Предмет астрономії. Методи астрономічних спостережень

Урок 1. Предмет астрономії.

Зв'язок астрономії з іншими науками. Методи астрономічних спостережень

Мета: сформувати поняття астрономії як науки про небесні тіла; показати зв'язок астрономії з іншими науками; сформувати уявлення про астрономічні спостереження та їхні особливості.

Основні поняття: астрономія, небесні тіла, телескоп, рефрактор, рефлектор, радіотелескоп, обсерваторія.

Учні повинні мати уявлення про: розвиток астрономії як науки та її зв'язок з іншими науками; способи та інструменти астрономічних досліджень.

Учні повинні знати: основні типи телескопів та відмінності між ними.

Структура та зміст уроку

I. Вивчення нового матеріалу

Однією з найдавніших наук вважають астрономію. Найдревніші людські цивілізації закладали її основи, збагачували результатами спостережень. Розвиток цієї науки зумовлений не тільки природною цікавістю людини до непізнаного, а й повсякденними практичними потребами. Спостерігаючи за зорями, планетами, Місяцем та Сонцем, люди намагалися встановити причинно-наслідкові зв'язки між небесними явищами та подіями на Землі. Результатом багатовікових спостережень за зоряним небом є відкриття закономірностей руху і взаємодії, походження та еволюції зір, планет та інших тіл і їхніх систем у Всесвіті.

Слово «астрономія» грецького походження і складається із двох слів:   astro — зоря і nomos — знання. Сучасна астрономія — це наука про закони руху, будову та розвиток небесних тіл та їхніх систем.

Залежно від того, які об'єкти вивчають та які методи для цього застосо­вують, астрономія поділяється на багато розділів.

Астрометрія (від грецького astron — зоря і metron — міра) — найдавніший розділ астрономії, що займається побудовою систем небесних координат та визначенням координат світил; визначенням часу та побудовою календарів; вивченням руху Землі.

Небесна механіка вивчає рух небесних тіл під дією гравітації, а також займається визначенням орбіт космічних апаратів.

Астрофізика вивчає фізичні процеси у надрах та на поверхні небесних тіл, їх хімічний склад.

Зоряна астрономія займається дослідженням будови та розвитку нашої зоряної системи — Галактики.

Космогонія (від грецьких kosmos — космос і gone — народжений) — розділ астрономії, що вивчає походження об'єктів космосу і, зокрема, проблему походження Сонячної системи.

Вивчення походження та еволюції Всесвіту в цілому — основна задача космології.

Нагромадженням та обробкою значної кількості інформації про певні об'єкти Всесвіту займаються такі розділи астрономії, як фізика Сонця, фізика планет, фізика зір і туманностей, кометна астрономія, метеорна астрономія, метеоритика.

Астрономія перебуває в тісному зв'язку з іншими науками. Набуті астрономами протягом тисячоліть знання, часто ставали у нагоді представникам інших наук і, навпаки, досягнення фізики, математики, космонавтики суттєво вплинули на розвиток астрономії. Вивчаючи астрономію, ви переконаєтесь у цьому.

Основним методом дослідження в астрономії є спостереження. Астрономічні спостереження пасивні, тобто в астрономів практично немає можливості впливати на спостережувані об'єкти. Процеси у Всесвіті відбуваються дуже повільно за земними мірками. Спостерігаючи за деякими небесними тілами протягом багатьох років, не вдається помітити змін. Тому дуже цінними є дані, отримані древніми вченими, хоча за сучасними критеріями вони дуже неточні. Слід також зазначити, що, перебуваючи на Землі, ми разом із нею беремо участь у багатьох рухах (обертання навколо осі та навколо Сонця, рух усієї Сонячної системи навколо центра Галактики, рух самої Галактики). Проводячи спостереження, необхідно розуміти та враховувати це.

Найважливішими астрономічними приладами є телескопи (від грецьких слів tele — далеко, scopeo — дивлюся). Ці оптичні прилади використовують для візуальних та фотографічних спостережень небесних тіл. Перший телескоп збудував Галілео Галілей (1564-1642 р.) у 1609 році. Вдосконалюючи конструкцію, учений довів збільшення своїх телескопів від триразового до 35-ти разового.

Основними частинами телескопа є об'єктив, окуляр, тубус (труба-корпус) і система монтування.      

Телескопи поділяють на три групи:

• рефрактори (від латинського рефрактус — заломлений), або лінзові (об'єктивом є лінза або система лінз) (рис. 1);
• рефлектори   (від   латинського   рефлекто   —   відбиваючий),   або дзеркальні (об'єктивом є угнуте дзеркало) (рис. 2);
•       меніскові, або комбіновані дзеркально-лінзові (рис. 3).

Діаметр об'єктива значно більший від зіниці ока і тому джерела світла при спостереженні їх через телескоп здаються значно яскравішими. Слабкі зорі, які неозброєним оком побачити неможливо, добре видно в телескоп.

Телескоп Галілея був рефрактором (діаметр лінзи 5,3 см). Найбільший рефрактор у світі, що має лінзу-об'єктив діаметром 102 см, знаходиться в Перській обсерваторії (США). Перший рефлектор побудував у 1668 році І.Ньютон (діаметр дзеркала 2,5 см). У найбільшого у світі рефлектора — угнуте дзеркало діаметром 605 см (Ставропольський край, Росія). Радянський оптик Д.Д. Макеутов (1896-1964) створив менісковий телескоп.

Сучасні телескопи дають 500-разове збільшення. Усі великі телескопи змонтовані на спеціальних пристроях, які повертаються в напрямку обертання неба з тією ж швидкістю (≈ 15° за годину) з якою обертається Земля навколо своєї осі. Це дозволяє проводити тривале спостереження за однією і тією ж ділянкою неба.

Крім світла, зірки випромінюють електромагнітні хвилі інших частот, зокрема радіохвилі. Для приймання та реєстрації радіовипромінювання небе­сних об'єктів використовують радіотелескопи. Радіотелескоп складається з антени і надчутливого радіоприймача з підсилювачем. Антеною може бути металеве параболічне дзеркало або каркас параболічної форми, вкритий ме­талевою сіткою. Антени діаметром до 100 м встановлюють на спеціальні опори, які можуть повертатися. Такий радіотелескоп можна навести на будь-яку ділянку неба. Більші антени складають з окремих частин, використовуючи при цьому особливості рельєфу. На початку 70-х років XX століття був побудований 300 метровий нерухомий радіотелескоп у кратері згаслого вулкана в Пуерто-Рико. У 1976 році в СРСР побудований радіотелескоп РАТАН-600 діаметром 600 метрів (складається з 895 окремих дзеркал розміром 2x7,4 м). Нерухомими радіотелескопами можна досліджувати лише вузьку смугу неба, яка проходить перед ними під час видимого добового обертання неба, але якість спостережень є дуже високою.

Один із найбільших у світі повноповоротних радіотелескопів установ­лений у Криму біля Євпаторії у 1978 році. Діаметр його антени — 70 м.

Астрономічні спостереження переважно проводяться у спеціально обладнаних науково-дослідних установах — обсерваторіях.

Одну з перших обсерваторій побудував на острові Родос давньогрецький астроном Гіппарх (бл. 190-125 pp. до н.е.). Саме тут був створений перший каталог, до якого занесено 1022 зорі.

Обсерваторія султана Улугбека, побудована у XV столітті на околиці Самарканда, містила величезний кутомірний прилад — секстант, радіус дуги якого перевищує 40 м. В обсерваторії Улугбека вперше була виміряна доволі важлива в астрономії величина — нахил екліптики до екватора, і складені ас­трономічні каталоги для зір та планет.

Відома в науковому світі Пулковська обсерваторія (Росія) відкрита у 1839 році. За точність робіт її назвали «астрономічною столицею світу».

Найбільшими в Україні є Кримська астрофізична обсерваторія (КрАО), Астрономічна обсерваторія Академії наук, а також університетські обсерваторії в Києві, Харкові, Львові, Одесі.

Проходячи через земну атмосферу, слабкі сигнали від космічних об'єктів спотворюються, поглинаються та розсіюються і їх неможливо реєструвати на земними приладами. У 1957 році в СРСР було запущено штучний супутник Землі. Це започаткувало дослідження Всесвіту за допомогою космічної техніки.

Інтенсивний розвиток космонавтики спричинив створення і запуск штучних супутників Землі, Місяця та планет, дозволив відправляти автоматичні апарати до тіл Сонячної системи та здійснювати пілотовані польоти на Місяць. 12 землян побували на Місяці. Зараз на навколоземній орбіті працює потужний телескоп «Хаббла», за допомогою якого проводяться доволі якісні спостереження космічних об'єктів.

II. Домашнє завдання

Опрацювати §1, §2, §11, (§12*), виготовити рухому карту зоряного неба (вирізати накладний круг та заламінувати).

Для допитливих

Людство не може жити без талановитих людей: 15 лютого 1564 року, того ж дня, коли помер Мікеланджело, народився Галілео Галілей — визначний італійський фізик, математик, інженер і астроном. Спочатку Галілео навчався у Флоренції, відтак у Пізанському університеті. Захоплювався літературою, живописом, музикою. Батько — знаний, але бідний Вінченцо Галілей, — хотів, щоб син став медиком, і, можливо, так би й було, якби юнак не захопився книгами Евкліда та Архімеда. У 20 років Галілео Галілей облишив медицину і почав вивчати фізику й астрономію. Зараз його ім'я — серед імен найвидатніших учених, які займалися цими науками. Талановитий італієць створив кінематику — розділ науки про рух, сформував деякі принципи класичної механіки, розвинув закони статики.

Відкриття Галілея в астрономії вразили сучасників. Вони стали першими неспростовними доказами теорії Коперника, яку Галілей палко захищав і пропагував, незважаючи на сувору заборону церкви. Для спостережень за небом Галілей побудував перший телескоп. Учений виявив фази у Венери і чотири супутники Юпітера, побачив, що рельєф Місяця схожий на поверхню Землі. Телескоп Галілея вперше розклав суцільне марево Молочного Шляху на окремі зірки. Галілею належить відкриття світлих плям на Сонці — флокулів, рух яких підтвердив осьове обертання Сонця. Результати своїх досліджень учений описав у праці «Зоряний вісник». В основному творі великого астронома «Діалог про дві найголовніші системи світу — птоломеєву та коперникову» обстоюється геліоцентрична система світу. Книга вийшла у 1632 році у Флоренції. Праці Коперника були заборонені церквою ще у 1616 році, тому суд інквізиції не забарився. У січні 1633 року Галілея, старого і хворого, привезли в Рим. Колишньому професорові дозволяють жити не у в'язниці інквізиційного суду, а в будинку тосканського вельможі. Суд тривав понад два місяці. «Приниження великої людини було глибоке і цілковите. У цьому приниженні він був доведений до зречення від найпалкіших переконань і до мук людини, переможеної стражданням і страхом перед вогнищем», — писав французький біограф Галілея.

22 червня 1633 року в церкві монастиря святої Мінерви, скоряючись вироку, великий учений, поставлений на коліна, прочитав зречення. Дев'ять років сліпий і хворий він був в'язнем інквізиції. 8 січня 1642 року Галілео Галілей помер на віллі Арчетрі поблизу Флоренції.

За переказами, біля смертного ложа Галілея стояли двоє його учнів — Вінченцо Вівіані та Еванжеліста Торрічеллі. Торрічеллі познайомився з Галілеєм 16 жовтня 1641 року. І трьох місяців вони не провели разом, але саме йому заповів, помираючи, Галілей свої праці, саме у ньому бачив свого послідовника. Торрічеллі — талановитий учений, який більше відомий своїми досягненнями у фізиці та математиці, сам виготовляв лінзи для оптичних приладів. У Музеї наук у Флоренції зберігається його лінза діаметром 83 мм, виготовлена у 1646 році. Вже після смерті вченого, флорентійські астрономи поставили цю лінзу в телескоп і спрямували його на Сатурн. Вона побачили не лише кільце Сатурна, через яке у той час було чимало суперечок, а навіть тінь від кільця на диску планети. Майже через триста років потому сучасні фізики взяли лінзу з музею і вирішили порівняти з теперішніми за допомогою дифракційної решітки. У результаті цього дослідження виявилося, що лінза Торрічеллі якісніша. У записах ученого є слова: «... і ангел не зміг би виготовити кращих сферичних дзеркал... На превеликій мій жаль, я не можу розкрити мою таємницю, бо великий герцог звелів мені мовчати про неї...». Торрічеллі вмів виготовляти надточні лінзи, імовірно, він скористався явищем, яке ми зараз називаємо кільцями Ньютона. Цього досі ніхто не знає...