История и основные этапы развития астрономии

Предмет и задачи астрономии, классификация разделов астрономии.

Астрономия - наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

Слово «астрономия» происходит от двух греческих: «астрон» - звезда и «номос» - закон.

Задачи астрономии

Астрономия решает следующие задачи:

1. Установление систем небесных координат и систем измерения времени;

2.Изучение видимых и действительных положений небесных тел в пространстве;

3. Определение их размеров и форм;

4.Определение координат точек земной поверхности или других небесных тел;

5. Изучение физического строения небесных тел, исследование химического состава и физических условий (плотности, температуры и т.п.) на поверхности и в недрах небесных тел;

6. Решение проблем происхождения и развития небесных тел, их систем, а также Вселенной.

Разделы астрономии

В соответствии с решаемыми задачами современная астрономия подразделяется на следующие основные разделы:

1. Астрометрия - наука об измерении пространства и времени, она подразделяется на:

а) сферическую астрономию (разрабатывает математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат и систем измерения времени);

б) фундаментальную астрометрию (определение координат небесных тел, составление каталогов звёздных положений и определением значений астрономических постоянных);

в) практическую астрономию (рассматривает методы определения географических координат, азимутов направлений, точного времени и теорию применяемых инструментов).

2. Теоретическая астрономия (разрабатывает методы определения орбит);

3. Небесная механика (изучает законы движения небесных тел);

4. Астрофизика -изучает строение, физические свойства и химический состава небесных тел;

5. Звёздная астрономия – изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи;

6. Космогония – изучает вопросы происхождения и развития небесных тел, в том числе и Земли.

7. Космология - рассматривает общие закономерности строения и развития Вселенной.

История и основные этапы развития астрономии

Астрономия- древнейшая из наук. Археологами установлено, что человек владел начальными астрономическими знаниями уже 20 тыс. лет назад в эпоху каменного века.

Развитие астрономии происходило по мере накопления данных наблюдений, их систематизации.

Астрономия особенно бурно развивалась в те эпохи, когда в обществе возникала острая практическая потребность в её результатах (предсказание наступление сезонов года, времяисчисление, ориентировка на суше и море и т.п.

Доисторический этап¾ »от 25 тыс.лет до н.э.- до 4 тыс. до н.э.(наскальные рисунки, природные обсерватории и т.д.).

Древний этап¾ условно можно считать от 4.000лет до н.э.-1000 до н.э.:

¾ около 4.тыс. лет до н.э. астрономические памятники древних майя, каменная обсерватория Стоунхендж ( Англия);

¾ около 3000 лет до н.э. ориентировка пирамид, первые астрономические записи в Египте (рис. 1.1), Вавилоне, Китае;

Рис. 1.1 Символы северных созвездий в гробнице Сети I, 13-й век до н.э.

¾ около 2500лет до н.э. установление египетского солнечного календаря;

¾ около 2000 лет до н.э. создание 1-ой карты неба (Китай);

¾ около 1100 лет до н.э. определение наклона эклиптики к экватору;

Античный этап¾ идеи о шарообразности Земли (Пифагор, 535 г. до н.э.);

¾ предсказание Фалесом Милетским солнечного затмения (585 г. до н.э.).

¾ установление 19-летнего цикла лунных фаз (цикл Метона, 433 г. до н.э);

¾ идеи о вращении Земли вокруг оси ( Гераклит Понтийский, 4 век до н.э);

¾ 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.);

¾ начало систематических определений положений звёзд греческими астрономами, развитие теории системы мира (3 век до н.э.) (рис.1.2);

Рис. 1.2 Геоцентрическая система мира Птолемея

¾ идея о движении Земли вокруг Солнца и определение размеров Земли (Аристарх Самосский, Эратосфен 3-2 в. до н.э.);

¾ открытие прецессии, первые таблицы движения Солнца и Луны, звездный каталог 850 звезд (Гиппарах, (2 Век до н.э);

¾ введение в римской империи Юлианского календаря (46 г. до н.э);

¾ Клавдий Птолемей – «Синтаксис»(Альмогест)-энциклопедия античной астрономии, теория движения, планетные таблицы (140 г. н.э).

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:

¾ 813г. Основание в Багдаде астрономической школы (дом мудрости);

¾ 827г. определение размеров земного шара по градусным измерениям между Тигром и Евфратом;

¾ 829г. основание Багдадской обсерватории;

¾Х в. открытие лунного неравенства (Абу-ль-Вафа, Багдад);

¾ каталог 1029 звёзд, уточнение наклона эклиптики к экватору, определение длинны 1° меридиана (1031г, Ал-Бируни);

¾ 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. Так в Португалии, еще в 14 веке принц Генрих основал обсерваторию для обеспечения потребностей мореплавания, и хотя он не принимал участия в плаваниях, в истории он известен под именем Генрих- Мореплаватель, а Португалия первая из Европейских стран начала захват и эксплуатацию новых территорий.

Важнейшие достижения европейской астрономии XV ¾ XVI веков это планетные таблицы (Региомонтан из Нюрнберга, 1474г.), работы Н.Коперника, которые произвели первую революцию в Астрономии (1515-1540 гг.), а также наблюдения датского астронома Тихо Браге в обсерватории Ураниборг на острове Вэн (самые точные в дотелескопическую эпоху). В 1609- 1618 гг. Кеплер на основе этих наблюдений планеты Марс открыл три закона движения планет, а в 1687г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения, объясняющий причины движения планет.

В начале 17 века (Липперсгей, Галилей, 1608 г) был создан оптический телескоп, многократно раздвинувший горизонт познания человечества о мире. Соединение достижений теории и практики позволило в свою очередь сделать ряд замечательных открытий: 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, создаётся небесная механика, определяются массы планет.

В начале ХIХ века (1.01.1801г.) Пиацци открывает первую малую планету (астероид) Цереру, а затем в 1802 и в 1804 годах были открыты Паллада и Юнона.

В 1806 ¾ 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 ¾ 1850 гг лорд Росс (Ирландия) открыл спиральную структуру некоторых туманностей, а в 1846 г. И.Галле (Германия) по вычислениям У.Леверье (Франция) открыл планету Нептун, что явилось триумфом небесной механики. Развитие науки в ХIХ-ом веке (прежде всего физики и химии), появление новых технологий дал толчок к развитию астрофизики. 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), а повышение точности астрометрических наблюдений позволило измерить годичный параллакс звёзд (Струве, Бессель, 1838г) открыть движение земных полюсов.

Астрономия ХХ века.В начале ХХ века К.Э.Циолковский издаёт первое научное сочинение по космонавтике ¾ «Исследование мировых пространств реактивными приборами».

В 1905 г. А.Эйнштейн создаёт специальную теорию относительности, а в 1907 ¾ 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 («нестационарная вселенная» А.А.Фридман, РСФСР). В 1923 г Э.Хаббл доказал существование других звёздных систем ¾ галактик, а в 1929 г. он же открыл закон «красного смещения» в спектрах галактик.

Дальнейшее развитие астрономии в ХХ веке шло как по пути увеличения мощности оптических телескопов ( 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) так и по освоению других участков спектра электромагнитных волн.

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. Вдохновившись его работами 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. Эти методы дали возможность астрономам начать изучение физической природы небесных тел и значительно расширить 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. За ними последовали 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.

Освоение астрономией широкого спектра электромагнитных волн позволило человечеству многократно увеличить свои знания о Вселенной. В тоже время новые возможности поставили перед наукой новые задачи - темная материя, тёмная энергия ждут рационального объяснения.

Более подробно о наиболее важных достижениях современной астрономии рассказано в соответствующих разделах курса лекций.