Введение в астрономию

Прежде чем начать изучение проверьте свои знания Опрос по Астрономии

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

Объекты изучения: звёзды, планеты, кометы, метеоры, туманности, галактики, материя, находящаяся в межзвёздном пространстве.

Изучение происходит в разных диапазонах электромагнитных волн: оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском, и т.д.

Астрономия имеет три основные задачи:

• Изучение видимых и действительных положений и движения небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
• Изучение физического строения небесных тел, т.е. химического состава и физических условий на поверхности и в недрах небесных тел.
• Исследование происхождения и развития, предсказание дальнейших судеб отдельных небесных тел и их систем.

Астрономия очень тесно взаимосвязана с математикой, физикой, химией, философией, биологией.

Нынешний вид астрономия приобрела лишь в 19 — 20 -х веках. До этого она неразрывно включала в себя ряд других отраслей знания и была теснее связана с философией и теологией.

Краткая история астрономии

Развитие астрономии в постнеолитический период( 7-5 тысячелетие до н.э.)    

Зачатки астрономии в 1-м тысячелетии до н. э.

Астрономия в эллинистический период (323 г. до н. э. – 300 г. н. э.)

Астрономия в странах ислама (VIII – XIV века)        

Возрождение культуры и науки в Европе; возникновение университетов (XI – XV века)

Астрономия в Европе в XVI веке. Обоснование Коперником гелиоцентрической системы мира

Новая астрономия (первая треть XVII века): законы Кеплера, телескопические наблюдения Галилея

Прогресс наблюдательной астрономии в середине XVII — начале XVIII века

Открытие  фундаментального  свойства  природы — всемирного тяготения

Позиционная астрономия и небесная механика в XVIII веке

Конец XVIII — начало XIX века: становление звездной астрономии

Достижения позиционной астрономии и небесной механики в 20 – 40-е годы XIX века

Физика в 40 – 80-е годы XIX века. Зарождение астрофизики

Астрономия в последней трети XIX века      

Астрономия в начале XX века                           

Астрономия между мировыми войнами (1920– 1940 годы)

Астрономия после второй мировой войны — до 60-х годов

Астрономия в 60 – 80-е годы XX века                        

Состояние астрономии в конце XX века и тенденции ее развития

Разделы  астрономии

Множество объектов и методов астрономии приводит к многочисленности разделов и отдельных направлений в астрономии.

По характеру используемой информации выделяются три основных раздела:

• астрометрия,
• небесная механика,
• астрофизика.

Астрометрия — изучает положение небесных тел и вращение Земли, опираясь на теоретические и практические методы измерений углов на небе, для чего организуются позиционные наблюдения небесных светил.

Важнейшие цели астрометрии:

• установление систем небесных координат,
• получение параметров, характеризующих наиболее полно закономерности вращения Земли.

Небесная механика — изучает движение небесных тел под действием тяготения, разрабатывает методы определения их траекторий на основании наблюдаемых положений на небе, позволяет рассчитать таблицы их координат на дальнейшее время (эфемериды), изучает взаимное влияние тел на их движение, рассматривает движение и устойчивость систем небесных и искусственных тел.

Астрофизика — изучает происхождение, строение, химический состав, физические свойства и эволюцию отдельных небесных тел и систем вплоть до всей Вселенной в целом.

Вселенная

Вселенная — это весь на­блю­дае­мый ма­те­ри­аль­ный мир, вклю­чаю­щий в се­бя все кос­мические сис­те­мы со всем их ве­ще­ст­вом и энер­ги­ей, со все­ми про­ис­хо­дя­щи­ми в них яв­ле­ния­ми, а так­же его тео­ре­ти­че­ски до­пус­кае­мое про­дол­же­ние. Вселенная, ис­следуе­мая ас­тро­но­мическими сред­ст­ва­ми, – это лишь часть ма­те­ри­аль­но­го ми­ра, дос­туп­ная изу­че­нию на дан­ном эта­пе раз­ви­тия нау­ки; ино­гда эту часть Вселенной на­зы­ва­ют Ме­та­га­лак­ти­кой.

На ран­них эта­пах ис­то­рии ци­ви­ли­за­ции «го­ри­зонт Вселенной» на­хо­дил­ся на рас­стоя­нии все­го по­ряд­ка со­тен ки­ло­мет­ров. К началу 21 века Вселенная ис­сле­ду­ет­ся уже до рас­стоя­нии бо­лее 10 млрд. све­то­вых лет.

Космическое пространство настолько огромно, что измерять расстояние между объектами, разбросанными на его просторах, используя привычные на Земле километры и мили очень неудобно. Астрономы для этой цели используют световые года (св.г.) и астрономические единицы (а.е.) 

1 Световой год (св.г.) – это расстояние, которое проходит свет за один земной астрономический год.

В году 365,25 суток, в сутках 24 часа, один час состоит из 3600 секунд, скорость света в вакууме равна 300 000 км/с.

S(св.г.) = 365,25 х 24 х 3600 х 300 000 = 9 467 280 000 000 км = 9,47 х 10¹² км

Астрономическая единица(а.е.) — это среднее расстояние от Земли до Солнца, которое равно 149 597 870 700 м или 149,6 млн.км

В состав Вселенной входят звёзды и планеты, которые объединяются в галактики. Космическое пространство между звёздами в галактике заполнено межзвёздным газом и космической пылью. Наша Земля и Солнечная система находится в галактике Млечный путь, который вы можете блюдать с наступлением темноты на ясном небосклоне.

Внутри Вселенной (доступной для наблюдений) находится около 100 миллиардов галактик, подобных нашей и около 2 триллионов небольших галактик. Каждая галактика содержит десятки и сотни миллиардов звёзд. Таким образом полное число звёзд во Вселенной составляет более 10²²

Масса Солнца равна 2 х 10³⁰ кг. Соответственно масса всех звезд, составляющих видимую часть Вселенной, примерно равна 2 х 10⁵² кг. Несмотря на такое огромное значение массы всех звезд, основную часть пространства Вселенной занимает вакуум. Размеры её огромны и ограничены они только возможностями телескопов нашей цивилизации. В настоящее время расстояние определенное с помощью современной техники составляет более 10 мрд. св. лет. Если представить Вселенную в виде куба с такой длинной ребра, то соответственно получим объем 8,46 х 10⁷⁷ м³ и массой 2 х 10⁵² кг, тогда средняя плотность соответственно будет равна 2,4 х 10^-26 кг/м³, менее 15 атомов водорода, наиболее распространённого химического элемента во Вселенной.

Если посмотреть в безлунную ночь не вооруженным глазом на небо, то мы сможем увидеть не более 3 000 звёзд. Такое же количество в южном, если просуммировать, то в общей сложности не более 6000 звёзд. В небольшой школьный телескоп можно насчитать до 25 тыс. звёзд. При фотографировании неба самыми мощными телескопами можно зафиксировать до 10 млрд. звёзд. Практически все они принадлежат нашей галактике «Млечный путь». Самая ближайшая из них Проксима Центавра находится на расстоянии 4,2 св.г., а самая ближайшая из галактик «Туманность Андромеды»(М31), находится на расстоянии 2,5 млн. св. лет.

Наряду со звёздами и планетами во Вселенной имеется газ и пыль, которые в основном сосредоточены в галактиках. Расстояния между галактиками огромно и примерно такое же, как расстояние от нашей галактики до Туманности Андромеды — 2,5 млн. св. лет. Эти части межгалактического пространства Вселенной представляет собой вакуум,то есть пространство, в котором нет никаких материальных объектов.

Галактики

Галактики разбросанные по просторам Вселенной разнообразны по своим формам.

Галактика «Сомбреро»

Галактика Сомбреро, или по-другому спиральная галактика M104, известна своим широким кольцом поглощающей пыли и сходством со шляпой. Галактика представлена на сегодняшней уникальной картинке изображениями с трех крупных космических телескопов в разных диапазонах электромагнитного спектра. Голубое изображение, полученное обсерваторией Чандра в высокоэнергичных рентгеновских лучах, свидетельствует о присутствии разреженного горячего газа, проникающего всюду по галактике, вплоть до 60 тысяч световых лет от центра. На зеленом оптическом снимке космического телескопа им. Хаббла видно наиболее знакомое свечение звезд Сомбреро. Среди звездных населений галактики выделяется околоядерный балдж, который мы видим почти с ребра. Широкая полоса пыли, которая поглощает свет во всех остальных спектральных диапазонах, светится в инфракрасном свете на желтом изображении телескопа Спицера. Галактика Сомбреро удалена от нас на 28 миллионов световых лет и находится на южном краю протяженного скопления галактик в Деве.

Галактика «Черный Глаз»

Галактика «Затмевающийся пары»

Пары перекрывающихся спиральных галактик, в окрестностях галактики NGC 253. Обе галактики являются более отдаленными, чем NGC 253

Галактика «Водоворот»

Это снимок галактики «Водоворот» (Whirlpool), которую можно назвать классической спиральной галактикой. Ее рукава, усеянные молодыми яркими звездами, просматриваются очень четко. «Водоворот» очень красивая галактика, поэтому астрономы (и особенно астрономы-любители) любят ее фотографировать. Этот снимок сделан как раз астрономами-любителями Гленом и Джоан Сордифф (Glen and Joan Saurdiff), которых пустили поработать на большой профессиональный телескоп в обсерватории Kitt Peak в Аризоне (есть такая программа поощрения астрономов-любителей). 
Галактика «Водоворот» находится в созвездии Гончих Псов на расстоянии 31 млн световых лет от Земли. У нее есть два официальных названия в каталогах: M51 и NGC 5194. Справа от «Водоворота» видна небольшая галактика NGC 5195, ее соседка (по номерам в каталоге они тоже соседствуют). По данным астрономов, NGC 5195 скользит по краю «Водоворота» вот уже несколько сотен миллионов лет. Отметим еще, что в прошлом году в галактике «Водоворот» взорвалась сверхновая (точнее, в прошлом году до нас дошел свет этого взрыва), и астрономы успели зафиксировать этот процесс. Тогда к наблюдениям был привлечен и космический телескоп Hubble.

Галактика «Спиральная»

Галактика, основным наблюдаемым элементом которой является вращающийся диск с выделяющимися на нем спиральными ветвями. К числу таких галактик относится наша Галактика и ближайшие крупные галактики — Туманность Андромеды (М31) и Туманность Треугольника (М33)

Разброс температур на объектах галактик во Вселенной очень велик, от 2,7 градуса К реликтового излучения вакуума до 70 тыс. градусов К на поверхности голубых звёзд и, согласно некоторым теориям, до миллиарда градусов K внутри. Температура поверхности нашего Солнца оценивается в 5780 градусов К, а в центре ядра до 15 000 000 К). Благодаря высоким температурам в них протекают термоядерные реакции, при этом образуются более тяжелые элементы.

Наблюдения являются основным способом изучения Вселенной, которые развиваются с соответствии с достижениями в фундаментальной науке и технике.

Современные земные обсерватории.

Комплекс ALMA в Чили

Это целый комплекс радиотелескопов, состоящий из 66 антенн. Комплекс ALMA является самым большим и дорогостоящим астрономическим объектом, который функционирует в данный момент на планете Земля.

Паранальская обсерватория

Паранальская обсерватория астрономических исследований Южного полушария. Обсерватория находится на вершине горы Серро-Параналь.

Обсерватория на Гавайских островах

Обсерватория Кека (W. M. Keck Observatory) — астрономическая обсерватория, расположенная на пике горы Мауна-Кеа (4145 метров над уровнем моря), на острове Гавайи, США. Телескопы обсерватории были крупнейшими в мире с 1993 по 2007 год, до введения в строй Большого канарского телескопа GTC(10,4 м). Имеют возможность работать в режиме астрономического интерферометра, для увеличения разрешающей способности. Оснащены активной и адаптивной оптикой. Астроклимат обсерватории — один из лучших в мире. Но лучший астроклимат конечно же в космосе, это понимает каждый астроном.

Космические телескопы.

Самую большую известность среди таких обсерваторий получил американский телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), который был доставлен на орбиту 24 апреля 1990 года в грузовом отсеке шаттла «Дискавери». Имея главное зеркало диаметром 2,4 метра, «Хаббл» оставался самым большим оптическим инструментом в космосе, пока в 2009 году Европейское космическое агентство не запустило туда же инфракрасный телескоп «Гершель» (Herschel Space Observatory) с диаметром зеркала 3,5 метра.

В апреле 2018 года компания SpaceX запустила в космос телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), нацеленного на дальний космос, он будет искать экзопланеты в радиусе до 200 световых лет от нас. Астрономы предполагают, что TESS откроет как минимум 20 тысяч новых миров, среди которых будет не меньше тысячи землеподобных.

Видео: Наша Вселенная