Ви є тут

Головна » Навчально-допоміжні матеріали » Лекції

Вступ до Астрономії

Українська
Астрономія – наука про походження та еволюцію небесних тіл (зір, планет, метеоритів та ін.) та утворювані ними системи. Слід зауважити, що розвиток сучасної фізики був би неможливим без астрономії і одним із найяскравіших прикладів тому є астрофізика надвисоких енергій.
Астрономія – одна з найдавніших наук, якщо не сама давня. Виникла вона на зорі людської цивілізації як спосіб орієнтування у просторі і часі, а згодом перетворилася на передовий апарат сучасних фундаментальних фізичних досліджень.
Об’єкти, з якими астрономія має справу: Сонце, планети, малі тіла Сонячної системи, міжзоряний та міжпланетний газ та пил, зорі та їх похідні, галактики та їх утворення.
Астрономія включає в себе: астрометрію, небесну механіку, зоряну (галактичну) астрономію, фізику Сонця, геліофізику, фізику планет, астрофізику, фізику міжзоряного середовища, космогонію, космологію, астрофізику надвисоких енергій, радіоастрономію, рентгенівську та гамма астрономію, нейтринну астрономію, космічну газодинаміку, позагалактичну астрономію та ін..
Основні етапи в розвитку астрономії
Споглядання зоряного неба та встановлення періодичності подій. Рух планет по Зодіаку, Місячні та Сонячні затемнення. Фалес (кінець VII – початок VI ст. до н.е.) передбачив затемнення. Але навряд чи він зміг зробити це самотужки, адже вавилонським астрологам знадобилося не одне століття для того, щоб встановити періодичність затемнень.
Теорії щодо походження та положення Землі та інших небесних світил. Парменід (540 – 480 рр до н.е.). В його системі світу вперше згадується, що Земля – куля!
Наприкінці XVI напочакту XVII століть Ньютон створює теорію всесвітнього тяжіння, а Кеплер – закони руху небесних тіл. Разом з цим починають з’являтися перші телескопи, здатні підтвердити або спростувати теоретичні розробки небесних механіків. Завдяки плідній співпраці теоретиків та спостерігачів у XVIII завершується робота над основами небесної механіки. Далі ця наука мала лише деякі незначні доповнення. В результаті було отримано повний розв’язок задачі двох тіл і висновок про неможливість розв’язання задачі багатьох тіл в загальному випадку.
Відкриття спектрального аналізу слугувало початком для створення такого розділу астрономії як астрофізика. Завдячувати цьому треба Уілльяму Хайду Волластону, який у 1802 році змайстрував перший спектроскоп.
Далі слідували такі значні події як відкриття позагалактичних об’єктів, створення теорій про еволюцію Всесвіту та багато іншого, на чому базуються вже сучасні знання про астрономію на вколишній світ вцілому.
Сучасні проблеми астрономії та астрофізики
Є кілька списків проблем астрономії та астрофізики, за якими передбачається майбутній розвиток астрономічної науки. Перший складався впродовж 30 років Віталієм Лазаревичем Гінзбургом і містив в собі проблеми з фізики та астрономії, серед яких до останньої мають відношення лише 10:
1. Загальна теорія відносності – її експериментальна перевірка.
2. Гравітаційні хвилі, їх детектування.
3. Космологічна проблема. Інфляція. -член та квінтесенція (темна енергія). Зв’язок між космологією та фізикою високих енергій.
4. Нейтронні зірки і пульсари. Наднові зірки.
5. Чорні діри. Космічні струни(?).
6. Квазари та ядра галактик. Утворення галактик.
7. Темна матерія (прихована маса) та її детектування.
8. Космічні промені надвисоких енергій та їх походження.
9. Гама спалахи. Гіпернові.
10. Нейтрино в фізиці та астрономії. Нейтринні осциляції.
Другий список був оприлюднений в 1997 році на конференції на Канарських островах Сендіджем, який сформулював 23 проблеми сучасної астрофізики, що були поділені на три тематичні групи:
Галактики
1. Що призводить до виникнення хаблівської послідовності: еволюція галактик чи початкові умови при їх формуванні?
2. Які параметри змінюються, а які лишаються незмінними вздовж цієї послідовності?
3. В чому причина розкиду характеристик галактик в межах одного хаблівського типу?
4. Від чого залежить спіральна структура (роль обертання галактик)?
5. Чи є початковий темп зореутворення основним механізмом, що визначає тип галактики?
6. Яка космогонія співвідношення морфологія – густина?
7. У чому полягає роль(якщо вона є) злиття галактик?
8. Яке походження та вік пилу (зокрема, роль зірок на еволюційній стадії асимптотичної гілки гігантів)?
Наша Галактика – Молочний Шлях
9. Розподіл віку, кінематики та хімічного складу для різних підсистем Галактики.
10. Космогонія цих розподілів.
11. Послідовність подій під час формування Молочного Шляхуго (який вигляд мала Галактика на початкових стадіях формування).
12. Співвідношення вік – металевість (відносний вміст важких елементів) для різних областей Галактики.
13. Розподіл об’єктів від зірок до каменів за їхніми масами.
14. Зоряні підрахунки для картографування гало та товстого диску.
Всесвіт: практична космологія
15. Реальність розширення Всесвіту.
16. Еволюція з часом (первинні галактики).
17. Шкала відстаней.
18. Параметр уповільнення.
19. Надлишок галактик.
20. Природа прихованої маси.
21. Відхилення від космологічного розширення.
22. Склад та походження міжгалактичного середовища (газу, пилу, каменів між галактиками).
23. Час утворення великомасштабної структури Всесвіту (чи є скупчення та групи галактик старими або молодими).
Джерела інформації в астрономії
Вся інформація, яку ми отримуємо від космічних об’єктів приходить до нас з випромінюванням і лише незначну частину навколоземного простору ми можемо досліджувати за допомогою штучних космічних апаратів та приладів. Наступний крок, який починає робити людина – активні експерименти в космосі, як зразок, можна навести приклад бомбордування комети Темпеля. Але, не дивлячись на все це, всеодно найголовнішим постачальником інформації для нас лишається випромінювання. Згадуючи попередньо перераховані розділи астрономії дане твердження можна легко перевірити та підтвердити. Саме цей факт створює специфіку астрономічних досліджень та астрономічних приладів, головним з яких є телескоп.
Телескопи: коротка характеристика
Телескоп своїм основним завданням має збирати якомога більше світла, тому намагаються робити якомога більші за діаметром телескопи, та давати змогу роздивитися об’єкт під більшим кутом зору. Змінюючи ці параметри виготовляють телескопи, що призначені для абсолютно різних цілей: від спостережень Сонця до найбільш далеких та слабких джерел випромінювання.
Телескопи, що використовуються для оптичних досліджень можна поділити на дві основні групи: рефрактори та рефлектори. Відповідно перші своїм основним елементом мають лінзу, другі – дзеркало. Дзеркальні телескопи мають певний ряд переваг в порівнянні з лінзовими, проте недоліками вони теж не позбавлені. До рефракторів можна навести приклад найпростіших телескопів із збиральною лінзою в об’єктиві та збиральною або розсіючою лінзою в окулярі. Перший окуляр дає перевернуте зображення, другий пряме, проте для астрономів це не має великого значення. Чому? У лінзових телескопів можна виділити три основні системи (хоча насправді їх існує набагато більше): Ньютона, Кассегрена, меніскова система Максутова.