КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ (КСЕ) лекция № 5 (часть 1)

5 (часть 1)
История развития астрономии – древнейшей из наук

Общие представления

о Вселенной



Лектор: доцент кафедры методики обучения безопасности жизнедеятельности
Силакова Оксана Владимировна

подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н.э.

особенно велико её философское значение. Фактически, она определяет мировоззрение людей.

Древнейшая

из наук.
За несколько тысяч лет до нашей эры в долинах крупных рек (Нил, Тигр и Евфрат, Инд и Ганг, Янцзы и Хуанхэ) осели землевладельцы. Календарь, составлявшийся жрецами Солнца и Луны, стал играть важнейшее значение в их жизни. Наблюдения за светилами жрецы проводили в древних обсерваториях, одновременно бывших и храмами. Их изучает археоастрономия. Археологи нашли довольно много подобных обсерваторий.

или
несколько (дольмены,
кромлехи) камней,
расположенных в строгом
порядке друг относительно друга.

Мегалиты отмечали
место восхода и захода светил в определённое время
года.
Одним из самых известных сооружений древности
является Стоунхедж, расположенный в Южной Англии.
Его основная функция – наблюдение Солнца и Луны,
определение дней зимнего и летнего солнцестояний,
предсказание лунных и солнечных затмений.

тысячи лет до н.э. в долине Нила возникла одна из

древнейших на Земле цивилизаций – египетская. Ещё через тысячу лет, после объединения двух царств (Верхнего и Нижнего Египта), здесь сложилось мощное государство. К тому времени, которое называют Древним царством, египтяне уже знали гончарный круг, умели выплавлять медь, изобрели письменность. Именно в ту эпоху были сооружены пирамиды. Тогда же, вероятно, появились египетские календари: лунно-звёздный – религиозный и схематический – гражданский.
Астрономия египетской цивилизации началась именно с Нила. Египетские жрецы-астрономы заметили, что незадолго до начала подъёма воды происходят два события: летнее солнцестояние и первое появление Сириуса на утренней звезде после 70-дневного отсутствия на небосводе. Сириус, самую яркую звезду неба, египтяне назвали именем богини Сопдет. Греки произносили это имя как «Сотис».
К тому времени в Египте существовал лунный календарь из 12 месяцев по 29 или 30 дней – от новолуния до новолуния. Чтобы его месяцы соответствовали сезонам года, раз в два-три года приходилось добавлять 13-й месяц. «Сириус» помогал определять время вставки этого месяца. Первым днём лунного года считался первый день новолуния, наступавший после возвращения этой звезды.

государства, где существовали строгий учёт и порядок. Поэтому для административных

и гражданских нужд был введён так называемый схематический календарь. В нём год делился на 12 месяцев по 30 дней с добавлением в конце года дополнительных 5 дней, т.е. содержал 365 дней. Египтяне знали, что истинный год на четверть дня больше, чем введённый, и достаточно добавить в каждом четвёртом, високосном, году вместо пяти дополнительных шесть дней, чтобы согласовать его с сезонами. Но этого сделано не было. За 40 лет, т.е. жизнь одного поколения, календарь уходил вперёд на 10 дней, не такую уж заметную величину, и писцы, управлявшие хозяйством, могли без труда приспособиться к медленным изменениям дат наступления сезонов.
Через какое-то время в Египте появился и ещё один лунный календарь, приспособленный к скользящему гражданскому. В нём дополнительные месяцы вставлялись так, чтобы удержать начало года не вблизи момента появления Сириуса, около начала гражданского года. Этот «блуждающий» лунный календарь использовался наряду с другими двумя.

человека.
Все необходимые знания могли дать и давали наблюдения над движением

небесных светил, которые велись в начале без всяких инструментов, были не очень точными, но вполне удовлетворяли практические нужды того времени.

Древние земледельцы

астрономия.

существовала сложная мифология с множеством богов. Астрономические представления египтян были

тесно связаны с ней. Согласно их верованиям, в середине мира находился Геб, один из прародителей богов, кормилец и защитник людей. Он олицетворял Землю. Жена и сестра Геба, Нут, была самим Небом. Её называли Огромной матерью звёзд и Рождающей богов. Считалось, что она каждое утро проглатывает светила и каждый вечер рождает их вновь. Из-за этой её привычки когда-то произошла ссора Нут и Геба. Тогда их отец Шу, Воздух, поднял Небо над Землёй и разлучил супругов. Нут была матерью Ра(Солнца) и звёзд и управляла ими. Ра в свою очередь создал Тота(Луну) как своего заместителя на ночном небе.
Согласно другому мифу, Ра плывёт
по небесному Нилу и освещает Землю,
а вечером спускается в Дуат(ад). Там он
путешествует по подземному Нилу,
сражаясь с силами мрака, чтобы утром
снова появиться на горизонте.

Во II веке до н.э. греческий учёный Птолемей выдвинул

свою «систему мира». Он пытался объяснить устройство Вселенной с учётом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры её ничтожными по сравнению с расстояниями до планет м тем более до звёзд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля – неподвижный центр Вселенной, его система мира была названа геоцентрической. Вокруг Земли по Птолемею движутся (в порядке удалённости от Земли)
Луна, Меркурий,
Венера, Солнце,
Марс, Юпитер,
Сатурн, звёзды. Но
если движение
Луны, Солнца, звёзд
круговое, то
движение планет
гораздо сложнее.

и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений.

Вселенную изучает астрономия. Астрономия (от греч. astron – звезда, nomos - наука) – наука о движении, строении, возникновении, развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом . Основной метод получения астрономических знаний – наблюдение, поскольку за редким исключением эксперимент при изучении Вселенной невозможен.

распространение христианской религии повлекли за собой значительный упадок естественных наук,

в том числе и развитие астрономии

и народов Средней Азии и Кавказа, в трудах выдающихся астрономов

того времени - Аль-Баттани (850-929 гг.), Бируни (973-1048 гг.), Улугбека (1394-1449 гг.) и др.

Улугбек(1394-1449 г.)

Аль-Баттани(850-929 г.)

Бируни(973-1048 г.)

развитие астрономии. Особенно быстро она развивалась в эпоху великих географических

открытий (XV-XVI вв.).

мироздания, согласно которой Солнце и другие планеты вращаются вокруг Земли.

Используя примитивные астрономические инструменты, частично самодельные, ученый сумел вывести и обосновать теорию гелиоцентрической солнечной системы.

В то же время Коперник до конца жизни полагал, что дальние звезды и светила, видимые с Земли, закреплены на особой сфере, окружающей нашу планету. Это заблуждение было вызвано несовершенством технических средств того времени, ведь в Европе эпохи Возрождения не существовало даже простейшего телескопа. Некоторые детали теории Коперника, в которых придерживался мнения древнегреческих астрономов, впоследствии были устранены и доработаны Иоганном Кеплером.

в 1687 г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения.
Кеплер Иоганн
Ньютон

Исаак (1643-1727 г.)

действительные движения небесных тел. Ее многочисленные и блестящие успехи в

этой области увенчались в середине XIX в. открытием планеты Нептун, а в наше время - расчетом орбит искусственных небесных тел.

с середины XIX в., когда возник спектральный анализ и стала

применяться фотография в астрономии.

продолжающая бурно развиваться в наши дни.

Карла Янского в натуральную величину
Меридианный радиотелескоп Гроута Ребера

основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело

к возникновению фактически нового раздела астрофизики - рентгеновской астрономии

(1959 г., СССР), первые полеты человека в космос (1961 г.,

СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г., США), - эпохальные события для всего человечества.

Запуск первого искусственного спутника Земли (1957 г., СССР)

Эскиз космической станции

Старт корабля Апполон-11

и большое количество обсерваторий, и постоянно открываемые звёзды, галактики, спутники

крупных планет

Одна из звёзд созвездия Единорога

Галактики

Обсерватории

штаб-квартире ЮНЕСКО, состоялось официальное открытие Международного года астрономии (МГА-2009), подготовленного

Организацией Объединенных Наций (ООН) и Международным астрономическим союзом (МАС) и проходящего под девизом «Откройте для себя тайны Вселенной». Это уникальная возможность отметить на международном уровне важную дату – 400 лет с того дня, когда Галилей впервые использовал телескоп.

в этом есть своя прелесть, ведь никогда не знаешь, чем

она удивит нас завтра...

веке, спустя столетие после смерти Лагранжа.
При

решении конкретных задач небесной механики пути этих учёных неоднократно пересекались; они вольно или невольно соперничали друг с другом, приходя то к близким, то к совершенно различным результатам.

Современная астрономия

Вся история изучения Вселенной есть, в сущности, поиск средств, улучшающих человеческое зрение. До начала XVII века невооружённый глаз был единственным оптическим инструментом астрономов. Вся астрономическая техника древних сводилась к созданию различных угломерных инструментов, как можно более точных и прочных. Уже первые телескопы сразу резко повысили разрешающую и проницающую способность человеческого глаза. Вселенная оказалась совсем иной, чем она казалась до тех пор. Постепенно были созданы приёмники невидимых излучений и в настоящее время вселенную мы воспринимаем во всех диапазонах электромагнитного спектра – от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн.
Более того, созданы приёмники корпускулярных излучений, улавливающие мельчайшие частицы – корпускулы (в основном ядра атомов и электроны), приходящие к нам от небесных тел. Если не бояться аллегорий, можно сказать, что Земля стала зорче, её «глаза», то есть совокупность всех приёмников космических излучений, способны

света доходят за многие миллиарды лет.
Благодаря

телескопам и другим инструментам астрономической техники человек за три с половиной века проник в такие космические дали, куда свет – самое быстрое, что есть в этом мире – может добраться лишь за миллиарды лет! Это означает, что радиус изучаемой человечеством Вселенной растёт со скоростью, в огромное число раз превосходящей скорость света!

Спектральный анализ - изучение интенсивности излучения в отдельных спектральных линиях, в отдельных участках спектра. Спектральный анализ является методом, с помощью которого определяется химический состав небесных тел, их температура, размеры, строение, расстояние до них и скорость их движения.
Через 50 лет, надо полагать, будут открыты (если они имеются) планеты у ближайших к нам 5-10 звёзд. Скорее всего их обнаружат в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн с внеатмосферных установок.
В будущем появятся межзвёздные корабли-зонды для полёта к одной из ближайших звёзд в пределах расстояний 5-10 световых лет, разумеется, к той, возле которой будут обнаружены планеты. Такой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света с помощью термоядерного двигателя.

назад расстояние Земли от Солнца, согласно Аристарху Самосскому, составляло около

361 радиуса Земли, т.е. около 2.300.000 км. Аристотель считал, что «сфера звёзд» размещается в 9 раз дальше. Таким образом, геометрические масштабы мира 2000 лет тому назад «измерялись» величиной в 20.000.000 км.
При помощи современных телескопов астрономы наблюдают объекты, находящиеся на расстоянии около 10 млрд. световых лет.. Таким образом, за упомянутый промежуток времени масштабы мира выросли в 5.000.000.000.000.000 раз.
Согласно византийским христианским богословиям мир был создан 5508 лет до н.э., т.е. менее чем 7.5 тыс. лет тому назад.
Современная астрономия дала доказательства того, что уже около 10 млрд. лет тому назад доступная для астрономических наблюдений Вселенная существовала в виде гигантской системы галактик. Масштабы во времени «выросли» в 13 млн. раз.
Но главное, конечно, не в цифровом росте пространственных и временных масштабов, хотя и от них захватывает дыхание. Главное в том, что человек, наконец, вышел на широкий путь понимания действительных законов мироздания.

logos – учение) – область науки, в которой изучается Вселенная

как единое целое и космические системы как ее части. Учитывая древнегреческое значение термина «космос» - «порядок», «гармония» – важно отметить, что космология открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

gonos - рождение) как разделом астрономии, изучающим происхождение космических объектов

и систем. Вместе с тем подход космологии и космогонии к изучаемым явлениям различен – космология изучает закономерности всей Вселенной, а космогония рассматривает конкретные космические тела и системы.

которые обращаются вокруг звезды и светят светом, отраженным от звезды.

Спутники (планет) – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет и светят отраженным от звезд светом. Так, Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до

1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты. Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры - несколько километров.

обращающихся вокруг ее центра. Звездные скопления – группы звезд, разделенные

между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение.

трактовке понятия «Метагалактика» и «Вселенная» чаще отождествляют. Но иногда Метагалактика

толкуется лишь как видимая часть Вселенной, при этом Вселенная сводится к бесконечности.

удобства при измерении таких сверхбольших расстояний в космологии используют специальные

единицы: - астрономическая единица (а.е.) соответствует расстоянию от Земли до Солнца – 150 млн.км. Эта единица, как правило, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы. Например, расстояние от Солнца до самой удаленной от него планеты – Плутона – 40 а.е.; - световой год – расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300000 км/с, проходит за один год. Это ~1013км. 1 а.е. равна 8,3 световым минутам. В световых годах определяют расстояние до звезд и других космических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы; - парсек (пк) - (русское обозначение: пк[1]; международное: pc) — распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояний, равная расстоянию до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде[2]. Название образовано из сокращений слов «параллакс» и «секунда».Используют для измерения расстояний внутри звездных систем и между ними. 30,8568 трлн км (петаметров) = 3,2616 светового года.

состоянию на 13 февраля 2015 года, космический аппарат «Вояджер-1» находился

на расстоянии 0,000630 пк (19,4 млрд км, или 130 а. е.) от Солнца, удаляясь по 17,5 микропарсек за год (3,6 а. е./год); диаметр облака Оорта ≈0,62 пк; расстояние от Солнца до ближайшей звезды (Проксима Центавра) составляет 1,3 парсека; расстояние в 10 пк свет проходит за 32 года 7 месяцев и 6 дней; расстояние от Солнца до ближайшего шарового скопления, M 4, составляет 2,2 кпк; расстояние от Солнца до центра нашей Галактики — около 8 кпк; диаметр нашей Галактики около 30 кпк; расстояние до туманности Андромеды — 0,77 Мпк; ближайшее крупное скопление галактик, скопление Девы, находится на расстоянии 18 Мпк; в масштабах порядка 300 Мпк Вселенная практически однородна[6]; расстояние до первого открытого, самого яркого и одного из ближайших квазаров, 3C 273, составляет 734 Мпк; до горизонта наблюдаемой Вселенной — около 4 Гпк (если измерять расстояние, пройденное регистрируемым на Земле светом), или, если оценивать современное расстояние — с учётом расширения Вселенной (то есть до удалившихся объектов, это излучение когда-то испустивших) ≈14 Гпк[7];

но и изучение эволюции Вселенной (от лат. evolutio- развертывание, развитие).

Эти вопросы рассматривает космология – наиболее интенсивно развивающаяся область астрономии. Изучение эволюции Вселенной основано на следующем: - универсальные физические законы считаются действующими во всей Вселенной; - выводы из результатов астрономических наблюдений признаются распространимыми на всю Вселенную; - истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека (антропный принцип).

определенного фрагмента природной или социальной реальности (оригинала), возможный вариант его

объяснения. В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель расширяющейся Вселенной.

относительности А.Энштейна (немецкий физик, 1916г.).

имеет одинаковые свойства во всех точках; - изотропностью, т.е. имеет одинаковые

свойства по всем направлениям; - нестационарностью Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А.А.Фридман, российский физик и математик, в 1922г.

математик, в 1922г. В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл

открыл так называемое «красное смещение». Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. На основе результатов проведенных исследований Э.Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла): Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга. Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.

«красное смещение». Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения:

в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу.

На основе результатов проведенных исследований Э.Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла): Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга. Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.

закон Хаббла: скорость удаления галактики V прямо пропорциональна расстоянию г до нее, т.е. V=Hr, где Н= 75 км/ сМпк— постоянная Хаббла.

честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» — совместный проект НАСА и

Европейского космического агентства; он входит в число Больших обсерваторий НАСА.

сотни галактик, самые красные и тусклые образовались всего через 800

млн лет после Большого взрыва.

Вселенной.

из которого зарождались первые звезды, состояло в основном из водорода

(75 %) и гелия (25 %); 2). в сегодняшней Вселенной должно наблюдаться слабое электромагнитное излучение, сохранившее память о начальном этапе развития Вселенной и поэтому названное реликтовым

Вселенной. В соответствии с моделью, разработанной на основе теории относительности,

расширяющаяся Вселенная: -однородная - изотропная -нестационарная - горячая

факты. К числу таких фактов относятся следующие: - расширение Вселенной в

соответствии с законом Хаббла; - однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 мегапарсек; - существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2,7К (-270.45 С)

— 8 февраля 1974, Пасадена, США) — американский астроном швейцарского

происхождения.

В 1932 году Ф. Цвикки выдвигает идею о существовании тёмной материи — вещества, не проявляющего себя электромагнитным излучением, но участвующего в гравитационном взаимодействии.

(4 марта) 1904, Одесса — 19 августа 1968, Боулдер) —

советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки.

В 1946—1949 годах Г. Гамов, пытаясь объяснить происхождение химических элементов, применяет законы ядерной физики к началу расширения Вселенной. Так возникает теория «горячей Вселенной» — теория Большого Взрыва, а вместе с ней и гипотеза об изотропном реликтовом излучении с температурой в несколько Кельвин.

самыми яркими и далекими из известных сейчас небесных объектов. Нейтронные звезды

– предполагаемые звезды, состоящие из нейтронов, образующиеся, вероятно, в результате вспышек сверхновых звезд. Черные дыры (или «застывшие звезды», «гравитационные могилы») – объекты, в которые, как предполагают, превращаются звезды на заключительной стадии своего существования. Пространство черной дыры как бы вырвано из пространства Метагалактики: вещество и излучение проваливаются в нее и не могут выйти обратно.

1942- 18 марта 2018, Оксфорд, Великобритания) — один из наиболее

влиятельных и известных широкой общественности астро- физиков-теоретиков нашего времени.

Основная область исследований Хокинга — космология и квантовая гравитация.

г. теории о том, что чёрные дыры «испаряются» за счёт

явления, получившего название излучение Хокинга;
21 июля 2004 года Хокинг представил доклад, в котором он изложил свою точку зрения на разрешение парадокса исчезновения информации в чёрной дыре.

небольшом объеме, критическом для нее, то под действием сил собственного

тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа — гравитационный коллапс.

ядре галактики, предположительно, находится чёрная дыра. На снимке видна релятивистская

струя длиной около 5 тысяч световых лет