Предмет астрономии. §1. Вид Солнца в разных диапазонах электромагнитных волн

Основные разделы астрономии

Астрономия - наука о Вселенной.

Предмет астрономии

Астрономия-

Астрономия изучает космические объекты, космические явления и космические процессы.

Астрономия изучает основные физические характеристики, происхождение, строение, состав, движение и эволюцию космических объектов. Космические объекты - это космические тела и обладающие определенной организацией системы космических тел. Под космическими телами мы будем понимать все рассматриваемые астрономией физические тела - структурные элементы Вселенной. В число основных типов космических объектов входят планетные тела (планеты и их спутники, астероиды, кометы, метеорные тела), звезды, туманности, космическая среда.

Космические тела, входящие в составкосмических систем, обычно имеют общее происхождение, взаимосвязаны гравитационными и магнитными полями и перемещаются в пространстве как единое целое. В число основных типов космических систем входят планетные системы, звездные системы (двойные звезды, звездные скопления), галактики, Метагалактика и вся Вселенная. Системы космических тел обладают новыми качествами, не присущими каждому из отдельно взятых элементов этой системы: новые звезды образуются только внутри гигантских космических систем - галактик; жизнь может существовать лишь на поверхности тел, входящих в планетные системы отдельных звезд и т. д.

Космическими явлениями называются физические явления, возникающие при взаимодействии космических тел и протекании космических процессов. Примерами космических явлений можно назвать существование спутников у массивных космических тел, движение планет, солнечную активность и т.д.

Космические процессы представляют собой совокупность физических процессов, лежащих в основе возникновения, существования и развития космических объектов, основные этапы их эволюции. Они обусловливают главные физические характеристики космических объектов и их систем, а также возникновение и протекание космических явлений. Примерами космических процессов можно назвать образование, существование и эволюцию звезд, планет, галактик и всей Вселенной.

Классическая астрономия объединяет в себе ряд разделов астрономии, основы которых были разработаны задолго до начала ХХ века, но не потеряли своей теоретической и практической значимости до настоящего времени:

Астрометрия включает в себя сферическую астрономию, практическую астрономию и фундаментальную астрометрию.

Сферическая астрономия изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическими основами счета времени.

Фундаментальная астрометрия ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов.

Практическая астрономия занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике.

Небесная механика исследует движение космических тел под действием сил тяготения. Исследование движения небесных объектов предусматривает установление общих закономерностей движения и определение для произвольного момента времени положения и скорости изучаемого объекта по отношению к избранной системе координат. Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики.

Современная астрономия включает в себя разделы: астрофизику, звездную статистику, космогонию и космологию.

Астрофизика изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д.

Космогония изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем.

Космология исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии.

Далее следует изложить материал об основных этапах развития астрономии и связи астрономии с другими науками. При этом учитель постоянно обращает внимание школьников на то, что астрономия возникла и развивалась на основе практических потребностей человека (применение астрономических знаний людьми раскрывается на примерах из разных эпох) и составляет существенную неотъемлемую часть мировой культуры.

Другим, более эффективным методом изложения данного материала может служить рассказ-беседа, в которой ученики принимают непосредственное участие: задают вопросы, просят разъяснить или изложить более подробно заинтересовавший их материал и даже комментируют рассказанное учителем.

Значение астрономии определяется важностью ее вклада в создание научной картины мира, так как астрономические знания лежат в основе системы представлений о наиболее общих законах строения и развития Вселенной. Уровень развития астрономии определяет основы мировосприятия широких масс населения в данную эпоху, формирует базовые идеи науки и особенности мировоззрения ученых.

Более 3,5 тысяч лет назад, в эпоху синкретичности науки и культуры, астрономия не выделялась в особую область познания. Мифологический характер осмысления окружающего мира обусловливался космической взаимосвязью всего сущего. "Земное" и "космическое" было нераздельно-слиянным.

Насущная практическая потребность в астрономических знаниях для определения времени и ориентации на местности, составления географических карт и календарей стимулировала развитие математики, особенно вычислительной, геометрии и тригонометрии. Изобретение угломерных приборов и создание собственного математического аппарата привело к выделению астрономии из общей суммы человеческих знаний об окружающем мире в отдельную, первую из естественных наук.

С эпохи образования государств Древнего мира до позднего Средневековья объекты астрономии предельно идеализируются и обособляются, противопоставлялось объектам земного мира, их характеристики и поведение не рассматриваются в рамках зарождающихся "земных" наук - физики, химии, географии. Астрономия вносит огромный вклад в их развитие (особенно географии), но сами естественные науки оказывают ничтожно малое влияние на развитие астрономии лишь через технологию создания астрономических инструментов.

Доклад 4 Первая революция в астрономии произошла в различных регионах мира в разное время в промежутке между 1,5 тыс. лет до н.э. и II век н.э. и была обусловлена прогрессом математических знаний. Главными ее достижениями стало создание сферической астрономии и астрометрии, универсальных точных календарей и геоцентрической теории, ставшей итогом развития астрономии античного мира и способствовавшей формированию формально-логического мышления и схоластического мировоззрения.

К началу XVI века прогресс научно-технических знаний сократил разрыв в степени развития астрономии и других естественных наук. Уровень знаний об окружающем мире стал выше уровня знаний почти не развивавшейся с начала нашей эры астрономии и перестал вписываться в прежние космологические рамки. Потребность приведения в единую систему всей суммы накопленных знаний вместе с первым мощным влиянием физики на астрономию - изобретением телескопа – привела к краху схоластического мышления и торжеству гелиоцентрической теории.

Доклад 5 Вторая революция в астрономии (XVI-XVII вв.) была обусловлена прогрессом знаний о природе, в первую очередь физических, и сама стимулировала первую революцию естественных наук в XVII-XVIII веках. Для науки того времени характерна теснейшая связь между астрономией и физикой. Все великие физики того времени были астрономами, и наоборот; законы и теории физики выводились и проверялись на основе результатов астрономических наблюдений. Астрономические явления и свойства небесных объектов объяснялись на основе физических знаний. В астрономии стало исследоваться не только видимое расположение, размеры и перемещение небесных светил, но и некоторые физические характеристики: движение, размеры и масса небесных тел. Установление единства законов природы для всей Вселенной, создание классической механики Ньютона и теории Всемирного тяготения уничтожило противопоставление между "земным" и "небесным" и сделало астрономию одной из естественных наук.

Важнейшими достижениями астрономии Нового времени стали: создание, объяснение и подтверждение гелиоцентрической теории, законов движения планетных тел, теории Всемирного тяготения, небесной механики, изобретение оптических телескопов, открытие новых планет, спутников, пояса астероидов, комет, метеороидов, изучение основных характеристик Солнечной системы и входящих в ее состав космических тел, звездных систем и туманностей, создание первых научных космогонических и космологических гипотез.

Эволюция астрономических знаний привела к возникновению и развитию некоторых философских учений: вульгарного (механического) материализма и объективного идеализма Канта и Гегеля.

В дальнейшем бурное развитие и растущая дифференциация естественно-математических наук привели к обособлению физики от астрономии, сопровождающемуся "потребительским" отношением к физике со стороны астрономов и недооценкой физиками роли астрономии в создании общей системы физических знаний.

Доклад 6 Создание новых методов астрономических наблюдений на основе новых физических открытий (спектроскопии, фотографии, фотометрии) и увеличение мощности астрономических инструментов привело к качественному скачку в знаниях о физической природе космических объектов и их систем, космических процессов и явлений и к возникновению нового, самого обширного и многообещающего раздела современной астрономии - астрофизике, а также космохимии. Исследования химического состава космических тел подтвердили материальное единство Вселенной. Был проведен ряд исследований и сделаны открытия, значительно расширившие знания о Вселенной: измерены межзвездные расстояния, открыта межзвездная среда, новые классы космических тел, установлены закономерности в физических характеристиках звезд, исследована структура Галактики. Однако астрономия оставалась в целом "статичной" наукой, изучавшей неизменную во времени Вселенную, отсутствовала генетическая связь между космическими объектами разного типа, верная интерпретация диаграммы Герцшпрунга-Рессела, теории важнейших космических процессов, ответы на вопросы космогонии и космологии. Астрономия была чисто "наблюдательной" и "оптической" наукой, исследовавшей космос лишь в узком диапазоне частот излучения видимого света. Астрономия довольно успешно применяла знания по классической физике, волновой оптике, термо- и электродинамике для объяснения новых открытий и создания инструментов, однако физики практически перестали использовать астрономические данные в своих работах. Возможно, это послужило одной из причин кризиса физики в конце XIX века и отразилось на развитии астрономии в начале ХХ века.

Теоретические основы новой революции в астрономии заложили создание общей теории относительности А. Эйнштейна и теория нестационарной Вселенной А.А. Фридмана. Возникновение и развитие радиофизики, электроники, кибернетики и космонавтики обеспечило ее практические (инструментальные) основы. Огромную роль сыграло создание новых методов исследования: теоретической и экспериментальной физики, современной математики и вычислительной техники (ЭВМ) и вовлечение в астрономию ученых других специализаций, в первую очередь физиков.

Третья революция в астрономии (50-70 гг. ХХ века) целиком обусловлена прогрессом физики и ее влиянием на технологию.

Астрономия стала всеволновой ивсекорпускулярной : космические объекты наблюдаются во всем диапазоне электромагнитного излучения и испускания элементарных частиц.

Астрономия становится экспериментальной : средства космонавтики позволяют проводить прямое изучение космических тел, явлений и процессов.

Астрономия приобрела эволюционный характер: космические объекты исследуются на протяжении всей эволюции и во взаимосвязи между собой.

Основные достижения современной астрономии:

1. Объяснение эволюции звезд, основанное на создании их моделей и подтверждающееся данными наблюдений.
2. Исследование общей динамики галактик, объяснение структуры спиральных галактик, открытие активности галактических ядер и квазаров.
3. Установление структуры Метагалактики; достаточно полные представления о процессах во Вселенной в интервале 7-10 миллиардов лет от настоящего времени.
4. Подтверждение теории формирования звезд и планетных систем из газопылевых комплексов и теории нестационарной Вселенной.
5. Значительное расширение сведений о природе и физических характеристиках планетных тел Солнечной системы и Солнца, полученных в результате космических исследований.

Доклад 7 Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.).

Доклад 8 Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности.

Доклад 9 Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Все космические объекты и их системы, подобно биологическим, эволюционируют с характерными для них шкалами времени. Эволюция неживой и живой материи идет "от простого к сложному", существование и развитие объектов обусловлено внутренними динамическими процессами; движущими факторами эволюции являются расширение Метагалактики (Вселенной) и гравитационная неустойчивость.

Все остальные естественные науки не являются эволюционными: действие фундаментальных законов физики извечно и не зависит от времени, необратимые процессы исследуются лишь в некоторых разделах физики (термодинамике); законы химии также обратимы и могут рассматриваться как описание физических взаимодействий электронных оболочек атомов; география и геология, в самом широком смысле, являются разделами астрономических наук планетологии и планетографии.

Эволюционный характер астрономии обеспечивает возможность классификации космических объектов и их систем по принципам науки типологии и исследование их в рамках системного подхода, с выявлением общего в объектах и явлениях, ограничения числа возможных вариантов структур и поведения систем, как одно из проявлений действия методологического принципа симметрии.

Взаимосвязь астрономии и биологии обусловлена взаимным влиянием эволюций неживой и живой природы. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной, проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли:

1. Возникновение жизни на Земле подготовлено ходом эволюции неживой материи во Вселенной.
2. Существование жизни на Земле определяется постоянством действия космических факторов: мощностью и спектральным составом солнечного излучения, неизменностью основных характеристик орбиты Земли и ее осевого вращения, наличием магнитного поля и атмосферы планеты.
3. Развитие жизни на Земле во много обусловлено плавными незначительными изменениями в действии космических факторов, сильные изменения ведут к катастрофическим последствиям.
4. На определенном этапе своего развития жизнь становится фактором космического масштаба, оказывающим влияние на физико-химические характеристики планеты: состав и температуру атмосферы, гидросферы и верхних слоев литосферы.
5. В настоящее время деятельность человечества становится фактором космического масштаба, оказывающим воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу Земли и околоземное космическое пространство, а в перспективе - на всю Солнечную систему. Экологические проблемы начинают играть особую роль в существовании человечества; экология становится космической.
6. Разумная деятельность Сверхцивилизаций может оказывать влияние на эволюцию неживой и живой материи в масштабах Галактики и даже Метагалактики.

Вопросами, объяснение которых требует совместных усилий астрономов и биологов, являются:

1. Возникновение и существование жизни во Вселенной (экзобиология: происхождение, распространенность, условия существования и развития, пути эволюции).
2. Процессы, лежащие в основе космическо-земных связей.
3. Практические вопросы космонавтики (космическая биология и медицина), изучающих жизнедеятельность земных организмов в условиях космического пространства, влияние космических полетов на здоровье и работоспособность людей, разработку систем жизнеобеспечения управляемых космических аппаратов и т.д.
4. Космическая экология.
5. Возникновение и существование, пути развития внеземных цивилизаций (ВЦ), проблемы связи и контакта с внеземными цивилизациями.
6. Роль человека и человечества во Вселенной (возможность зависимости космической эволюции от биологической и социальной).

Растущая взаимосвязь астрономии с естественно-математическими науками обусловлена современными тенденциями в развитии познания окружающего мира: разрастанию и укреплению "межнаучных" связей и ликвидации монополизма на исключительно "свои" объекты науки с использование собственных специфических методов исследования.

Астрономия - наука, которая изучает движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Нагроможденные ею знания применяются для практических потребностей человечества.

Астрономия есть одной из найстародавніших наук, она возникшая на основе практических потребностей человека и развивалась вместе с ними. Элементарные астрономические сведения уже тысячи лет тому имели народы Вавілону, Египту, Китаю и применяли их для измерения времени и ориентирование за сторонами горизонта.

І в наше время астрономию используют для определения точного времени и географических координат (в навигации, авиации, космонавтике, геодезии, картографии). Астрономия помогает исследовать и осваивать космическое пространство, развивать космонавтику и изучать нашу планету из космоса. Однако этим далеко не исчерпываются задача, которые она решает.

Наша Земля - часть Вселенной. Месяц и Солнце спричиняють на ней приплыви и отплыви. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Механизмы влияния разных космических тел на Землю также изучает астрономия.

Курс астрономии завершает физико-математическое и естественно-научное образование, которое вы приобретаете в школе.

Современная астрономия тесно связана с математикой и физикой, биологией и химией, географией, геологией и космонавтикой. Используя достижение других наук, она в свою очередь обогащает их, стимулирует развитие, выдвигая перед ними все новые задачи.

Изучая астрономию, следует обращать внимание на то, какие сведения являются достоверными фактами, а которые - научными предположениями, которые со временем могут измениться.

Астрономия изучает в космосе вещество в таких станах и масштабах, которые нельзя создать в лабораториях, и этим расширяет физическую картину мира, наши представления о материи. Все это важно для развития диалектико-материалистического представления о природе.

Заведомо определяя наступление затемнений Солнца и Луны, появление комет, показывая возможность естественно-научного объяснения происхождения и эволюции Земли и других небесных тел, астрономия подтверждает, что границы человеческому познанию нет.

В прошлом столетии один из философов-идеалистов, доказывая ограниченность человеческого познания, твердил, что, хотя люди и сумели измерить расстояния к некоторым светилам, они никогда не смогут определить химический состав звезд. Тем не менее в скором времени было открыто спектральный анализ, и астрономы не только установили химический состав атмосфер зрение, а и определили их температуру. Несостоятельными оказались и много других попыток установить границы человеческого познания. Так, ученые сначала теоретически оценили температуру месячной поверхности, потом измерили ее из Земли с помощью термоэлемента и радіометодів, со временем эти данные были подтверждены приборами автоматических станций, которые их создали и послали на Луну люди.

Масштабы Вселенной.

Вы уже знаете, что естественный спутник Земли - Луна - есть ближайшим к нам небесным телом, что наша планета вместе с другими большими и малыми планетами входит в состав Солнечной системы, что все планеты оборачиваются вокруг Солнца. В свою очередь Солнце, как и все видимые на небе звезды, входит в состав нашей звездной системы - Галактики. Размеры Галактики настолько большие, что даже свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит расстояние от одного ее края к другому за сто тысяч лет. Таких галактик во Вселенной множество, но они очень далеко, и мы невооруженным глазом можем видеть лишь одну из них - туманность Андромеды.

Расстояния между отдельными галактиками обычно у десятки раз превышают их размеры.

Зори является найпоширенішим типом небесных тел во Вселенной, а галактики и их сосредоточение - его основными структурными единицами. Пространство между звездами в галактиках и между галактиками заполненный очень разреженной материей в виде газа, пыли, элементарных частичек, электромагнитного излучения, гравитационных и магнитных полив.

Изучая законы движения, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем, астрономия дает нам представление о строении и развитии Вселенной в целом.

Источники дидактики астрономии и связь ее с другими науками

Источники дидактики астрономии как науки: методологической основой дидактики астрономии является диалектико-материалистическая теория познания, учение об обучении и воспитании; теория развивающего обучения; психологическая теория деятельности и современная теория формирования научных понятий; идея системного подхода в обучении и дидактические принципы единства обучения, воспитания и развития, научности и систематичности, сознательности и творческой активности учащихся, наглядности, прочности усвоения знаний и всестороннего развития познавательных сил учащихся.

Поскольку процесс учебного познания является отражением научного познания, дидактика астрономии связана с общественными, гуманитарными и естественно-математическими науками.

Связь дидактики астрономии с философией обусловлена тем, что астрономия как наука имеет не только специальный, но и общечеловеческий, гуманитарный аспект, вносит наибольший вклад в выяснение места человека и человечества во Вселенной, в изучение отношения "человек - Вселенная". Астрономия отвечает на ряд коренных, мировоззренческих вопросов. Важнейшей задачей преподавания астрономии является формирование научного мировоззрения учащихся, развитие у них естественнонаучного стиля мышления и понятия о физической картине мира как синтеза астрономических, физических и философских понятий и идей. В обучении астрономии нельзя обойтись без философских обобщений. В процессе обучения астрономии учащиеся должны постепенно знакомиться с тем, как строится научное познание, с методами науки и законами научного познания, что также требует возвращения к проблемам философского характера, поскольку исследование особенностей, законов, общих методов познания - предмет философии.

При исследовании любых объектов познания астрономии можно наблюдать проявление основных, фундаментальных законов, хотя по ряду причин (возрастные особенности учащихся, ограниченность учебного времени и т.д.) не все они пригодны для демонстрации действия этих законов во Вселенной в ходе обучения астрономии в общеобразовательной школе; учитель должен выбирать те из них, в которых действие законов философии проступает наиболее зримо.

Из философских принципов при изучении астрономии в школе следует раскрывать те, которые: 1) проявляются при рассмотрении ряда объектов познания астрономии, изучаемых в курсе, и органически связаны с учебным материалом; 2) необходимы для более глубокого и правильного понимания сущности астрономических законов и теорий, космических объектов, процессов и явлений; 3) логичнее всего раскрываются при изложении астрономического материала, а не в ходе изучения других учебных дисциплин.

При определении круга философских обобщений, которые могут и должны быть сделаны в процессе изучения астрономии, нужно исходить из принципов:
1. Учета мировоззренческой значимости философского положения и его места в логике философии.
2. Учета связи философского принципа (положения) с содержанием курса и его роли в понимании астрономического материала.
3. Учета доступности.

В основании формируемой в сознании учащихся научной картины мира должны лежать также философские положения: материальности мира; связи материи и движения; несотворимости и неуничтожимости материи и движения; существования движущейся материи в пространстве и времени; понятия пространства и времени; многообразия и качественного своеобразия форм материи и взаимосвязи между ними; материальном единстве мира; Вселенной. Весь курс астрономии с самого начала должен изучаться под углом зрения этих положений. Учащиеся должны знакомиться с ними с первых уроков астрономии для обеспечения материалистического истолкования всех изучаемых в курсе объектов познания астрономии. Широта и общность этих понятий требует обобщений широкого и разностороннего материала, охватывающего ряд разделов курса астрономии, базирующихся на философских положениях, исходящих из закона единства и борьбы противоположностей, закона перехода количественных изменений в качественные, положениях о несотворимости и неуничтожимости материи, о роли практики в познании, о конкретности и относительности истины, которые можно раскрыть лишь после того, как на уроках будут рассмотрены те объекты познания астрономии, в которых проявляется (подтверждается) их действие.

К пониманию чрезвычайно широких и общих философских принципов познаваемости мира, объективности знания, взаимосвязи и взаимообусловленности явлений, о материальном единстве мира учащиеся подводятся постепенно, по мере изучения курсов астрономии и физики.

Каждое философское положение должно рассматриваться на уроке не во всей его полноте всеобщности, а как естественное обобщение того конкретного астрономического материала, из которого оно вытекает. Философские выводы должны выступать перед учащимися как наиболее общие закономерности, обнаруживаемые в процессе познания природы и в самой природе.

Психология раскрывает закономерности психической деятельности учащихся в процессе обучения, объясняет восприятие ими окружающего мира, особенности мышления и овладения знаниями, умениями и навыками; пути формирования устойчивых познавательных интересов и склонностей. Данные возрастной психологии и психологии обучения учитываются при построении курса астрономии, выборе методов для каждого этапа обучения, определения места и отношения теории и практики и т.д.

Данные физиологии учитываются при построении учебного процесса с учетом возрастных особенностей организма учащихся.

Как один из разделов общей педагогики, дидактика астрономии имеет неразрывную связь с другими педагогическими науками.

Неразрывная связь дидактики астрономии с общей педагогикой и теорией образования и обучения обусловлена тем, что дидактика астрономии сама является лишь одной из областей (отраслей) педагогики, исследующей процесс обучения основам одной из конкретных естественно-математических наук на основе совокупности теорий образования, воспитания и развития подрастающего поколения, рассматривающих основные, наиболее общие и важные проблемы познавательной деятельности людей, и положения и закономерности, свойственные процессу обучения для всех учебных дисциплин.

Связь дидактики астрономии с дидактиками других естественно-математических учебных дисциплин обусловлена сложными, многообразными, постоянно углубляющимися связями между самими науками.

Растущая взаимосвязь астрономии с другими естественно-математическими науками обусловлена современными тенденциями в развитии познания окружающего мира, разрастанию и укреплению "межнаучных" связей и ликвидации монополизма на исключительно "свои" объекты науки с использованием собственных специфических методов исследования.

По мере развития науки происходит углубление и расширение процесса познания. Наука стремится к всестороннему изучению всех своих объектов и установлению всеобщей связи процессов и явлений в единстве с окружающим миром.

Наиболее тесно астрономия связана с физикой.

Астрономия использует физические знания для объяснения космических явлений и процессов, установления природы и основных характеристик и свойств космических объектов и их систем. Уровень современных физических знаний достаточен для объяснения большинства явлений и процессов в макро- и микромире, основанных на взаимодействиях атомных ядер, электронных оболочек атомов и квантов электромагнитного излучения - с их помощью во Вселенной можно объяснять возникновение, состав, строение, энергетику, движение, эволюцию и взаимодействие звезд, туманностей, планетных тел и их систем.

Физика использует данные астрономических наблюдений для корректировки известных физических законов и теорий; открытия новых физических явлений, процессов и закономерностей; экспериментального подтверждения законов и теорий; исследования принципиально не воспроизводимых или трудновоспроизводимых в земных лабораториях физических объектов, явлений и процессов (термоядерные реакции, поведение горячей плазмы в магнитном поле, эффекты релятивистской теории и т.д.).

На этой основе быстро развивается процесс интеграции физики и астрономии, объединенных в астрофизику. Предметами изучения в современной астрофизике и физике элементарных частиц стала область субъядерных взаимодействий, некоторые аспекты взрывов звезд, активности галактических ядер и квазаров, нейтронные звезды и черные дыры, проблема "скрытой массы", сингулярности и осцилляций Вселенной. Создается единый понятийный аппарат: астрофизические понятия, являясь понятиями астрономическими, в то же время могут рассматриваться как физические, отнесенные к космическим объектам, явлениям и процессам. Физика высоких энергий и космология совместно разрабатывают теорию Великого объединения, сводящую виды физических взаимодействий к единому началу и объясняющую антропный принцип и перспективы развития материального мира в целом.

Взаимодействие этих наук привело к коренному изменению многих прежних способов применения астрономических знаний. Так, например, необходимость в точном определении моментов и промежутков времени стимулировала развитие астрономии и физики; вплоть до середины ХХ века астрономические способы измерения, хранения времени и его эталоны лежали в основе мировой Службы Времени; в настоящее время развитие физики привело к созданию более точных способов определения и эталонов времени, которые стали использоваться астрономами для исследования явлений, лежавших в основе прежних способов измерения времени. До середины ХХ века основными способами определения географических координат местности, морской и сухопутной навигации были астрономические наблюдения. С появлением радиофизики и космонавтики, широким применением радиосвязи и навигационных спутников в астрономических методах нужда в какой-то мере отпала, и сейчас вышеупомянутые разделы физики и технологии позволяют астрономам и географам уточнять фигуру и некоторые другие характеристики Земли.

Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства; наиболее известным, хрестоматийным примером стало создание и развитие космонавтики.

Вышесказанное обусловило теснейшую связь дидактики астрономии и методики преподавания физики - теории и практики обучения физике в средних и высших учебных заведениях: часть учебного материала изучается в рамках обеих учебных дисциплин; предметы изучения частично перекрываются; много общего в методах изложения и контроля за усвоением учебного материала.

Межпредметные связи и проблемы интеграции астрономии и физики в средних учебных заведениях рассматривались в работах Р.Я. Ерохиной, Д.Г. Кикина, А.Ю. Румянцева, Е.К. Страута и многих других ученых [ ; ; ; ; и т.д.].

Межпредметные связи курсов астрономии и математики исторически обусловлены их глубоким взаимным развивающим влиянием, необходимостью и результативностью широчайшего применения в науке математических знаний, математических способов обработки информации.

Пропедевтика астрономических знаний в школе начинается на уроках математики в I классе при формировании представлений о способах и единицах измерения времени, календарях. Элементы астрономии обогащают курс математики, демонстрируют универсальность математических методов, увеличивают интерес учащихся к изучению математики. Решение задач с астрономическим содержанием позволяет сделать их более наглядными, доступными и интересными.

Умения и навыки, приобретенные при изучении математики, используются в курсе астрономии (применение приемов приближенных вычислений при решении задач и проведении расчетов, оценивающих порядок величины; замена тригонометрических функций малых углов значениями самих углов в радианной мере; пользование логарифмической шкалой; использование калькуляторов и персональных компьютеров и т.д.).

Математическая подготовка учащихся выпускных классов вполне достаточна для успешного формирования понятий разделов классической астрономии и позволяет усваивать знания по астрофизике и космологии; особенности построения и содержания курса математики средней школы позволяют изучать в его рамках ряд вопросов сферической астрономии и астрофотометрии (небесная сфера; время и календарь; определение небесных и географических координат; определение блеска, светимости и абсолютной звездной величины звезд; измерение космических расстояний и размеров космических тел и т.д.).

Межпредметные связи курсов астрономии и математики довольно подробно рассматривались в работах А.И. Фетисова, О.М. Лебедевой и других ученых [ ; ; и др.].

Астрономию и химию связывают вопросы происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения элементов в Метагалактике, сочетание и миграция атомов при образовании вещества в космосе, эволюция изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем не воспроизводимы в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т.д.).

В основе межпредметных связей астрономии и химии в средней школе лежит изучение вещества.

Учитель астрономии может использовать усвоенные при изучении химии сведения о свойствах различных химических соединений, составе и строении веществ и т.д., расширяя возможности применения знаний в различных ситуациях для более глубокого усвоения отдельных понятий и закономерностей. Многообразие астрономических явлений может использоваться для демонстрации и объяснения различия между физическими и химическими явлениями, наиболее заметными на примере изучения плазмы, - состояния вещества, наиболее распространенного в Метагалактике.

Можно предложить опережающее изучение в курсе химии астрономического материала о возникновении химических элементов; о термоядерных реакциях и образовании тяжелых химических элементов в недрах звезд; эволюции вещества в Метагалактике; реакциях синтеза сложных органических соединений в туманностях; о распространенности химических элементов, их изотопов и химических соединений в космосе; о химии Солнечной системы: составе Солнца и планетных тел; внутреннем строении Земли и планет, сложных химических реакциях, протекающих в их недрах под действием высоких давлений и температур; кометах; парниковом эффекте в атмосферах Земли и Венеры; образовании и химической эволюции атмосферы, гидросферы и литосферы Земли, роли в ней биогенных факторов и т.д.

Межпредметные связи курсов химии и астрономии рассматривались в работах Г.И. Осокиной и других ученых [ ; и др.].

Астрономию и физическую географию, а также геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т.д.) и влияние космических факторов на географию и геологию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли; магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т.д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца, вращения Луны вокруг Земли и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности.

Межпредметные связи астрономии и географии в российской школе имеют глубокие исторические традиции. Главной целью развития астрономических знаний в России и основной деятельностью русских астрономов ХVШ - XIX века было их применение для улучшения картографии, требующее знаний, умений и навыков проведения астрономических наблюдений, на основе которых определяются горизонтальные и экваториальные небесные координаты светил и точное время; о целенаправленности обучения говорит само название учебной дисциплины - "математическая география". До начала 50-х годов нашего века до 30 - 40% школьных учителей астрономии были выпускниками естественно-географических факультетов пединститутов; астрономическая подготовка учителей географии была прекращена в 1971 году.

Поскольку в настоящее время в средней общеобразовательной школе изучение курса физической географии значительно опережает изучение астрономии, следует использовать межпредметные связи наук для пропедевтики астрономических (в основном астрометрических) знаний в среднем звене: помимо материала о некоторых физических характеристиках, внутреннем строении, рельефе, гидросфере и атмосфере Земли, в курсе географии рассматриваются отдельные стороны развития литосферы и методы определения возраста горных пород, что имеет определенное отношение к космогонии; влияние отдельных космических явлений на земные процессы и явления; предусматривается проведение наблюдений ряда небесных явлений: восхода, захода и полуденной высоты Солнца, фаз Луны, обучение ориентации на местности по Солнцу. При изучении астрономии ряд понятий курса географии актуализируется, повторяется, обобщается и закрепляется на новом более высоком уровне при использовании объяснения природы небесных явлений, порожденных вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца (условия видимости светил на разных широтах, часовые пояса, местное и декретное время, смена времен года и т.д.); при изучении материала о Земле, как одной из планет Солнечной системы и основных физических характеристик, внутреннего строения, рельефа, физических условий на поверхности планетных тел; теории формирования планетных систем.

Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как эволюция живой материи изучается биологией. Все космические объекты и их системы, подобно биологическим, эволюционируют с характерными для них шкалами времени. Эволюция неживой материи идет "от простого к сложному". Существование и развитие объектов обусловлено внутренними динамическими процессами; движущими факторами эволюции являются расширение Метагалактики (Вселенной) и гравитационная неустойчивость. Взаимосвязь астрономии и биологии обусловлена взаимным влиянием эволюций неживой и живой природы.

Все остальные естественные науки не являются в полной мере эволюционными: они претерпевают изменения лишь в свете развития идей и понятийного аппарата, методов и инструментов исследований, позволяющих расширять и углублять наши знания об объектах познания данных наук, но сами материальные объекты при всем богатстве их взаимных связей не эволюционируют: действие фундаментальных законов физики извечно и не зависит от времени, необратимые процессы исследуются лишь в некоторых разделах физики (термодинамике и т.д.); законы химии также обратимы и могут рассматриваться как описание физических взаимодействий электронных оболочек атомов; география и геология, в самом широком смысле, являются разделами астрономических наук планетологии и планетографии.

Межпредметные связи курсов астрономии и биологии можно подразделить на несколько уровней.

При осуществлении уровня базовых знаний в изложении материала темы происходит непосредственное смыкание основного содержания обоих предметов. Таких точек соприкосновения сравнительно немного: тема "Происхождение жизни на Земле" предполагает определенный уровень знаний о Земле как планете, а также об образовании и развитии Земли как космического тела. Другими точками соприкосновения являются разделы темы "Экология" - "Факториальная экология", в котором рассматриваются космические факторы как экологические, и "Учение о биосфере", где рассматривается биосфера как открытая система, для существования которой необходим определенный поток энергии из космоса.

Вопросами, объяснение которых требует совместных усилий астрономов и биологов, являются:

1. Возникновение и существование жизни во Вселенной (экзобиология: происхождение, распространенность, условия существования и развития жизни, пути эволюции).
2. Процессы и явления, лежащие в основе космическо-земных связей.
3. Практические вопросы космонавтики (космическая биология и медицина).
4. Космическая экология.
5. Возникновение и существование, пути развития внеземных цивилизаций (ВЦ), проблемы контакта с ВЦ.
6. Роль человека и человечества во Вселенной (возможность зависимости космической эволюции от биологической и социальной).

Некоторые из этих вопросов могут быть частично включены во второй уровень межпредметных связей - уровень расширенных знаний.

Особое внимание учащихся должно обращаться на следующие положения:

1. Возникновение жизни на Земле подготовлено ходом эволюции неживой материи во Вселенной.
2. Существование жизни на Земле определяется постоянством действия космических факторов: мощностью и спектральным составом солнечного излучения, неизменностью основных характеристик орбиты Земли и ее осевого вращения, наличием магнитного поля и атмосферы планеты.
3. Развитие жизни на Земле во многом обусловлено плавными незначительными изменениями космических факторов; сильные изменения ведут к катастрофическим последствиям (раздел "Генетика": космические лучи и их рассмотрение как мутагенных факторов).
4. На определенном этапе своего развития жизнь становится фактором космического масштаба, оказывающим влияние на физико-химические характеристики основных оболочек планеты (например, состав и температуру атмосферы, гидросферы и верхних слоев литосферы).
5. В настоящее время деятельность человечества становится фактором глобального геофизического и даже космического масштаба, оказывающим воздействие на атмосферу, гидросферу, литосферу Земли и околоземное космическое пространство, а в перспективе - на всю Солнечную систему. Экология становится космической.
6. Разумная деятельность сверхцивилизаций может оказывать влияние на эволюцию неживой и живой материи в масштабах Галактики и даже Метагалактики.

Структура астрономии как научной дисциплины

Внегалактическая астрономия: гравитационное линзирование . Видно несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются многократными изображениями одной галактики, размноженными из-за эффекта гравитационной линзы от скопления жёлтых галактик возле центра фотографии. Линза создана гравитационным полем скопления, которое искривляет световые лучи, что ведёт к увеличению и искажению изображения более далёкого объекта.

Современная астрономия делится на ряд разделов, которые тесно связаны между собой, поэтому разделение астрономии в некоторой мере условно. Главнейшими разделами астрономии являются:

• Астрометрия - изучает видимые положения и движения светил. Раньше роль астрометрии состояла также в высокоточном определении географических координат и времени с помощью изучения движения небесных светил (сейчас для этого используются другие способы). Современная астрометрия состоит из:
  • фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений и определение числовых значений астрономических параметров, - величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;
  • сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;
• Теоретическая астрономия даёт методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
• Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их систем.

Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел), и их часто называют классической астрономией .

• Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую (наблюдательную) астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой, на основании законов физики, даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам исследования.

• Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи с учётом их физических особенностей.

В этих двух разделах в основном решаются вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел).

• Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
• Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.

На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела астрономии решают её третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел).

Курс общей астрономии содержит систематическое изложение сведений об основных методах и главнейших результатах, полученных различными разделами астрономии.

Одним из новых, сформировавшихся только во второй половине XX века , направлений является археоастрономия , которая изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения, исходя из явления прецессии Земли .

Звёздная астрономия

Планетарная туманность Муравья - Mz3. Выброс газа из умирающей центральной звезды показывает симметричную модель, в отличие от хаотических образов обычных взрывов.

Почти все элементы, более тяжелые чем водород и гелий , образуются в звёздах.

Предметы астрономии

Эволюция галактик

Задачи астрономии

Основными задачами астрономии являются :

1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.
3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной , построение теории наблюдаемой части Вселенной - Метагалактики .

Решение этих задач требует создания эффективных методов исследования - как теоретических, так и практических. Первая задача решается путём длительных наблюдений, начатых ещё в глубокой древности, а также на основе законов механики , известных уже около 300 лет. Поэтому в этой области астрономии мы располагаем наиболее богатой информацией, особенно для сравнительно близких к Земле небесных тел: Луны , Солнца , планет , астероидов и т. д.

Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии . Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века , а основных проблем - лишь в последние годы.

Третья задача требует накопления наблюдаемого материала. В настоящее время таких данных ещё недостаточно для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в этой области ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.

Четвёртая задача является самой масштабной и самой сложной. Практика показывает, что для её решения уже недостаточно существующих физических теорий. Необходимо создание более общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности , температуры , давления . Для решения этой задачи требуются наблюдательные данные в областях Вселенной , находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Современные технические возможности не позволяют детально исследовать эти области. Тем не менее, эта задача сейчас является наиболее актуальной и успешно решается астрономами ряда стран, в том числе и России .

История астрономии

Ещё в глубокой древности люди заметили взаимосвязь движения небесных светил по небосводу и периодических изменений погоды. Астрономия тогда была основательно перемешана с астрологией . Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.

Астрономия - одна из старейших наук, которая возникла из практических потребностей человечества. По расположению звезд и созвездий первобытные земледельцы определяли наступления времен года. Кочевые племена ориентировались по Солнцу и звездам. Необходимость в летоисчислении привела к созданию календаря. Есть доказательства, что еще доисторические люди знали об основных явлениях, связанных с восходом и заходом Солнца, Луны и некоторых звезд. Периодическая повторяемость затмений Солнца и Луны была известна уже очень давно. Среди древнейших письменных источников встречаются описания астрономических явлений, а также примитивные расчетные схемы для предсказания времени восхода и захода ярких небесных тел и методы отсчета времени и ведения календаря. Астрономия успешно развивалась в Древнем Вавилоне, Египте, Китае и Индии. В китайской летописи описывается затмение Солнца, которое состоялось в 3-м тысячелетии до н. е. Теории, которые на основе развитых арифметики и геометрии объясняли и предсказывали движение Солнца, Луны и ярких планет, были созданы в странах Средиземноморья в последние века дохристианской эры и вместе с простыми, но эффективными приборами, служили практическим целям вплоть до эпохи Возрождения.

Особенно большого развития достигла астрономия в Древней Греции. Пифагор впервые пришел к выводу, что Земля имеет шарообразную форму, а Аристарх Самосский высказал предположение, что Земля вращается вокруг Солнца. Гиппарх во 2 в. до н. е. составил один из первых звездных каталогов. В произведении Птолемея «Альмагест », написанном в 2 ст. н. э., изложены т. н. геоцентрическую систему мира, которая была общепринятой на протяжении почти полутора тысяч лет. В средневековье астрономия достигла значительного развития в странах Востока. В 15 в. Улугбек построил вблизи Самарканда обсерваторию с точными в то время инструментами. Здесь был составлен первый после Гиппарха каталог звёзд. С 16 в. начинается развитие астрономии в Европе. Новые требования выдвигались в связи с развитием торговли и мореплавания и зарождением промышленности, способствовали освобождению науки от влияния религии и привели к ряду крупных открытий.

Рождение современной астрономии связывают с отказом от геоцентрической системы мира Птолемея (II век) и заменой ее гелиоцентрической системой Николая Коперника (середина XVI века), с началом исследований небесных тел с помощью телескопа (Галилей , начало XVII века) ​​и открытием закона всемирного притяжения (Исаак Ньютон , конец XVII века). XVIII-XIX века были для астрономии периодом накопления сведений и знаний о Солнечной системе, нашу Галактику и физическую природу звезд, Солнца, планет и других космических тел. Появление крупных телескопов и осуществления систематических наблюдений привели к открытию, что Солнце входит в состав огромной дискообразной системы, состоящей из многих миллиардов звезд - галактики . В начале XX века астрономы обнаружили, что эта система является одной из миллионов подобных ей галактик. Открытие других галактик стало толчком для развития внегалактической астрономии. Исследование спектров галактик позволило Эдвину Хабблу в 1929 году выявить явление «разбегания галактик», которое впоследствии получило объяснения на основе общего расширения Вселенной.

В XX веке астрономия разделилась на две основные ветви: наблюдательный и теоретическую. Наблюдательная астрономия сосредоточена на наблюдениях небесных тел, которые затем анализируют с помощью основных законов физики. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку моделей (аналитических или компьютерных) для описания астрономических объектов и явлений. Эти две ветви дополняют друг друга: теоретическая астрономия ищет объяснения результатам наблюдений, а наблюдательный астрономию применяют для подтверждения теоретических выводов и гипотез.

Научно-техническая революция XX века имела чрезвычайно большое влияние на развитие астрономии в целом и особенно астрофизики. Создание оптических и радиотелескопов с высоким разрешением, применение ракет и искусственных спутников Земли для внеатмосферных астрономических наблюдений привели к открытию новых видов космических тел: радиогалактик, квазаров, пульсаров, источников рентгеновского излучения и т. д.. Были разработаны основы теории эволюции звезд и космогонии Солнечной системы. Достижением астрофизики XX века стала релятивистская космология - теория эволюции Вселенной в целом.

2009 год был объявлен ООН Международным годом астрономии (IYA2009). Основной упор делается на повышении общественной заинтересованности и понимании астрономии. Это одна из немногих наук, где непрофессионалы все еще ​​могут играть активную роль. Любительская астрономия внесла свой ​​вклад в ряд важных астрономических открытий.

Астрономические наблюдения

В астрономии информация в основном получается от выявления и анализа видимого света и других спектров электромагнитного излучения в космосе . Астрономические наблюдения могут быть разделены в соответствии с области электромагнитного спектра, в которой проводятся измерения. Некоторые части спектра можно наблюдать с Земли (то есть ее поверхности), а другие наблюдения ведутся только на больших высотах или в космосе (в космических аппаратах на орбите Земли). Подробные сведения об этих группах исследований приведены ниже.

Оптическая астрономия

Исторически оптическая астрономия (которую еще называют астрономией видимого света) является древнейшей формой исследования космоса - астрономии . Оптические изображение сначала были нарисованы от руки. В конце XIX века и большей части ХХ века, исследования осуществлялись на основе изображений, которые получали с помощью фотографий, сделанных на фотографическом оборудовании. Современные изображения получают с использованием цифровых детекторов, в частности детекторы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Хотя видимый свет охватывает диапазон примерно от 4000 Ǻ до 7000 Ǻ (400-700 нанометров) , применяемого оборудования в этом диапазоне, можно применить и для исследования близких ему ультрафиолетового и инфракрасного дапазонов.

Инфракрасная астрономия

Инфракрасная астрономия касается исследований, выявления и анализа инфракрасного излучения в космосе. Хотя длина волны его близка к длине волны видимого света, инфракрасное излучение сильно поглощается атмосферой, кроме того, атмосфера Земли имеет значительное инфракрасное излучение. Поэтому обсерватории для изучения инфракрасного излучения должны быть расположены на высоких и сухих местах или в космосе. Инфракрасный спектр полезен для изучения объектов, которые являются слишком холодными, чтобы излучать видимый свет таких объектов, как планеты и вокруг звездные диски. Инфракрасные лучи могут проходить через облака пыли, поглощающие видимый свет, что позволяет наблюдать молодые звезды в молекулярных облаках и ядер галактик . Некоторые молекулы мощно излучают в инфракрасном диапазоне, и это может быть использовано для изучения химических процессов в космосе (например, для выявления воды в кометах) .

Ультрафиолетовая астрономия

Ультрафиолетовая астрономия в основном применяется для детального наблюдения в ультрафиолетовых длинах волн примерно от 100 до 3200 Ǻ (от 10 до 320 нанометров) . Свет на этих длинах волн поглощается атмосферой Земли, поэтому исследование этого диапазона выполняют из верхних слоев атмосферы или из космоса. Ультрафиолетовая астрономия лучше подходит для изучения горячих звезд (ОФ звезды), поскольку основная часть излучения приходится именно на этот диапазон. Сюда относятся исследования голубых звезд в других галактиках и планетарных туманностей, остатков сверхновых, активных галактических ядер. Однако ультрафиолетовое излучение легко поглощается межзвездной пылью, поэтому во время измерения следует делать поправку на наличие последней в космической среде.

Радиоастрономия

Сверхбольшой массив радиотелескопов (англ. Very Large Array) в Сирокко, Нью-Мексико, США

Радиоастрономия - это исследование излучения с длиной волны, большей чем один миллиметр (примерно) . Радиоастрономия отличается от большинства других видов астрономических наблюдений тем, что исследуемые радиоволны можно рассматривать именно как волны, а не как отдельные фотоны. Итак, можно измерить как амплитуду, так и фазу радиоволны, а это не так легко сделать на диапазонах коротких волн .

Хотя некоторые радиоволны излучаются астрономическими объектами в виде теплового излучения, большинство радиоизлучения, наблюдаемого с Земли, является по происхождению синхротронным излучением, которое возникает, когда электроны движутся в магнитном поле . Кроме того, некоторые спектральные линии образуются межзвездным газом, в частности спектральная линия нейтрального водорода длиной 21 см .

В радиодиапазоне наблюдается широкое разнообразие космических объектов, в частности сверхновые звезды, межзвездный газ, пульсары и активные ядра галактик .

Рентгеновская астрономия

Рентгеновская астрономия изучает астрономические объекты в рентгеновском диапазоне. Обычно объекты излучают рентгеновское излучение благодаря:

Поскольку рентгеновское излучение поглощается атмосферой Земли, рентгеновские наблюдения основном выполняют из орбитальных станций, ракет или космических кораблей. К известным рентгеновских источников в космосе относятся: рентгеновские двойные звезды, пульсары, остатки сверхновых, эллиптические галактики, скопления галактик, а также активные ядра галактик .

Гамма-астрономия

Астрономические гамма-лучи появляются в исследованиях астрономических объектов с короткой длиной волны электромагнитного спектра. Гамма-лучи могут наблюдаться непосредственно такими спутниками, как Телескоп Комптон или специализированные телескопы, которые называются атмосферные телескопы Черенкова. Эти телескопы фактически не измеряют гамма-лучи непосредственно, а фиксируют вспышки видимого света, образующиеся при поглощении гамма-лучей атмосферой Земли, вследствие различных физических процессов, происходящих с заряженными частицами, которые возникают при поглощении, вроде эффекта Комптона или черенковского излучения .

Большинство источников гамма-излучения является фактически источниками гамма-всплесков, которые излучают только гамма-лучи в течение короткого промежутка времени от нескольких миллисекунд до тысячи секунд, прежде чем развеяться в пространстве космоса. Только 10% от источников гамма-излучения не является переходным источниками. Стационарные гамма-источники включают пульсары, нейтронные звезды и кандидаты на черные дыры в активных галактических ядрах .

Астрономия полей, которые не основываются на электромагнитном спектре

К Земле, исходя из очень больших расстояний, попадает не только электромагнитное излучение, но и другие типы элементарных частиц.

Новым направлением в разновидности методов астрономии может стать гравитационно-волновая астрономия, которая стремится использовать детекторы гравитационных волн для сбора данных наблюдений о компактные объекты. Несколько обсерваторий уже построено, например, лазерный интерферометр гравитационной обсерватории LIGO, но гравитационные волны очень трудно обнаружить, и они до сих пор остаются неуловимыми .

Планетарная астрономия использует также непосредственное изучение с помощью космических кораблей и исследовательских миссий типа «по образцам и обратно» (Sample Return). К ним относятся полеты миссий с использованием датчиков; спускных аппаратов, которые могут проводить эксперименты на поверхности объектов, а также позволяют осуществлять удаленное зондирование материалов или объектов и миссии доставки на Землю образцов для прямых лабораторных исследований.

Астрометрия и небесная механика

Один из старейших подразделов астрономии, занимается измеряниями положение небесных объектов. Эта отрасль астрономии называется астрометрией. Исторически точные знания о расположении Солнца, Луны, планет и звезд играют чрезвычайно важную роль в навигации. Тщательные измерения расположения планет привели к глубокому пониманию гравитационных возмущений, что позволило с высокой точностью определять их расположение в прошлом и предусматривать на будущее. Эта отрасль известна как небесная механика. Сейчас отслеживания околоземных объектов позволяет прогнозирования сближения с ними, а также возможные столкновения различных объектов с Землей .

Измерения звездных параллаксов ближайших звёзд является фундаментом для определения расстояний в дальнем космосе, который применяется для измерения масштабов Вселенной. Эти измерения обеспечили основу для определения свойств отдаленных звезд; свойства могут быть сопоставлены с соседними звёздами. Измерения лучевых скоростей и собственных движений небесных тел позволяет исследовать кинематику этих систем в нашей галактике. Астрометрические результаты могут использоваться для измерения распределения темной материи в галактике .

В 1990-х годах астрометрические методы измерения звездных колебаний были применены для обнаружения крупных внесолнечных планет (планет на орбитах соседних звёзд) .

Внеатмосферная астрономия

Исследования с помощью космической техники занимают особое место среди методов изучения небесных тел и космической среды. Начало было положено запуском в СССР в 1957 году первого в мире искусственного спутника Земли. Космические аппараты позволили проводить исследования во всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения. Поэтому современную астрономию часто называют всеволновой. Внеатмосферные наблюдения позволяют принимать в космосе излучения, которые поглощает или очень меняет земная атмосфера: радиоизлучения некоторых длин волн, не доходят до Земли, а также корпускулярные излучения Солнца и других тел. Исследование этих, ранее недоступных видов излучения звезд и туманностей, межпланетной и межзвездной среды очень обогатили наши знания о физических процессах Вселенной. В частности, было открыто неизвестные ранее источники рентгеновского излучения - рентгеновские пульсары. Много информации о природе отдаленных от нас тел и их систем также одержана благодаря исследованиям, выполненным с помощью установленных спектрографов на различных космических аппаратах.

Теоретическая астрономия

Основная статья: Теоретическая астрономия

Астрономы-теоретики используют широкий спектр инструментов, которые включают аналитические модели (например, политропы ждя приближенныя поведения звезд) и расчеты численных моделирований. Каждый из методов имеет свои преимущества. Аналитическая модель процесса, как правило, лучше дает понять суть того, почему это (что-то) происходит. Численные модели могут свидетельствовать о наличии явлений и эффектов, которых, вероятно, иначе не было бы видно .

Теоретики в области астрономии стремятся создавать теоретические модели и выяснить в исследованиях последствия этих моделирований. Это позволяет наблюдателям искать данные, которые могут опровергнуть модель или помогает в выборе между несколькими альтернативными или противоречивыми моделями. Теоретики также экспериментируют в создании или видоизменению модели с учетом новых данных. В случае несоответствия общая тенденция состоит в попытке сделать минимальными изменения в модели и откорректировать результат. В некоторых случаях большое количество противоречивых данных со временем может привести к полному отказу от модели.

Темы, которые изучают теоретические астрономы: звездная динамика и эволюция галактик; крупномасштабная структура Вселенной; происхождения космических лучей, общая теория относительности и физическая космология, в частности космологии звезд и астрофизика. Астрофизические относительности служат как инструмент для оценки свойств крупномасштабных структур, для которых гравитация играет значительную роль в физических явлениях и основой для исследований черных дыр, астрофизики и изучения гравитационных волн. Некоторые широко приняты и изучены теории и модели в астрономии, теперь включены в Lambda-CDM модели, Большой Взрыв, расширение космоса, темной материи и фундаментальные теории физики.

Любительская астрономия

Астрономия является одной из наук, в которой вклад любителей может быть значительным . Вообще все астрономы-любители наблюдают различные небесные объекты и явления в большем объеме, чем ученые, хотя их технический ресурс намного меньше возможности государственных институтов, иногда оборудование они строят себе самостоятельно (как это было еще 2 века назад). Наконец большинство ученых вышли именно из этой среды. Главные объекты наблюдений астрономов-любителей: Луна, планеты, звезды, кометы, метеорные потоки и различные объекты глубокого неба, а именно: звездные скопления, галактики и туманности. Одна из ветвей любительской астрономии, любительская астрофотография, предусматривает фотофиксацию участков ночного неба. Многие любители хотели бы специализироваться в наблюдении отдельных предметов, типов объектов, или типов событий, которые интересуют их .

Астрономы-любители и в дальнейшем продолжают вносить свой ​​вклад в астрономию. Действительно, она является одной из немногих дисциплин, где вклад любителей может быть значительным. Довольно часто они проводят точечные измерения, которые используются для уточнения орбит малых планет, отчасти они также проявляют кометы, выполняют регулярные наблюдения переменных звезд. А достижения в области цифровых технологий позволило любителям добиться впечатляющего прогресса в области астрофотографии .

См. также

	Портал «Астрономия »
	Астрономия в Викисловаре
	Астрономия в Викиучебнике
	в Викитеке
	Астрономия на Викискладе
	Астрономия в Викиновостях

Коды в системах классификации знаний

• Государственный рубрикатор научно-технической информации (ГРНТИ) (по состоянию на 2001 год): 41 АСТРОНОМИЯ

Примечания

1. , с. 5
2. Марочник Л.С. Физика космоса . - 1986.
3. Electromagnetic Spectrum . NASA. Архивировано из первоисточника 5 сентября 2006. Проверено 8 сентября 2006.
4. Moore, P. Philip"s Atlas of the Universe. - Great Britain: George Philis Limited, 1997. - ISBN 0-540-07465-9
5. Staff . Why infrared astronomy is a hot topic , ESA (11 September 2003). Архивировано из первоисточника 30 июля 2012. Проверено 11 августа 2008.
6. Infrared Spectroscopy – An Overview , NASA/IPAC . Архивировано из первоисточника 5 августа 2012. Проверено 11 августа 2008.
7. Allen"s Astrophysical Quantities / Cox, A. N.. - New York: Springer-Verlag, 2000. - P. 124. - ISBN 0-387-98746-0
8. Penston, Margaret J. The electromagnetic spectrum . Particle Physics and Astronomy Research Council (14 August 2002). Архивировано из первоисточника 8 сентября 2012. Проверено 17 августа 2006.
9. Gaisser Thomas K. Cosmic Rays and Particle Physics. - Cambridge University Press, 1990. - P. 1–2. - ISBN 0-521-33931-6
10. Tammann, G. A.; Thielemann, F. K.; Trautmann, D. Opening new windows in observing the Universe . Europhysics News (2003). Архивировано из первоисточника 6 сентября 2012. Проверено 3 февраля 2010.
11. Calvert, James B. Celestial Mechanics . University of Denver (28 March 2003). Архивировано из первоисточника 7 сентября 2006. Проверено 21 августа 2006.
12. Hall of Precision Astrometry . University of Virginia Department of Astronomy. Архивировано из первоисточника 26 августа 2006. Проверено 10 августа 2006.
13. Wolszczan, A.; Frail, D. A. (1992). «A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257+12». Nature 355 (6356): 145–147. DOI :10.1038/355145a0 . Bibcode : 1992Natur.355..145W .
14. Roth, H. (1932). «A Slowly Contracting or Expanding Fluid Sphere and its Stability». Physical Review 39 (3): 525–529. DOI :10.1103/PhysRev.39.525 . Bibcode : 1932PhRv...39..525R .
15. Eddington A.S. Internal Constitution of the Stars . - Cambridge University Press, 1926. - ISBN 978-0-521-33708-3
16. Mims III, Forrest M. (1999). «Amateur Science-Strong Tradition, Bright Future». Science 284 (5411): 55–56. DOI :10.1126/science.284.5411.55 . Bibcode : 1999Sci...284...55M . “Astronomy has traditionally been among the most fertile fields for serious amateurs [...]”
17. The Americal Meteor Society . Архивировано из первоисточника 22 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
18. Lodriguss, Jerry Catching the Light: Astrophotography . Архивировано из первоисточника 1 сентября 2006. Проверено 24 августа 2006.
19. Ghigo, F. Karl Jansky and the Discovery of Cosmic Radio Waves . National Radio Astronomy Observatory (7 February 2006). Архивировано из первоисточника 31 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
20. Cambridge Amateur Radio Astronomers . Архивировано из первоисточника 24 мая 2012. Проверено 24 августа 2006.
21. The International Occultation Timing Association . Архивировано из первоисточника 21 августа 2006. Проверено 24 августа 2006.
22. Edgar Wilson Award . IAU Central Bureau for Astronomical Telegrams. Архивировано из первоисточника 24 октября 2010. Проверено 24 октября 2010.
23. American Association of Variable Star Observers . AAVSO. Архивировано из первоисточника 2 февраля 2010. Проверено 3 февраля 2010.

Литература

• Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс Астрономии / Под ред. Иванова В. В.. - 2-е изд. - М .: Едиториал УРСС, 2004. - 544 с. - (Классический университетский учебник). - ISBN 5-354-00866-2 (Проверено 31 октября 2012)
• Стивен Маран. Астрономия для «чайников» = Astronomy For Dummies. - М .: «Диалектика», 2006. - С. 256. - ISBN 0-7645-5155-8
• Повитухин Б. Г. Астрометрия. Небесная механика: Учебное пособие. - Бийск: НИЦ БиГПИ, 1999. - 90 с.

Наука, которая изучает Вселенную и является одной из самых древних у человечества, - астрономия. Это слово состоит из двух греческих: "номос" - "закон", и "астрон" - "светило, звезда". В совокупности можно перевести этот термин как "закон звёзд". Астрономия - это целые тысячелетия наблюдений за небом, когда накапливаются разнообразные знания. Нужно отметить, что по сравнению с другими науками уровень этой науки был чрезвычайно высок уже в древности.

Тогда и сейчас

Названия созвездий мы знаем неизменно одни и те же на протяжении многих десятков веков. Наши далёкие предки знали их все, они умели рассчитать восход и заход Солнца, планет, Луны, всех самых крупных звёзд задолго до наступления нашей эры. Более того, учёные уже тогда умели предсказывать солнечные и лунные затмения. Астрономия - это главная наука в жизни древнего человека. Охотники по звёздам находили дорогу к дому, моряки по звёздам вели свои корабли в открытом океане. Все сельскохозяйственные работы были связаны с установленным циклом смен времён года, по светилам рассчитывалось время и составлялись календари. Даже судьбу астрологи предсказывали по звёздам.

Сейчас во многом из вышеперечисленного надобность отпала. Курс кораблей и разливы рек уже не нужно высчитывать по песочным часам, потому что появились всевозможные технические средства. Однако астрономия - это наука, у которой не может быть окончания в её развитии. И сейчас вся космонавтика зиждется на её основах, с помощью этой науки человечество пользуется системами связи, телевидением и наблюдает Землю из Космоса. Теснейшим образом теперь связываются астрономия и математика, астрономия и физика, они имеют общие методы познания, которые широко используются.

Две астрономии

Суть астрономии в древности - это наблюдение. В этой науке невозможны эксперименты, как в физике или химии, поскольку объекты изучения людям недоступны. Но значение астрономии в жизни человека и сегодня очень большое. Вся информация о небесных телах и теперь добывается из получаемых электромагнитных излучений. Но в последние несколько десятилетий учёные получили возможность изучать некоторые небесные объекты непосредственно - автоматические станции зондируют атмосферу ближайших планет, изучается их грунт.

Именно этот факт разделил астрономию на две основные части - теоретическую и наблюдательную. Последняя имеет целью получать данные из наблюдений за небесными телами, которые потом анализируются с помощью физики и её основных законов. А теоретики-астрономы разрабатывают компьютерные, математические и аналитические модели, с помощью которых описывают астрономические явления и объекты. Нужно ли говорить, что значение астрономии как науки для человечества просто огромно? Ведь эти две ветви не существуют отдельно сами по себе, они дополняют друг друга. Теория ищет объяснения по результатам наблюдений, а наблюдатели подтверждают или нет все гипотезы и теоретические выводы.

Астрономия как философская наука

Определение науки "астрономия" появилось во времена античности и благополучно живёт в наши дни. Это изучение фундаментальных законов природы нашего мира, теснейшим образом связанного с большим космосом. Именно поэтому поначалу астрономия трактовалась как наука философская. Собственный мир с её помощью познаётся через знания небесных объектов - звёзд, планет, комет, галактик, а также тех феноменов, которые то и дело происходят за пределами земной атмосферы - сияние Солнца, солнечный ветер, космическая радиация и так далее.

Даже лексическое значение слова "астрономия" говорит об этом же: закон звёзд действует и здесь, на Земле, поскольку она является частью огромного космоса, который развивается согласно единому закону. Именно благодаря ему человечеству подарены эволюция, физика, химия, метеорология и любая другая наука. Всё в мире развивается посредством определённого движения небесных тел: формируются и развиваются галактики, умирают и вновь вспыхивают звёзды. Следует всегда помнить, с чего начиналась всякая другая наука. Большое несчастье, что астрономия в школе сейчас отсутствует. Эти знания и понимание огромности и ценности мира не заменить ничем.

Двадцатый век

Итак, наблюдательная астрономия и теоретическая астрофизика составили профессиональную науку. Неустанно создавались всё новые инструменты для изучения космоса плюс к уже изобретённому в незапамятные времена телескопу. Информация собиралась и обрабатывалась, затем внедрялась теоретиками-астрофизиками в создаваемые ими модели - аналитические или компьютерные.

Значение слова "астрономия" приобрело огромный вес во всех областях человеческой науки, поскольку даже знаменитая теория относительности выстроена из фундаментальных законов астрономической физики. И, что интересно, большинство открытий сделано астрономами-любителями. Это одна из очень немногих наук, где люди, не относящиеся к ней, могут участвовать в наблюдениях и собирать для неё данные.

Астрономия и астрология

Современные школьники (да и студенты) вполне часто путают науку и систему верований, всё-таки сказывается отсутствие соответственных уроков в школьных программах. Астрология давно считается лженаукой, в которой утверждается, что любое человеческое дело, даже самое малое, зависит от положения светил. Конечно, два этих названия происходят из одного корня, но системы познания у той и другой абсолютно противоположные.

Астрономия же позволила человеку сделать громадный скачок в понимании законов Вселенной. Эта наука непознаваема до конца, всегда останется больше вопросов, на которые нет ответа, чем тех, на которые ответ найден. Сколько бы ни строилось устройств в космосе и на Земле, сколько бы ни совершалось ошеломляющих мир открытий - это только капля в океане знаний. В данный момент мы ещё не можем наверняка утверждать ни происхождение звёздной массы во всём её спектре, ни положительно или отрицательно ответить на вопрос о существовании другой жизни во Вселенной. Парадокс Ферми не разъяснён. Природа темноты не ясна. О временном периоде существования Вселенной мы ничего не знаем, как и о конкретной цели её существования.

Астрономия и история

Научившись различать звёзды и планеты, астрономы древности привязали эти знания к трансцендентности, идентифицировав все известные небесные тела с духами и богами. Тогда и появилась тупиковая ветвь науки - астрология, поскольку движение всех космических объектов крепко привязывалось к чисто земным явлениям - смене сезонов, дождям, засухам.

Тогда появились волхвы (священники, жрецы и тому подобные культовые работники), которые и считались профессиональными астрономами. Многие древние постройки - китайские храмы или Стоунхэндж, например, явно сочетали две функции - астрономическую и религиозную.

Восток и Запад

Полезного было совершено настолько много, что древние знания вполне смогли послужить основанием науки, наиболее других процветающей сегодня. По движению светил выстраивались календари - древнеримский жив до сих пор. В Китае в 2300 годах до нашей эры уже функционировала астрономическая обсерватория, она на снимке.

Оракулы в Китае уже четыре тысячи лет хранят рисунки затмений и появления новых звёзд. С шестого века до нашей эры существуют детальные астрономические наблюдения в записях - в Китае. А в Европе весь этот бум начинался только в семнадцатом веке нашей эры. Китайцы же много тысяч лет абсолютно правильно предсказывают появление комет. Там же около шести тысяч лет назад был изготовлен и первый звёздный атлас.

Древняя Греция и арабский мир

Европа в Средние века целиком и полностью прекратила всё развитие науки на своих территориях, даже греческие открытия, которые во многом оказались верны и множеством ценных вкладов внесены в науку астрономию, были преданы анафеме. Классическая античность именно поэтому дошла до наших дней в весьма скудном количестве сводных записей и компиляций.

Зато астрономия процветала в арабских странах, и священники самых дальних приходов христиан две тысячи лет назад умели рассчитать по ходу светил точную дату Пасхи. Арабы во множестве переводили труды астрономов Древней Греции, и именно там рукописи были найдены потомками в глубине сохранившихся библиотек. В арабских странах строились обсерватории уже с девятого века нашей эры. В Персии поэт и учёный Омар Хайям сопоставил огромное количество таблиц и реформировал календарь, сделав его точнее юлианского и ближе к григорианскому. В этом ему помогли постоянные наблюдения небесных тел.

Небесная механика

Вселенская гравитация стала известна миру благодаря Исааку Ньютону. Теперешние школьники слышали это имя только в связи с тремя законами физики. То, что законы эти вплотную связаны с небесной механикой, им невдомёк, поскольку уроков астрономии в школе нет.

Будет огромным счастьем узнать, что этот необходимейший предмет снова в строю. Учёный секретарь из Института космических исследований Российской академии наук Александр Захаров уверен, что существующий в стране дефицит учителей астрономии может быть пополнен быстро в случае возвращения этой дисциплины в учебный план. Директор планетария в Новосибирске Сергей Масликов уверен, что планируемое возвращение астрономии в школу вряд ли может состояться ранее, чем через пять-шесть лет. Однако министр образования и науки РФ Ольга Васильева заявляет, что этот час в неделю для изучения предмета астрономии школьникам нужно вернуть как можно быстрее.