Історія розвитку астрономії. Методи та засоби астрономічних досліджень

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

з астрономії

 

На тему:”Історія розвитку астрономії. Методи та засоби астрономічних досліджень”

 

 

 

 

 

 

 

            

 

Виконав: студент 1 курсу

211 групи

обліково–фінансового відділення

Якименко І. С.

 

 

 

 

Суми - 2014

 

Зміст

 

 

     Введення........................................................................................3

1. Перші моделі миру...............................................................................3

2. Світ Коперніка.....................................................................................4

3. Сонце й Зірки......................................................................................5

 

     4. Сучасні методи й засоби астрономічних досліджень.................6

            4.1 Оптичні спостереження...................................................................................6

 

4.2 Спектральний аналіз небесних тіл.................................................................7

4.3 Зародження радіоастрономії............................................................................7

           4.4 Розвиток радіоастрономії................................................................................8

           4.5  Інші методи спостережень.............................................................................8

 

           4.6 Проект космічного телескопа  імені Хаббла..................................................9

 

      СПИСОК  ЛІТЕРАТУРИ.......................................................................10

 

Введення

 

Зоряне небо за всіх часів займало уяву людей. Чому запалюються зірки? Скільки їх сіяє в ночі?   Чи далеко вони від нас? Чи є границі в зоряної Вселеної? Із глибокої стародавності люди замислювалися над цими й багатьма іншими питаннями, прагнучи зрозуміти і осмислити устрій того великого миру, у якому ми живемо.

Найдавніші  уявлення людей про Всесвіт збереглися в казках і легендах. Пройшли століття й тисячоріччя, перш ніж виникла й одержала глибоке обґрунтування й розвиток наука про Всесвіт, що  розкрила нам дивний порядок світобудови. Недарма ще в древній Греції її називали Космосом, а це слово спочатку означало «порядок» й «красу».

 

1. Перші моделі миру.

 

Незважаючи на високий рівень астрономічних  відомостей народів древнього Сходу, їхні погляди на будову миру обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися погляди, згідно яким Земля має вигляд опуклого острова, оточеного океаном. Усередині Землі нібито перебуває «царство мертвих». Небо - це твердий купол, що опирається на земну поверхню й відокремлює «нижні води» (океан, що обтікає земний острів) від «верхніх» (дощових) вод. На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом нібито живуть боги. Сонце сходить ранком, виходячи зі східних воріт, і заходить через західні ворота, а вночі воно рухається під Землею.

Відповідно до подань древніх єгиптян, Всесвіт має вигляд великої долини, витягнутої з півночі на південь, у центрі її перебуває Єгипет. Небо вподібнювалося великому залізному даху, що підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.

У Древньому Китаєві існувало подання, відповідно до якого Земля має форму плоского прямокутника, над яким на стовпах підтримується кругле опукле небо. Розлютований дракон нібито зігнув центральний стовп, внаслідок чого Земля нахилилася до сходу. Тому всі ріки в Китаєві течуть на схід. Небо ж нахилилося на захід, тому всі небесні світила рухаються зі сходу на захід.

І лише в грецьких колоніях на західних берегах Малої Азії, на півдні Італії й у Сицилії у четвертому столітті до нашої ери почався бурхливий розвиток науки, зокрема - філософії, як навчання про природу. Саме тут на зміну простому спогляданню явищ природи і їхньому наївному тлумаченню приходять спроби науково пояснити ці явища, розгадати їхні причини.

Одним з видатних давньогрецьких мислителів був Геракліт Эфеський (бл. 530 - 470 р. до н.е.).  Це йому належать слова: «Мир, єдиний із усього, не створений ніким з богів і ніким з людей, а був, є й буде вічно живим вогнем, що закономірно запалюється  й закономірно гаснучим...» Тоді ж Піфагор Самоський (бл. 580 - 500 р. до н.е.) висловив думку про те, що Земля, як й інші небесні тіла, має форму кулі. Всесвіт представлявся Піфагору у вигляді концентричних, вкладених друг у друга прозорих кришталевих сфер, до яких нібито прикріплені планети. У центрі миру в цій моделі містилася Земля, навколо її оберталися сфери Місяця, Меркурія, Венери, Сонця, Марса, Юпітера й Сатурна. Далі всіх перебувала сфера нерухомих зірок.

Першу теорію будови миру, що пояснює прямий і поступовий рух планет, створив грецький філософ Евдокс Книдський (бл. 408 - 355 р. до н.е.). Він запропонував, що в кожної планети є не одна, а кілька сфер, скріплених одна з одною. Одна з них робить один оберт у добу навколо осі небесної сфери по напрямку зі сходу на захід. Час обігу іншої (у  зворотну сторону) передбачалося рівним періоду обігу планети. Тим самим пояснювався рух планети уздовж екліптики. При цьому передбачалося, що вісь другої сфери нахилена до осі першої під певним кутом. Комбінація із цими сферами ще двох дозволяла пояснити поступовий рух стосовно екліптики. Всі особливості руху Сонця й Місяця пояснювалися за допомогою трьох сфер. Зірки Евдокс розмістив на одній сфері, що вміщає в себе всі інші. Таким чином, весь видимий рух небесних світил Евдокс звів до обертання 27 сфер.

Удосконаленням системи миру Евдокса зайнявся учень Платона Аристотель (384 - 322 р. до н.е.). Тому що погляди цього видатного філософа - енциклопедиста безроздільно панували у фізику й астрономії протягом майже двох тисяч років, то зупинимося на них детальніше.

Аристотель, слідом за філософом Эмпедоклом (бл. 490 - 430 р. до н.е.), припустив існування чотирьох «стихій»: землі, води, повітря й вогню, зі змішання яких нібито відбулися всі тіла, що зустрічаються на Землі. По Аристотелю, стихії вода й земля природно прагнуть рухатися до центра миру («униз»), тоді як вогонь і повітря рухаються «нагору» до периферії й тим швидше, чим ближче вони до своєму «природного» місця. Тому в центрі миру перебуває Земля, над нею розташовані вода, повітря й вогонь. По Аристотелю, Всесвіт обмежений у просторі, хоча його рух вічний, не має ні кінця ні початку. Це можливо саме тому, що, крім згаданих чотирьох елементів, існує ще й п'ята, незнищівна - матерія, яку Аристотель назвав ефіром. З ефіру нібито й складаються всі небесні тіла, для яких вічний круговий рух - це природний стан. «Зона ефіру» починається біля Місяця й простирається нагору, тоді як нижче Місяця перебуває мир чотирьох елементів.

 

 

2. Світ Коперніка.

 

Книга Коперніка, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: «Про обертання небесних сфер». Але це було повне повалення Аристотелевого погляду на світ. Складна махина порожніх прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. Із цього часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Триває вона й по нині.

  Завдяки Коперніку ми довідалися, що Сонце займає належне йому положення в центрі планетної системи. Земля ж ніякий не центр миру, а одна з рядових планет, що обертаються навколо Сонця. Так усе стало на свої місця. Будову Сонячної системи було нарешті розгадано.

Подальші відкриття астрономів поповнили  родину великих планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. У такому порядку вони займають свої орбіти навколо Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи - астероїдів і комет. Але це не змінило нової Копернікової картини миру. Навпроти, всі ці відкриття тільки підтверджують й уточнюють її.

Тепер ми розуміємо, що живемо на невеликій планеті, схожій на кулю. Земля обертається навколо Сонця по орбіті, що не занадто відрізняється від окружності. Радіус цієї окружності близький до 150 мільйонів кілометрів.

Відстань від Сонця до Сатурна - самої далекої з відомих у часи Коперніка планет - приблизно в десять разів більше радіуса земної орбіти. Це відстань правильно визначив ще Копернік. Розміри Сонячної системи - відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше й становить приблизно 6 мільярдів кілометрів.

Така картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Коперніку.

Але Сонячна система ще не весь Всесвіт. А як же далекі зірки? Про їх Копернік не ризикував висловлювати ніякого певної думки. Він просто залишив їх на колишнім місці, не далекій сфері, де були вони в Аристотеля, і лише говорив, і зовсім правильно, що відстань до зірок у безліч разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні вчені, він представляв Всесвіт замкнутим простором, обмеженим цією сферою.

            

                               

 

3. Сонце й Зірки.

 

У ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереженню, людина з гострим зором побачить на небозводі не більше двох - трьох тисяч мерехтливих крапочок. У списку, складеному в 2 столітті до нашої ери знаменитим давньогрецьким астрономом Гіппархом і доповненому пізніше Птолемеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій же, останній астроном, що робив такі підрахунки без допомоги телескопа, довів їхнє число до 1533.

Але вже в стародавності підозрювали про існування великої кількості зірок, невидимих оком. Демокріт, великий учений стародавності, говорив, що білесовата смуга, що простягнулася через все небо, що ми називаємо Чумацьким Шляхом, є в дійсності сполука світла безлічі невидимих окремо зірок. Суперечки про будову Чумацького Шляху тривали століттями. Рішення - на користь здогаду Демокріта - прийшло в 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблені на небі за допомогою телескопа. Він писав зі зрозумілим хвилюванням і гордістю, що тепер удалося «зробити доступними оку зірки, які раніше ніколи не були видимими й число яких щонайменше в десять разів більше числа зірок, відомих споконвіку».

Мал. 1. Телескоп Галілея

 

 

Але й це велике відкриття усе ще залишало світ зірок загадковим. Невже всі вони, видимі й невидимі, дійсно зосереджені в тонкому сферичному шарі навколо Сонця?

Ще до відкриття Галілея була висловлена зовсім несподівана по тим часам чудово смілива думка. Вона належить Джордано Бруно, трагічна доля якого всім відома. Бруно висунув ідею про те, що наше Сонце - це одна із зірок Всесвіту. Усього тільки одна з безлічі, а не центр всього Всесвіту. Але тоді й будь-яка інша зірка теж цілком може мати свою власну планетну систему.

Якщо Копернік указав місце Землі аж ніяк не в центрі миру, то Бруно й Сонце позбавив цього привілею.

Ідея Бруно породила чимало разючих наслідків. З її випливала оцінка відстаней до зірок. Дійсно, Сонце - це зірка, як й інші, але тільки найближча до нас. Тому - то воно таке велике і яскраве. А на яку відстань потрібно відсунути світило, щоб і воно виглядало так, як, наприклад, Сиріус? Відповідь на це питання дав голландський астроном Гюйгенс (1629 - 1695). Він порівняв блиск цих двох небесних тіл, і от що виявилося: Сиріус перебуває від нас у сотні разів далі, ніж Сонце.

Щоб краще представити, як велика відстань до зірки, скажемо, що промінь світла, що пролітає за одну секунду 300 тисяч кілометрів, витрачає на подорож від Сиріуса до нас кілька років. Астрономи говорять у цьому випадку про відстань у кілька світлових років. По сучасним уточненим даним, відстань до Сиріуса - 8,7 світлового років. А відстань від нас до сонця всього 8 світлових хвилин.

Звичайно, різні зірки відрізняються друг від друга (це й враховано в сучасній оцінці відстань до Сиріуса). Тому визначення відстаней до них і зараз часто залишається дуже важкою, а іноді й просто нерозв'язним завданням для астрономів, хоча із часу Гюйгенса придумано для цього чимало нових способів.

Чудова ідея Бруно й заснований на ній розрахунок Гюйгенса стали рішучим кроком до оволодіння таємними Всесвіту. Завдяки цьому границі наших знань про світ сильно розсунулися, вони вийшли за межі Сонячної системи й досягли зірок.

 

 

 

4. Сучасні методи й засоби астрономічних досліджень.

 

4.1 Оптичні спостереження

 

Людському оку доступна вузька область довжин хвиль електромагнітного спектра випромінювання - від 0,39 до 0,65 мкм. Це дуже невелика щілина, крізь яку люди протягом тисячоліть заглядали у Всесвіт. Але скільки відкриттів принесли ці спостереження!

Протягом декількох тисячоріч астрономи обмежувалися визначенням положень світил на небесній сфері й оцінкою їхнього блиску неозброєним оком. Нині в їхньому розпорядженні потужні прилади, що дозволяють уловлювати буквально окремі кванти світла, що йдуть від далеких зоряних систем.

Якийсь час найбільшими з астрономічних телескопів були 250-сантиметровий рефлектор обсерваторії Маунт Вільсон й 500-сантиметровий рефлектор Паламарської обсерваторії в США.

Сьогодні найбільшим у Європі є телескоп-рефлектор з діаметром дзеркала 600 див. Він установлений на Північному Кавказі, поблизу станиці Зеленчукська. От деякі його технічні характеристики: вага дзеркала близько 40т, фокусна відстань - 24 м, вага інструмента разом з монтуванням - понад 850 т. Телескоп обертається навколо горизонтальної й вертикальної осей. Комп'ютер перераховує координати світила з екваторіальної в горизонтальну систему координат і подає відповідні команди на керуючу механічну систему, що обертає інструмент слідом за цим світилом.

До останнього часу найпоширенішою оптичною системою телескопів була система Кассегрена В такому телескопі головне дзеркало має форму параболоїда. Відбившись від нього, світлові промені повертаються збіжним пучком назад, попадають на менше опукле гіперболічне дзеркало, знову змінюють напрямок свого руху й, пройшовши через отвір у головному дзеркалі, збираються за ним у фокальній площині.

Кілька років назад у США (обсерваторія Китт-Пик), а потім в Австралії (обсерваторія Сайдинг-Спринг) уведені в дію телескопи системи Ричи-Кретьена з діаметрами дзеркал 400 див. У цій системі як головне, так і допоміжне дзеркала мають гіперболічну форму. Це значно зменшує довжину труби телескопа, полегшує його монтування, а діаметр поля зору збільшується в 5-10 разів Аналогічний телескоп установлений у Канаді на горі Кобау. У Чилі американські вчені встановлюють телескоп цієї ж системи з діаметром головного дзеркала 400 див, а на так називаній Об'єднаній Європейській обсерваторії (там же) установлюється телескоп з діаметром 360 див