Вывести на печать

АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА – науки, изучающие движение и природу Солнца, Луны, планет, звезд, галактик и других небесных тел. Астрономия всесторонне изучает небесные объекты, включая их положение, движение и общие характеристики. Астрофизика, в значении, которое придавали этому термину при его появлении в начале 20 в., исследует природу и эволюцию космических тел на основе современной атомной физики. Связанная с ними космология изучает Вселенную как целое и исследует ее крупномасштабную структуру.

Астрономия – одна из старейших наук. Есть доказательства, что еще доисторические люди знали об основных явлениях, связанных с восходами и заходами Солнца, Луны и некоторых звезд. Среди древнейших письменных источников встречаются описания астрономических явлений, а также примитивные расчетные схемы для предсказания сезонных моментов восхода и захода ярчайших светил и методы счета времени и ведения календаря. Теории, которые на основе развитой арифметики и геометрии объясняли и предсказывали движение Солнца, Луны и ярких планет, были созданы в странах Средиземноморья в последние века дохристианской эры и вместе с простыми, но эффективными глазомерными приборами служили практическим целям вплоть до эпохи Возрождения. Почти во всех этих теориях Земля располагалась в центре Вселенной, а вокруг нее обращались Луна, Солнце, планеты и звездная сфера. Но в 16–17 вв. в просвещенных странах Европы утвердилась новая концепция, согласно которой в центре Вселенной расположено Солнце, а Земля и другие планеты движутся вокруг него. Благодаря изобретенному в те же годы телескопу астрономы узнали, что звезды – это такие же солнца, но удаленные на гигантские расстояния.

Появление в 18–19 вв. крупных телескопов и выполнение систематических наблюдательных программ привели к открытию того, что Солнце входит в огромную дискообразную систему из многих миллиардов звезд. В начале 20 в. астрономы обнаружили, что эта система является одной из миллионов подобный ей галактик и что все они разлетаются друг от друга как будто бы от сильного толчка в далеком прошлом. Развитая в те же годы квантовая физика позволила астрономам начать исследование ядерных процессов как источника энергии Солнца и звезд, что привело к разгадке их жизненного цикла. Во второй половине 20 в. новые средства наблюдения – радиотелескопы и космические обсерватории – обнаружили множество необычных типов звезд и галактик, совершенно не похожих на наше Солнце и нашу Галактику. К началу третьего тысячелетия у астрономов появляется все больше уверенности, что они верно понимают основные этапы эволюции Вселенной от самых первых событий, происходивших более чем 10 млрд. лет назад. У астрономов и других ученых, изучающих планеты, утвердилось понимание основных этапов формирования и эволюции нашей планетной системы из газо-пылевой туманности, оставшейся после формирования Солнца.

Астрономия всегда была наблюдательной наукой. Даже до начала 17 в., несмотря на ограниченные возможности невооруженного глаза и простоту измерительных приборов, астрономы составили каталоги сотен звезд и проследили видимые пути Солнца, Луны и пяти известных тогда планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) с точностью, достигающей одной угловой минуты, т.е. одной тридцатой доли видимого диаметра Луны. Изобретение телескопа привело к стремительному прогрессу в наблюдениях и измерениях. Астрономы все более детально изучали поверхности Солнца, Луны и планет, обнаружили сотни астероидов, изучили движение комет, занесли в каталоги тысячи новых звезд, открыли звездные скопления, слабые туманности и другие галактики.

Астрофизика, хотя она и опирается на экспериментальную физику, – в основном тоже наблюдательная наука. Астрономы могут лишь наблюдать и измерять космические объекты, свет от которых доходит до их приборов, используя затем для интерпретации теоретическую физику, химию и другие науки.

Эта статья начинается с краткого обзора астрономической Вселенной: от нашей планеты и ее окрестностей к нашей звезде – Солнцу, затем к нашей Галактике – Млечному Пути и далее к границам изученной Вселенной. Затем в исторической последовательности будет подробно рассказано о научных приборах и методах, о полученных с их помощью астрономических и астрофизических фактах, о персональной работе некоторых астрономов. Астрономические инструменты создавались в связи с текущими историческими потребностями, но, появившись, открывали новые перспективы и области исследования.

АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ВСЕЛЕННАЯ

Солнце – рядовая звезда среднего размера и среднего возраста. Это горячий газовый шар диаметром 1 390 000 км и массой в 333 000 раз больше Земли, состоящий в основном из водорода. В его центре, где давление в миллиард раз больше давления воздуха у поверхности Земли, а температура 13 000 000 К, термоядерные реакции превращают водород в гелий с выделением огромной энергии. Эта энергия постепенно достигает более холодной (5800 К) солнечной поверхности и покидает ее в виде излучения и сверхзвуковых потоков заряженных и нейтральных частиц, называемых солнечным ветром. В недрах звезд и при их взрывах также синтезируются более тяжелые химические элементы. См. также НУКЛЕОСИНТЕЗ; СОЛНЦЕ.

После того, как 4,5 млрд. лет назад в результате гравитационного коллапса родительской туманности сформировалось Солнце, из других достаточно массивных уплотнений солнечного вещества образовались большие планеты Солнечной системы. Вблизи некоторых из формирующихся планет подобные же процессы привели к возникновению спутников – лун. У близких к Солнцу планет сформировались массивные металлические ядра, покрытые каменистой оболочкой. Земля, Марс и, возможно, Венера имели океаны, но только у Земли он сохранился. Большинство из планет теплой внутренней части Солнечной системы сохранило свои атмосферы. Во внешней холодной области Солнечной системы образовались гигантские газовые планеты, окруженные множеством спутников с металлическими и каменными ядрами, покрытыми ледяной оболочкой. Все внешние планеты имеют системы колец, состоящих из движущихся по орбитам частиц пыли и льда, но только у Сатурна эти кольца так велики, что их можно увидеть даже в небольшой телескоп. Все планеты обращаются вокруг Солнца, а большинство их спутников – вокруг своих планет в одном и том же направлении и в плоскостях, лишь на несколько градусов отстоящих от плоскости орбиты Земли – эклиптики. См. также СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА.

Между орбитами Марса и Юпитера расположен пояс астероидов – область, населенная металлическими и каменными фрагментами – вероятными остатками одной или нескольких протопланет, разрушенных соударениями и приливными силами. На периферии Солнечной системы по орбитам вокруг Солнца движутся миллионы комет – холодных каменно-ледяных глыб. Их удается обнаружить в тех случаях, когда орбита кометы заходит во внутренюю часть Солнечной системы. Хотя межпланетное пространство практически пусто, в нем рассеяны атомы, молекулы и частицы пыли. Поток солнечного ветра выносит магнитное поле Солнца на периферию планетной системы. См. также АСТЕРОИД; КОМЕТА.

Солнце – лишь одна из миллиардов звезд, составляющих огромную сплюснутую нашу галактику – Млечный Путь. В то время как до ближайшей к нам звезды Проксимы Кентавра свет идет 4,3 года, ближайший сосед Млечного Пути – галактика в Андромеде – удалена на 2,2 млн. св. лет. Галактики имеют различные формы и размеры, но все они представляют собой гравитационно связанные системы из звезд и разреженного межзвездного газа и пыли. У спиральных галактик, подобных нашей, звезды образуют медленно вращающийся сплюснутый диск диаметром около 100 000 св. лет. Центральное сферическое уплотнение (балдж) у них состоит из старых звезд, тогда как более молодые сосредоточены на периферии в спиральных рукавах. Солнце находится в одном из спиральных рукавов Млечного Пути на расстоянии ок. 28 000 св. лет от центра Галактики и совершает один оборот вокруг него примерно за 200 млн лет. Все видимые невооруженным глазом звезды принадлежат тому же или ближайшим спиральным рукавам. Излучение более далеких или слабых звезд, неразличимых глазом по отдельности, можно заметить на небе в виде рассеянного света, усиливающегося к размытой полосе Млечного Пути. Балдж и диск нашей Галактики окружены протяженным гало, в котором помимо отдельных старых звезд движутся шаровые скопления из сотен тысяч звезд каждое. Наша Галактика – член гравитационно связанной системы, получившей название «Местная группа» и включающей также галактику в Андромеде, две небольшие галактики неправильной формы, называемые Магеллановыми Облаками, и еще несколько звездных систем. См. также ГАЛАКТИКИ; МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ.

Солнце – это типичная звезда, каких множество в каждой галактике. Девяносто процентов всех звезд имеют массы от 0,1 до 50 масс Солнца; масса – важнейшая характеристика звезды. Другие важные ее параметры – это температура, светимость и возраст. Звезда, подобная Солнцу, формируется в результате гравитационного сжатия родительского облака, которое длится несколько миллионов лет, пока в его центре не начнутся ядерные реакции. После этого звезда остается довольно стабильной в течение примерно 10 млрд. лет. Лишь после того как большая часть водорода в ее ядре переработается в гелий, внешние слои звезды расширяются и остывают, и звезда становится красным гигантом. В ядре может начаться термоядерное «горение» гелия и других элементов, но в итоге оно сожмется и станет белым карликом (у маломассивных звезд) или нейтронной звездой (у звезд средней массы), чем и закончится жизнь звезды. Массивные звезды в конце своей эволюции становятся неустойчивыми, начинают пульсировать и выбрасывать вещество; некоторые из них целиком взрываются как сверхновые. Ядра массивных звезд коллапсируют полностью и становятся черными дырами. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; ЗВЕЗДЫ; ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС; НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА; НОВАЯ ЗВЕЗДА; СВЕРХНОВАЯ ЗВЕЗДА; ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ.

Звезды различного вида и на разных стадиях эволюции встречаются по всей галактике, но некоторые их типы сосредоточены в определенных местах. Те области галактик, где сконцентрированы газ и пыль (т.е. спиральные рукава), преимущественно содержат скопления молодых звезд. Это понятно: именно из газа формируются скопления и ассоциации молодых звезд, часто объединенных в двойные и тройные системы. Даже в нашей Солнечной системе, будь Юпитер раз в десять массивнее, он бы тоже стал звездой – компаньоном Солнца.

Похожие на Млечный Путь спиральные галактики весьма распространены, но встречаются и эллиптические галактики, почти лишенные газа и пыли. Некоторые галактики имеют неправильную, асимметричную форму. Астрономы еще не пришли к согласию относительно того, распались ли некогда на звезды газовые облака галактического размера или сначала из заполнявшего Вселенную газа сформировались звезды, а затем уже под действием гравитации они объединились в галактики. Существует немало теорий превращения галактик одного типа в другие, и у астрономов есть наблюдательные свидетельства того, как галактики сталкиваются и меняют форму. Повсеместно галактики объединены в системы, подобные Местной группе; обзоры неба выявляют крупномасштабное распределение галактик, их концентрацию в гигантских сверхскоплениях и линейных структурах, разделенных пустым пространством.

Астрономы и космологи считают, что Вселенная образовалась от 10 до 20 млрд. лет назад в процессе грандиозного явления, названного Большим взрывом. После сравнительно короткого периода, когда излучение остыло, а вещество успокоилось, Вселенная перешла в фазу медленного расширения, которая продолжается и поныне. Реликтом тех бурных событий считают слабое фоновое излучение, приходящее равномерно со всего неба. См. также НУКЛЕОСИНТЕЗ.

Поскольку скорость света конечна, далекие галактики мы видим и удаленными во времени. Используя крупнейшие наземные и космические телескопы, астрономы заглядывают в прошлое Вселенной почти на 10 млрд. лет. Используя эти наблюдения и вычисляя скорость расширения Вселенной, ученые пытаются уточнить ее возраст. Они хотели бы также узнать, будет ли Вселенная расширяться всегда, до тех пор, когда погаснут последние звезды, а новые не смогут образоваться из разреженного вещества. Если плотность Вселенной достаточно велика, то ее расширение постепенно замедлится, остановится и сменится сжатием. В конце концов все вещество Вселенной сколлапсирует, произойдет «Большая свалка», после чего может случиться новый Большой взрыв и начнется расширение новой вселенной. Сделанные до сих пор оценки плотности Вселенной не дали окончательного ответа на вопрос о ее будущем. Две проблемы – возраст и будущее Вселенной – главное, над чем работали космологи 1990-х годов, понимая, что лишь новые наблюдения дадут окончательный ответ. См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ.

дальше



АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ВСЕЛЕННАЯ
АРХЕОАСТРОНОМИЯ
ВАВИЛОНСКАЯ, ШУМЕРСКАЯ И ЕГИПЕТСКАЯ АСТРОНОМИЯ
ЭЛЛИНИСТИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ
Открытие прецессии
Эфирные сферы и круговое движение
Гиппарх
Птолемей
СРЕДНЕВЕКОВАЯ АСТРОНОМИЯ
ВОЗРОЖДЕНИЕ
Коперник и гелиоцентризм
Тихо Браге и изменчивость небес
Кеплер и разрушение круговых движений
Галилей, новая физика и телескоп
ЭПОХА НЬЮТОНА
Ньютон и гравитация
Развитие теории в 18 в
Движение Луны
Движение комет
Устойчивость Солнечной системы
Небулярная гипотеза
Усовершенствование телескопа
Открытие Урана
Обзор звезд
УСЕРДНЫЙ ДЕВЯТНАДЦАТЫЙ ВЕК
Звездные каталоги и другие крупные работы по классификации
Определение годичного параллакса
Обследование Солнечной системы
Внутренние планеты
Внешние планеты
Луна
Астероиды
Кометы и метеориты
Солнце
Развитие спектроскопии и фотографии
ДВАДЦАТЫЙ ВЕК
Хейл и развитие астрофизики
Изучение Солнца и звезд
Космология
Новые области астрономии
Радиоастрономия
Радиолокационная астрономия
Инфракрасная астрономия
Ультрафиолетовая астрономия
Рентгеновская и гамма-астрономия
Исследования Солнечной системы
Представления докосмической эпохи
Исследования с помощью космических аппаратов
Комплексный подход
Доступность астрономической информации
Литература

Дополнительные опции

Популярные рубрики:

Страны мира Науки о Земле Гуманитарные науки История Культура и образование Медицина Наука и технология


Добавьте свои работы

Помогите таким же студентам, как и вы! Загрузите в систему свои работы, чтобы они стали доступны всем! Принимаем курсовые, дипломы, рефераты и много чего еще ;- )

Добавить работы →

Последнее обновление -
18/11/2017

Каждый день в нашу базу попадают всё новые и новые работы. Заходите к нам почаще - следите за новинками!

Мобильная версия

Можете пользоваться нашим научным поиском через мобильник или планшет прямо на лекциях и занятиях!