд (именно столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Земли). Что же касается далёких галактик, то здесь речь уже идёт о миллиардах лет. То есть, изучая далёкие звёздные системы - мы изучаем их прошлое. Когда изменения происходят особенно медленно, приходится проводить наблюдения многих родственных между собой объектов, например звезд. Основные сведения об эволюции звезд получены именно таким способом.

Третья особенность астрономии обусловлена необходимостью указать положение небесных тел в пространстве (их координаты) и невозможностью различить, какое из них находится ближе, а какое дальше от нас. На первый взгляд все наблюдаемые светила кажутся нам одинаково далекими. Нам, как и людям в древности, кажется, что все звёзды одинаково удалены от нас и располагаются на некой сферической поверхности неба - небесной сфере, - которая как единое целое вращается вокруг Земли.

Итак, как наука, астрономия основывается, прежде всего, на наблюдениях. В отличие от физиков астрономы лишены возможности ставить эксперименты. Практически всю информацию о небесных телах приносит нам электромагнитное излучение. Только в последние сорок лет отдельные миры стали изучать непосредственно: зондировать атмосферы планет, изучать лунный и марсианский грунт, изучать непосредственно атмосферу Титана.

В XIX веке физические методы исследования проникли в астрономию, и возникла симбиотическая наука - астрофизика, которая изучает физические свойства космических тел. Астрофизика делится на: а) практическую астрофизику , в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы, способные получить максимально полную и объективную информацию о космических телах; б) теоретическую астрофизику , в которой на основании законов физики даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Современная астрономия – фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой непосредственно связан с научно-технический прогресс (НТП). Для исследования и объяснения процессов используется весь современный арсенал разнообразных, вновь возникших разделов математики и физики. Существует и профессия астронома . Астрономов в нашей стране готовят на физических, или физико-математических факультетах Московского, Санкт-Петербургского, Казанского, Екатеринбургского и некоторых других университетах. В год подготавливается около 100 специалистов. На территории бывшего СССР работало около 2000 астрономов (сейчас в России около 1000, причем активно работающих порядка 100), а в мире профессиональных астрономов около 10000. Настоящий астроном - человек широкого кругозора. Чтобы работать астрономом, надо знать физику, химию, биологию, не говоря об обязательной математике. Русские ученые сделали в астрономии важнейшие фундаментальные открытия. Георгий Гамов предсказал расширение Вселенной. Александр Фридман создал теорию нестационарной Вселенной, хотя Эйнштейн доказывал, что она стационарна. Зельдович предвидел аккрецию, то есть выпадение вещества на черные дыры. Шкловский предсказал радиолинии нейтрального водорода. Синхротронное излучение было описано Гинзбургом. Но экспериментальная проверка этих теоретических работ выполнена американцами, за что они получали Нобелевские премии. У нас никогда не было такого оборудования, таких телескопов, как в США.

Главные места обитания астрономов:

• Государственный институт им. П.К.Штернберга (ГАИШ МГУ)
• Институт космических исследований
• Институт астрономии и Физический институт АН России
• Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория
• Специальная астрофизическая обсерватория АН России (Северный Кавказ)

Основные разделы астрономии:

Классическая астрономия	объединяет ряд разделов астрономии, основы которых были разработаны до начала ХХ века:
	Астрометрия:	Сферическая астрономия	изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическим основам счета времени.
		Фундаментальная астрометрия	ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов.
		Практическая астрономия	занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике.
	Небесная механика	исследует движение космических тел под действием сил тяготения (в пространстве и времени). Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики.
Современная астрономия	Астрофизика	изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д.
	Космогония	изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем (в частности Солнечной системы).
	Космология	исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии.

1.1.5 Телескопы

Чтобы исследования были точными, необходимы специальные инструменты, приборы.

1). Установлено, Фалес Милетский в 595 г. до н.э. впервые использовал гномон (древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стержень обелиск, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту Солнца. Это позволило использовать этот инструмент и как солнечные часы, и определить этапы солнцестояния, равноденствия, продолжительность года, широту наблюдателя и многое другое.

2). Гиппарх (180-125г, Др. Греция) использовал астролябию, что позволило ему измерить параллакс Луны, в 129г до н.э., установить продолжительность года в 365,25сут, определить процессию и составить в 130г до н.э. звездный каталог на 1008 звезд и т.д.

В различное время существовали и астрономический посох и астролабон (это первая разновидность теодолита), квадрант и многие друге приборы и инструменты. Наблюдения за небесными телами и объектами проводятся в специальных учреждениях - обсерваториях, которые возникли в самом начале развития астрономии до н. э.

Для возможных исследований и наблюдений в разных странах были созданы астрономические обсерватории. В нашей стране их порядка двух десятков: Главная Пулковская астрономическая обсерватория РАН (ГАО РАН), Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга (ГАИШ), Кавказская горная обсерватория (КГО ГАИШ) и пр.

Настоящее астрономическое исследование началось, когда в 1609 г. изобрели телескоп .

Переворот в астрономии произошёл в 1608 году, после того как голландский мастер по изготовлению очков Иоанн Липперсгей обнаружил, что две линзы, расположенные на одной прямой, могут увеличивать предметы. Так была изобретена зрительная труба.

Этой идеей сразу же воспользовался Галилей. В 1609 году он сконструировал свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо. Так зрительная труба превратилась в телескоп.

Телескоп стал основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел, приема и анализа приходящего от них излучения. Слово это происходит от двух греческих слов: tele – далеко и skopeo – смотрю.

Телескоп - оптический прибор, увеличивает угол зрения, под которым видны небесные тела (разрешающая способность ), и собирает во много раз больше света, чем глаз наблюдателя (проникающая сила ).

Телескоп применяют, во-первых, для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от исследуемого объекта, а во-вторых, чтобы обеспечить возможность изучать его мелкие детали, недоступные невооруженному глазу. Чем более слабые объекты дает возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. Возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Обе эти характеристики телескопа зависят от диаметра его объектива.

Количество света, собираемого объективом, возрастает пропорционально его площади (квадрату диаметра) . Диаметр зрачка человеческого глаза даже в полной темноте не превышает 8 мм. Объектив телескопа может превышать по диаметру зрачок глаза в десятки и сотни раз. Это позволяет с помощью телескопа обнаружить звезды и другие объекты, которые в 100 млн. раз слабее объектов, видимых невооруженным глазом.

Принцип работы телескопа:

Параллельные лучи света (например, от звезды) падают на объектив. Объектив строит изображение в фокальной плоскости. Лучи света, параллельные главной оптической оси, собираются в фокусе F, лежащем на этой оси. Другие пучки света собираются вблизи фокуса – выше или ниже. Это изображение с помощью окуляра рассматривает наблюдатель.

Как известно, если предмет находится дальше двойного фокусного расстояния, она дает уменьшенное, перевернутое и действительное его изображение. Это изображение располагается между точками фокуса и двойного фокуса линзы. Расстояния до Луны, планет, а тем более звезд так велики, что лучи, приходящие от них, можно считать параллельными. Следовательно, изображение объекта будет располагаться в фокальной плоскости .

Диаметры входного и выходного пучков сильно различаются (входной имеет диаметр объектива, а выходной – диаметр изображения объектива, построенного окуляром). В правильно настроенном телескопе весь свет, собранный объективом, попадает в зрачок наблюдателя. При этом выигрыш пропорционален квадрату отношения диаметров объектива и зрачка. Для крупных телескопов эта величина составляет десятки тысяч раз. Так решается одна из основных задач телескопа – собрать больше света от наблюдаемых объектов. Если речь идет о фотографическом телескопе – астрографе, то в нем увеличивается освещенность фотопластинки.

Основные характеристики телескопов .

1) Апертура телескопа (D) - это диаметр главного зеркала телескопа или его собирающей линзы .

Чем больше апертура , тем больше света соберёт объектив и тем более слабые объекты вы увидите.

2) Фокусное расстояние телескопа - это расстояние, на котором зеркало или линза объектива строит изображение бесконечно удаленного объект.

Обычно имеется ввиду фокусное расстояние объектива (F), поскольку окуляры сменные, и у каждого из них фокусное расстояние своё.

От фокусного расстояния зависит не только увеличение, но и качество изображения. Чем больше фокусное расстояние , тем качественнее изображение. От фокусного расстояния телескопа зависит и его длина, особенно рефлекторов Ньютона и рефракторов.

3) Увеличение (или кратность) телескопа (W) показывает, во сколько раз телескоп может увеличить объект или угол, под которым наблюдатель видит объект . Оно равно отношению фокусных расстояний объектива F и окуляра f.

Телескоп увеличивает видимые угловые размеры Солнца, Луны, планет и деталей на них, но звезды из-за их колоссальной удаленности все равно видны в телескоп, как светящиеся точки.

F вы изменить чаще всего не можете, но имея окуляры с разным f, вы сможете менять кратность или увеличение телескопа Г. Имея сменные окуляры, можно с одним и тем же объективом получать различное увеличение. Поэтому возможности телескопа в астрономии принято характеризовать не увеличением, а диаметром его объектива . В астрономии, как правило, используют увеличения менее 500 раз. Применять большие увеличения мешает атмосфера Земли. Движение воздуха, незаметное невооруженным глазом (или при малых увеличениях), приводит к тому, что мелкие детали изображения становятся нерезкими, размытыми. Астрономические обсерватории, на которых используются крупные телескопы с диаметром зеркала 2–3 м, стараются разместить в районах с хорошим астроклиматом: большим количеством ясных дней и ночей, с высокой прозрачностью атмосферы.

4) Разрешающая способность – минимальный угол между двумя звездами, видимыми раздельно . Проще говоря, под разрешающей способностью можно понимать "чёткость" изображения.

Разрешающая способность можно вычислить по формуле:

где δ – угловое разрешение в секундах, D

Расстояние между объектами на небе в астрономии измеряются углом , который образовывается лучами, проведенными из точки, в которой находится наблюдатель к объектам . Это расстояние называют угловым , и выражают в градусах и долях градуса:

градусы – 5 о, минуты – 13", секунды – 21"

Человеческий глаз без специальных приборов различает 2 звезды отдельно друг от друга, если их угловое расстояние не менее 1-2". Телескоп позволяет уменьшить этот предел в несколько раз. В самые крупные телескопы можно видеть раздельные звезды, угловые расстояния которых могут составлять сотые и тысячные доли.

Угол, под которым мы видим диаметр Солнца и Луны ~ 0,5 о = 30".

Ограничение на предельное увеличение накладывает явление дифракции – огибание световыми волнами краев объектива. Из-за дифракции вместо изображения точки получаются кольца. Угловой размер центрального пятна (теоретическое угловое разрешение ):

где δ – угловое разрешение в секундах, λ - длина волны излучения, D – диаметр объектива в миллиметрах.

Чем меньше размер изображения светящейся точки (звезды), которое дает объектив телескопа, тем лучше его разрешающая способность. Если расстояние между изображениями двух звезд меньше размера самого изображения, то они сливаются в одно. Минимальный размер изображения звезды (в секундах дуги) можно рассчитать по формуле:

Где λ – длина световой волны, a D – диаметр объектива. У школьного телескопа, диаметр объектива которого составляет 60 мм, теоретическая разрешающая способность будет равна примерно 2Ѕ . Напомним, что это превышает разрешающую способность невооруженного глаза (2") в 60 раз. Реальная разрешающая способность телескопа будет меньше, поскольку на качество изображения существенно влияет состояние атмосферы, движение воздуха.

Для видимых длин волн при λ = 550 нм на телескопе с диаметром D = 1 м теоретическое угловое разрешение будет равно δ = 0,1". Практически угловое разрешение больших телескопов ограничивается атмосферным дрожанием. При фотографических наблюдениях разрешающая способность всегда ограничена земной атмосферой и погрешностями гидирования и не бывает лучше 0,3". При наблюдениях глазом из-за того, что можно попытаться поймать момент, когда атмосфера относительно спокойна (достаточно нескольких секунд), разрешающая способность у телескопов с диаметром D , большим 2 м, может быть близка к теоретической. Хорошим считается телескоп, собирающий более 50 % излучения в кружке 0,5".

Пути повышения разрешающей способности телескопа:

1) увеличение диаметра телескопа

2) уменьшение длины волны изучаемого излучения

5) Проницающая сила телескоп а характеризуется предельной звездной величиной m самой слабой звезды, которую можно увидеть в данный инструмент при наилучших условиях наблюдений . Для таких условий проницающую силу можно определить по формуле:

m = 2,1 + 5 lg D

где D – диаметр объектива в миллиметрах, m - предельная звездная величина.

6) Относительное отверстие – отношение диаметра D к фокусному расстоянию F :

У телескопов для визуальных наблюдений типичное значение относительного отверстия 1/10 и меньше. У современных телескопов она равна 1/4 и больше.

7) Часто вместо относительного отверстия используется понятие светосилы , равной (D /F ) 2 . Светосила характеризует освещенность, создаваемую объективом в фокальной плоскости .

8) Относительным фокусным расстоянием телескопа (обозначается перевернутой буквой А) называется величина, обратная относительному отверстию:

В фотографии эта величина часто называется диафрагмой .

Относительное отверстие и относительное фокусное расстояним являются важными характеристиками объектива телескопа. Это обратные друг другу величины. Чем больше относительное отверстие, тем меньше относительное фокусное расстояние и тем больше освещённость в фокальной плоскости объектива телескопа, что выгодно при фотоработах (позволяет уменьшить выдержку при сохранении экспозиции). Но при этом на кадре фотоприёмника получается меньший масштаб изображения.

Построим изображение Луны, которое дает объектив с фокусным расстоянием F (рис. 1.6). Из рисунка видно, что угловых размеров наблюдаемого объекта – угол α – объектив не изменяет. Воспользуемся теперь еще одной линзой – окуляром 2, поместив ее от изображения Луны (точка F 1) на расстоянии, равном фокусному расстоянию этой линзы – f , в точку F 2 . Фокусное расстояние окуляра должно быть меньше, чем фокусное расстояние объектива. Построив изображение, которое дает окуляр, мы убедимся, что он увеличивает угловые размеры Луны: угол β заметно больше угла α.

Виды телескопов:

1. Оптические телескопы
   1. Рефрактор.
   2. Рефлектор.
   3. Зеркально – линзовый.

Если в качестве объектива телескопа используется линза, то он называется рефрактор (от латинского слова refracto – преломляю), а если вогнутое зеркало, – то рефлектор (reflecto – отражаю). В зеркально-линзовых телескопах используется комбинация зеркала и линз.

Телескоп – рефрактор использует преломление света . Лучи, которые идут от небесных светил собираются линзой или системой линз.

Главная часть простейшего рефрактора – объектив – двояковыпуклая линза, установленная в передней части телескопа. Объектив собирает излучение. Чем больше размеры объектива D , тем больше собирает излучения телескоп, тем более слабые источники могут быть обнаружены им. Чтобы избежать хроматической аберрации, линзовые объективы делают составными. Однако в случаях, когда требуется свести к минимуму рассеяние в системе, приходится использовать и одиночную линзу. Расстояние от объектива до главного фокуса называется главным фокусным расстоянием F .

Телескоп – рефлектор использует отражение света. В них используют вогнутое зеркало, способное фокусировать отраженные лучи.

Основным элементом рефлектора является зеркало – отражающая поверхность сферической, параболической или гиперболической формы. Обычно оно делается из стеклянной или кварцевой заготовки круглой формы и затем покрывается отражающим покрытием (тонкий слой серебра или алюминия). Точность изготовления поверхности зеркала, т.е. максимально допустимые отклонения от заданной формы, зависит от длины волны света, на которой будет работать зеркало. Точность должна быть лучше, чем λ/8. К примеру, зеркало, работающее в видимом свете (длина волны λ = 0,5 микрона), должно быть изготовлено с точностью 0,06 мкм (0,00006 мм).

Обращенная к глазу наблюдателя оптическая система называется окуляром . В простейшем случае окуляр может состоять только из одной положительной линзы (в этом случае мы получим сильно искаженное хроматической аберрацией изображение).

Помимо рефракторов и рефлекторов в настоящее время используются различные типы зеркально-линзовых телескопов .

Школьные телескопы по большей части являются рефракторами, их объективом, как правило, служит двояковыпуклая собирающая линза.

В нынешних обсерваториях мы можем увидеть крупные оптические телескопы. Крупнейший в России телескоп-рефлектор, который имеет зеркало диаметром 6 м, сконструирован и построен Ленинградским оптико-механическим объединением. Он называется «Большой телескоп азимутальный» (сокращённо БТА).

Его огромное вогнутое зеркало, которое имеет массу около 40 т, отшлифовано с точностью до долей микрометра. Фокусное расстояние зеркала 24 м. Масса всей установки телескопа более 850 т, а высота 42 м. Управление телескопом осуществляется с помощью компьютера, который позволяет точно навести телескоп на изучаемый объект и длительное время удерживать его в поле зрения, плавно поворачивая телескоп вслед за вращением Земли. Телескоп входит в состав Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук и установлен на Северном Кавказе (близ станицы Зеленчукская в Карачаево-Черкесской Республике) на высоте 2100 м над уровнем моря.

В настоящее время появилась возможность использовать в наземных телескопах не монолитные зеркала, а зеркала, состоящие из отдельных фрагментов. Уже построены и работают два телескопа, каждый из которых имеет объектив диаметром 10 м , состоящий из 36 отдельных зеркал шестиугольной формы. Управляя этими зеркалами с помощью компьютера, можно всегда расположить их так, чтобы все они собирали свет от наблюдаемого объекта в едином фокусе. Предполагается создать телескоп с составным зеркалом диаметром 32 м, работающим по тому же принципу.

Телескопы бывают самыми разными - оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения ИСЗ), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи :

• создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.);
• собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов .

Современные телескопы часто используются для того, чтобы сфотографировать изображение, которое дает объектив. Именно так получены те фотографии Солнца, галактик и других объектов, которые вы увидите на страницах учебника, в популярных книгах и журналах, на сайтах в интернете. Телескопы, приспособленные для фотографирования небесных объектов, называются астрографами. Фотографические наблюдения имеют ряд преимуществ перед визуальными. К основным преимуществам относятся:

1. документальность – способность фиксировать происходящие явления и процессы, и долгое время сохранять полученную информацию;
2. моментальность – способность регистрировать кратковременные явления, происходящие в данный момент;
3. панорамность – способность запечатлевать на фотопластинке одновременно несколько объектов и их взаимное расположение;
4. интегральность – способность накапливать свет от слабых источников; детальность получаемого изображения.

С помощью телескопов производятся не толь визуальные и фотографические наблюдения, но преимущественно высокочастотные фотоэлектрические и спектральные наблюдения. Сведения о температуре, химическом составе, магнитных полях небесных тел, а также об их движении получают из спектральных наблюдений. Кроме света, небесные тела излучают электромагнитные волны большей длины волны, чем свет (инфракрасное излучение, радиоволны), или меньшей (УФ, рентгеновское излучение и гамма лучи).

Изучение Вселенной началось и продолжается в течение нескольких тысячелетий, но вплоть до середины прошлого века исследования были исключительно в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Поэтому доступной областью излучения был диапазон от 400 до 700 нм. Первые астрономические научные наблюдения являлись астрометрическими, изучалось только расположение планет, звёзд и их видимое движение на небесной сфере.

Но небесные тела дают различное излучение: видимый свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, радиоволны, рентгеновское, гамма – излучения. В XX веке астрономия стала всеволновой . Астрономию называют всеволновой , поскольку наблюдения за объектами ведутся не только в оптическом диапазоне. В настоящее время излучение от космических объектов регистрируется во всем диапазоне электромагнитного спектра от длинноволнового радиоизлучения (частота 10 7 , длина волны l = 30 м) до гамма-излучения (частота 10 27 Гц, длина волны l = 3∙10 –19 ×м = 3∙10 –10 нм). Для этой цели используются различные приборы, каждый из которых способен принимать излучение в определенном диапазоне электромагнитных волн: инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма- и радиоизлучение.

Для приема и анализа оптического и других видов излучения в современной астрономии используется весь арсенал достижений физики и техники – фотоумножители, электронно-оптические преобразователи и др. В настоящее время наиболее чувствительными приемниками света являются приборы с зарядовой связью (ПЗС), позволяющие регистрировать отдельные кванты света. Они представляют собой сложную систему полупроводников (полупроводниковые матрицы), в которых используется внутренний фотоэффект. В этом и в других случаях полученные данные можно воспроизвести на дисплее компьютера или представить для обработки и анализа в цифровой форме.

Наблюдения в других спектральных диапазонах позволили сделать важные открытия. Сначала были изобретены радиотелескопы . Радиоизлучение из космоса достигает поверхности Земли без значительного поглощения. Для его приема построены самые крупные астрономические инструменты – радиотелескопы.

Их металлические зеркала-антенны, которые достигают в диаметре нескольких десятков метров, отражают радиоволны и собирают их подобно оптическому телескопу-рефлектору. Для регистрации радиоизлучения используются особые чувствительные радиоприемники. Любой радиотелескоп по принципу своего действия похож на оптический: он собирает излучение и фокусирует его на детекторе, настроенном на выбранную длину волны, а затем преобразует этот сигнал, показывая условно раскрашенное изображение неба или объекта.

Так, радиоволны принесли информацию о наличии крупных молекул в холодных молекулярных облаках, об активных галактиках, о строении ядер галактик, в том числе и нашей Галактики, тогда как оптическое излучение от центра Галактики полностью задерживается космической пылью.

Чтобы существенно улучшить угловое разрешение, в радиоастрономии используют радиоинтерферометры . Простейший радиоинтерферометр состоит из двух радиотелескопов, разнесенных на расстояние, называемое базой интерферометра . Радиотелескопы, находящиеся в разных странах и даже на разных континентах, также могут соединяться в единую систему наблюдений. Такие системы получили название радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДБ). Такие системы дают максимально возможное угловое разрешение, в несколько тысяч раз лучше, чем у любого оптического телескопа.

Наша Земля надежно защищена атмосферой от проникающего жесткого электромагнитного излучения, от инфракрасного излучения. Так как атмосфера мешает прониканию лучей к земле c λ< λ света (ультрафиолетовые, рентгеновские, γ - излучения), то последнее время на орбиту Земли выводятся телескопы и целые орбитальные обсерватории: (т.е развиваются внеатмосферные наблюдения). Т.е. современные инфракрасные, рентгеновские и гамма обсерватории вынесены за пределы земной атмосферы.

Приборы для исследования остальных видов излучения обычно тоже называют телескопами, хотя по своему устройству они порой значительно отличаются от оптических телескопов. Как правило, они устанавливаются на искусственных спутниках, орбитальных станциях и других космических аппаратах, поскольку сквозь земную атмосферу эти излучения практически не проникают. Она их рассеивает и поглощает.

Даже оптические телескопы, находящиеся на орбите, имеют определенные преимущества по сравнению с наземными. Наиболее крупному из них космическому телескопу им. Хаббла , созданному в США, с зеркалом диаметром 2,4 м доступны объекты, которые в 10–15 раз слабее, чем такому же телескопу на Земле. Его разрешающая способность составляет 0,1Ѕ, что недостижимо даже для более крупных наземных телескопов. На снимках туманностей и других далеких объектов видны мелкие детали, неразличимые при наблюдениях с Земли.

1.1.6 Рассмотрим более подробно телескопы по их видам.

1) Рефрактор (refracto–преломляю) - используется преломление света в линзе (преломляющий) .

Первым телескопом был телескоп-рефрактор с одиночной линзой в качестве объектива. "Зрительная труба" сделана в Голландии [Х. Липперсгей]. По приблизительному описанию ее изготовил в 1609г Галилео Галилей и впервые направил в ноябре 1609г на небо, а в январе 1610г открыл 4 спутника Юпитера.

В наше время рефракторы с одиночной линзой применяются, пожалуй, только в коронографах и некоторых спектральных приборах. Все современные рефракторы снабжены ахроматическими объективами. Самый большой в мире рефрактор - телескоп Йеркской обсерватории (США) с объективом 1м. Изготовлен Альваном Кларк (оптиком из США). Его объектив 102см (40 дюймов) и установлен он в 1897г в Йеркской обсерватории (вблизи Чикаго). Он построен в конце прошлого века, и с тех пор профессионалы не строят гигантские рефракторы. Кларк изготовил еще 30 дюймовый рефрактор, который был установлен в 1885г в Пулковской обсерватории и разрушен в годы ВОВ.

40-дюймовый телескоп-рефрактор Йеркской обсерватории. Снимок 2006 года (Википедия)

б) Рефлектор (reflecto–отражаю)- используется вогнутое зеркало, фокусирующее лучи .

Рефлектор Ньютона.

В 1667г первый зеркальный телескоп изобрел И. Ньютон (1643-1727, Англия) диаметр зеркала 2,5см при 41 х увеличении. Здесь плоское диагональное зеркало, расположенное вблизи фокуса, отклоняет пучок света за пределы трубы, где изображение рассматривается через окуляр или фотографируется. Главное зеркало параболическое, но если относительное отверстие не слишком большое, оно может быть и сферическим. В те времена зеркала делались из сплавов металла, быстро тускнели.

Самый Большой в мире телескоп им. У. Кека установлен в 1996 году диаметр зеркало 10м (первый из двух, но зеркало не монолитное, а состоит из 36 зеркал шестиугольной формы) в обсерватории Маун-Кеа (Калифорния, США).

Обсерватория Кека

Сегментированное основное зеркало телескопа «Кек II»

В 1995г введен первый из четырех телескопов (диаметр зеркала 8м) (обсерватория ESO, Чили).

До этого самый крупный был в СССР, диаметр зеркала 6м, установлен в Ставропольском крае (гора Пастухова, h=2070м) в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (монолитное зеркало 42т, 600т телескоп, можно видеть звезды 24 м). Специальная астрофизическая обсерватория Академии наук СССР была образована в 1966 году через 6 лет после решения Правительства о создании крупнейшей обсерватории страны для фундаментальных исследований космоса. Обсерватория создавалась как центр коллективного пользования для обеспечения работы оптического телескопа БТА (Большой Телескоп Азимутальный) с диаметром зеркала 6 метров и радиотелескопа РАТАН-600 с диаметром кольцевой антенны 600 метров, тогда крупнейших в мире астрономических инструментов. Они были введены в строй в 1975-1977 годах и предназначены для изучения объектов ближнего и дальнего космоса методами наземной астрономии.

Башня БТА

в) Зеркально – линзовый. (камера Шмидта) - комбинация обеих видов.

Телескоп Шмидта-Кассегрена. Большой светосилы, свободный от комы (коматической аберрации) и с большим полем зрения.

Первый построил в 1930г. Б.В. Шмидт (1879-1935, Эстония) с диаметром объектива 44 см Эстонский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Барнхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому (коматическую аберрацию) и астигматизм. Для устранения сферической абберации он разместил в диафрагме линзу специальной формы. В результате получилась фотографическая камера с единственной абберацией - кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она дает, и больше поле зрения!

В 1946г. Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта-Кассегрена, которыя на поле диаметром 2 градуса дает дифракционное качество изображения.

Телескоп Шмидта - Кассегрена

В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый телескоп, который выгоден короткой трубой. Применяется любителями – астрономами.

Телескоп Максутова-Кассегрена.

В 1941г. Д. Д. Максутов нашел, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма. Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу - так называемую линзу Пиацци-Смита. Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов

Телескоп Максутова - Кассегрена диаметром 150 мм

В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO).

В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун – Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США)

2. - преимущества: в любую погоду и время суток можно вести наблюдение объектов, недоступные для оптических. Представляют собой чашу (подобие локатора).

Радиоастрономия получило развитие после войны. Наибольшие сейчас радиотелескопы это неподвижные РАТАН- 600, Россия (вступил в строй в 1967г в 40 км от оптического телескопа, состоит из 895 отдельных зеркал размером 2,1х7,4м и имеет замкнутое кольцо диаметром 588м), Аресибо (Пуэрто –Рико, 305м-забетонированная чаша потухшего вулкана, введен в 1963г). Из подвижных имеют два радиотелескопа 100м чашу.

Особое значение в наш космический век придается орбитальным обсерваториям . Наиболее известная из них – космический телескоп им. Хаббла – запущен в апреле 1990 года и имеет диаметр 2,4 м. После установки в 1993 году корректирующего блока телескоп регистрирует объекты вплоть до 30-й звездной величины, а его угловое увеличение – лучше 0,1" (под таким углом видна горошина с расстояния в несколько десятков километров).

Принципиальная схема телескопа им. Хаббла

l. Закрепление материала .

1. Какие сведения астрономические вы изучали в курсах других предметов? (природоведение, физики, истории и т.д.)
2. Что нового узнали?
3. Что такое астрономия? Особенности астрономии и т.д.
4. В чем специфика астрономии по сравнению с другими науками о природе?
5. Какие типы небесных тел вам известны?
6. Каковы объекты познания в астрономии?
7. Какие методы и инструменты познания в астрономии Вам известны?
8. Назначение телескопа и его виды
9. Какое значение в народном хозяйстве имеет сегодня астрономия?

Значения в народном хозяйстве:

• - Ориентирование по звездам для определения сторон горизонта
• - Навигация (мореходство, авиация, космонавтика) - искусство прокладывать путь по звездам
• - Исследование Вселенной с целью понять прошлое и спрогнозировать будущее
• - Космонавтика:
• - Исследование Земли с целью сохранения ее уникальной природы
• - Получение материалов, которые невозможно получение в земных условиях
• - Прогноз погоды и предсказание стихийных бедствий
• - Спасение терпящих бедствие судов
• - Исследования других планет для прогнозирования развития Земли

1. Посмотреть Календарь Наблюдателя, пример астрономического журнала (электронного, например Небосвод).
2. В Интернете зайти на , найти лекции по астрономии, посмотреть астроссылки Астротоп , портал:Астрономия в Википедии , - используя которые можно получить информации по интересующему вопросу или найти её.

Солнце, Луна, планеты, кометы, звезды, туманности, галактики, отдельные небесные тела и системы таких тел изучаются в астрономии. Разнообразны задачи, стоящие перед астрономами, а в связи с этим разнообразны и методы астрономических наблюдений, доставляющих основной материал для решения этих задач.

Уже в глубокой древности начались наблюдения с целью определения положений светил на небесной сфере. Сейчас этим занимается астрометрия. Измеренные в результате таких наблюдений небесные координаты звезд разных типов, звездных скоплений, галактик сводятся в каталоги, по ним составляются звездные карты (см. Звездные каталоги, карты и атласы). Повторяя в течение более или менее длительного периода времени наблюдения одних и тех же небесных тел, вычисляют собственные движения звезд, тригонометрические параллаксы и др. Эти данные также публикуются в каталогах.

Составленные таким образом звездные каталоги используются как в практических целях - при астрономических наблюдениях движущихся небесных тел (планет, комет, искусственных космических объектов), при работах службы времени, службы движения полюсов, в геодезии, навигации и др., так и при разного рода научно-исследовательских работах. К числу последних относятся, в частности, исследования структуры Галактики, происходящих в ней движений, чем занимается звездная астрономия.

Систематические астрометрические наблюдения планет, комет, астероидов, искусственных космических объектов доставляют материал для изучения законов их движения, составления эфемерид, для решения других задач небесной механики, астродинамики, геодезии, гравиметрии.

К астрометрическим наблюдениям можно отнести также и вошедшие в практику в последние десятилетия дальномерные наблюдения небесных светил. С помощью лазерных дальномеров с высокой точностью определяются расстояния до искусственных спутников Земли (см. Лазерный спутниковый дальномер), до Луны.

Методы радиолокационной астрономии дают возможность определять расстояния и даже изучать профили Луны, Венеры, Меркурия и т. п.

Другим типом астрономических наблюдений является непосредственное изучение вида таких небесных тел, как Солнце, Луна, ближайшие планеты, галактические туманности, галактики и др. Наблюдения этого типа стали развиваться после изобретения телескопа. Вначале наблюдения велись визуально: небесные светила рассматривались глазом и увиденное зарисовывалось. Позже стала использоваться фотография. Фотографические методы имеют неоспоримое преимущество перед визуальными: фотографии можно детально измерять в спокойной лабораторной обстановке; в случае необходимости их можно повторить, да и вообще фотография является объективным документом, в то время как в визуальные наблюдения наблюдатель вносит много субъективного. Кроме того, фотографическая пластинка, в отличие от глаза, накапливает приходящие от источника фотоны и потому позволяет получать снимки слабых объектов.

На рубеже XIX и XX вв. зародились и стали быстро развиваться астрофизические методы наблюдений, в основе которых лежит анализ электромагнитного излучения Небесного светила, собранного телескопом. Для такого анализа используются различные светоприемни-ки и другие приспособления.

С помощью астрофотометров разного типа регистрируют изменения блеска небесных светил и таким путем обнаруживают переменные звезды, определяя их тип, двойные звезды, в сочетании с результатами других наблюдений делают определенные заключения о процессах, происходящих в звездах, туманностях и т. д.

Широкую информацию о небесных светилах дают спектральные наблюдения. По распределению энергии в непрерывном спектре (см. Электромагнитное излучение небесных тел), по виду, ширине и другим характеристикам спектральных линий и полос судят о температуре, химическом составе звезд и других небесных светил, о движениях вещества в них, об их вращении, о наличии магнитных полей, наконец, о стадии их эволюционного развития и о многом другом.

Рисунок (см. оригинал)

Измерения смещения спектральных линий вследствие эффекта Доплера позволяют определять лучевые скорости небесных тел, которые используются при разнообразных астрономических исследованиях.

При астрофизических наблюдениях широко используются электронно-оптические преобразователи, фотоэлектронные умножители, электронные камеры, телевизионная техника (см. Телевизионный телескоп), позволяющие значительно увеличить проницающую силу телескопов, расширить диапазон воспринимаемого телескопом электромагнитного излучения небесных тел.

Астрономические наблюдения в радиодиапазоне электромагнитного излучения ведутся с помощью радиотелескопов. Специальная аппаратура используется для регистрации инфракрасного и ультрафиолетового излучения, для нужд рентгеновской астрономии и гамма-астрономии. Качественно новые результаты получают с помощью астрономических наблюдений, выполняемых с борта космических аппаратов (так называемая внеатмосферная астрономия).

Большинство описанных астрономических наблюдений выполняется на астрономических обсерваториях специально подготовленными научными и техническими работниками. Но отдельные виды наблюдений доступны и любителям астрономии.

Юные астрономы могут проводить наблюдения для расширения кругозора, для приобретения опыта научно-исследовательских работ. Но многие виды правильно организованных наблюдений, выполняемых в точном соответствии с инструкциями, могут иметь и существенное научное значение.

Шкальным астрономическим кружкам доступны следующие астрономические наблюдения:

1. Исследования солнечной активности с помощью школьного телескопа-рефрактора (помните* что смотреть на Солнце без темного фильтра ни в коем случае нельзя!).

2. Наблюдения Юпитера и его спутников с зарисовкой деталей в полосах Юпитера, Красного пятна.

3. Поиски комет с помощью светосильных оптических инструментов с достаточно большим полем зрения.

4. Наблюдения серебристых облаков, изучения частоты их появления, формы и т. п.

5. Регистрация метеоров, счет их количества, определение радиантов.

6. Исследования переменных звезд - визуально и на фотографиях звездного неба.

7. Наблюдения солнечных и лунных затмений.

8. Наблюдения искусственных спутников Земли.

Инструкции для организации наблюдений можно найти среди книг, перечисленных в списке рекомендованной литературы. Ряд практических советов приведен в словаре.

Штернберга (ГАИШ) будут проводиться бесплатные вечерние астрономические наблюдения для всех желающих. Наблюдать Луну, Юпитер и другие небесные тела можно будет каждый вечер, кроме воскресений, с 21 до 23 часов (с 10 сентября наблюдения будут начинаться раньше). Для наблюдений ГАИШ предоставит три стационарных телескопа, а Московский астрономический клуб - пять или шесть переносных. Так...

https://www.сайт/journal/129221

Основным небесным объектом недели является Луна, которая в каждый последующий вечер поднимается все выше над горизонтом увеличивая яркость и фазу. За неделю ночное светило побывает в созвездиях Козерога, Водолея, Рыб и Овна. Ночное небо зимы завораживает взгляд россыпью ярких звезд и созвездий. Самым заметным из них является, конечно, созвездие Ориона, поднимающееся после полуночи в южную часть неба. Его окружает целая свита созвездий с яркими звездами. Ниже находится Большой Пес с...

https://www.сайт/magic/11136

Далекий космос является неисчерпаемым источником информации. Астрономические наблюдения помогали ориентироваться древним мореплавателям, и они же послужили толчком для создания величайших... выполнение ряда сложных условий. Некоторые из них противоречат современным взглядам на природу темной материи. Постепенное увеличение длины астрономической единицы Астрономическая единица (а.е.) - одна из единиц измерения длины для космических расстояний. А.е. соответствует среднему расстоянию между центрами...

https://www.сайт/journal/119395

До удаленных объектов. На основе шкалы расстояний, в свою очередь, производится расчет фундаментальных космологических параметров, описывающих Вселенную в целом и ее эволюцию во времени. В настоящее время данные астрономических наблюдений все сильнее расходятся с принятой космологической моделью – в частности, наблюдаемого во всех диапазонах электромагнитного излучения вещества явно «не хватает», чтобы объяснить особенности расширения Вселенной...

https://www.сайт/journal/17391

Космос. И мы. Такие несовершенные?
Разные. Угрюмые и вдохновенные,
Энергию поглощающие и отдающие
И, все таки, верящие и ждущие.

Мечтой устремленные. Космос...
Рассыпанным бисером звезды...
В начертанных знаках Вселенной
Все точно. Все...

https://www.сайт/poetry/174218

Наблюдение за выражением детского лица активирует определённую область мозга взрослого человека, связанную с положительными эмоциями. Используя технику мозгового отображения, учёные из университета Оксфорда /Великобритания/ ...