Москва Юрайт 2019

АСТРОНОМИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СПО

Ответственные редакторы — А. В. Коломиец, А. А. Сафонов

Рекомендовано Учебно-методическим отделом среднего профессионального образования

в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений

среднего профессионального образования

Книга доступна в электронной библиотечной системе

biblio-online.ru

УДК 52(075.32)

ББК 22.6я723

А91

Ответственные редакторы:Коломиец Андрей Валерьевич — кандидат физико-математических наук,

специалист в области анализа нелинейных связных разномасштабных по вре-

мени процессов, автор ряда научных трудов по моделированию механических

систем при воздействии высокоэнергетических полей, специалист по методике

преподавания естественнонаучных и инженерно-технических дисциплин в обра-

зовательных учреждениях высшего, среднего профессионального и общего обра-

зования;

Сафонов Александр Андреевич — кандидат исторических наук, славист,

автор ряда научных работ по лингвистике, истории и межэтническим отноше-

ниям, специалист по методике преподавания гуманитарных дисциплин.

А91

Астрономия : учеб. пособие для СПО / отв. ред. А. В. Коломиец, А. А. Сафо-

нов. — М. : Издательство Юрайт, 2019. — 277 с. : [16] с. цв. вкл. — (Серия : Про-

фессиональное образование).

ISBN 978-5-534-08243-2

В учебном пособии кратко рассматриваются теоретические основы общего

курса астрономии, который включает в себя основные исторические факты

развития науки, раскрытие методов и средств астрономических исследований,

результаты изучения Солнечной системы, звезд, галактик. Также даны представ-

ления о возможности нахождения внеземной жизни и развитии космонавтики.

Издание включает в себя актуальные и творческие аналитические примеры, дис-

куссионные моменты. Книга снабжена творческими заданиями и методически

проработанным практикумом, которые позволяют успешно закрепить студентам

полученные теоретические знания.

Содержание пособия соответствует актуальным требованиям Федерального

государственного образовательного стандарта среднего профессионального

образования и профессиональным требованиям.

Для студентов и преподавателей образовательных учреждений среднего про-

фессионального образования технического профиля; также книга адресована

студентам, для которых астрономия не является профилирующей дисциплиной,

но обязательна для изучения.

УДК 52(075.32)

ББК 22.6я723

ISBN 978-5-534-08243-2

© Коллектив авторов, 2018

© ООО «Издательство Юрайт», 2019

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена

в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая компания «Дельфи».

3

оглавление

Авторский коллектив .......................................................................... 7Единицы измерения ............................................................................ 8Греческий алфавит .............................................................................. 9Предисловие (к читателю) ................................................................10Введение ............................................................................................. 12

Глава 1. История астрономии ........................................................... 171.1. Древний мир и Средние века ..................................................................171.2. Революция Коперника ............................................................................221.3. От ньютона к эйнштейну .......................................................................251.4. Современная астрономия .......................................................................27

Глава 2. Физические методы исследования астрономических явлений и процессов ......................................................................... 29

2.1. Шаги в изучении астрономических явлений .........................................292.2. Телескопы и другие приборы и устройства для наблюдений ................302.3. Современные оптические телескопы, используемые в научных целях ...332.4. Космические телескопы ..........................................................................342.5. Подземные детекторы и интерферометры .............................................392.6. Компьютерное моделирование как инструмент научного

наблюдения и прогнозирования .............................................................422.7. элементы сферической тригонометрии .................................................442.8. Спектральный анализ .............................................................................502.9. эффект Доплера ......................................................................................532.10. Закон смещения Вина ...........................................................................552.11. Всемирное тяготение ............................................................................572.12. Закон Стефана — Больцмана ................................................................60

Глава 3. Солнечная система. Строение и происхождение .............. 643.1. Общие сведения ......................................................................................643.2. История формирования Солнечной системы ........................................703.3. Исследования границ Солнечной системы ............................................72

Глава 4. Солнце как объект звездной природы ............................... 774.1. Общие сведения ......................................................................................774.2. Строение Cолнца .....................................................................................794.3. наблюдения солнечной активности .......................................................824.4. Измерения солнечной постоянной .........................................................85

4

Глава 5. Планеты земной группы ..................................................... 905.1. Меркурий: мал, да удал ...........................................................................905.2. Венера: «утренняя звезда» ......................................................................945.3. Земля: «бледно-голубая точка» ...............................................................985.4. Земля и Луна: двойная планета ............................................................1055.5. Марс: атакуем? ......................................................................................112

Глава 6. Планеты-гиганты, их спутники и кольца .........................1196.1. Юпитер: великий громовержец ............................................................1196.2. Сатурн: «властелин колец» ....................................................................1226.3. Уран: «Планета небесного Царя» ..........................................................1356.4. нептун: «на кончике пера» ...................................................................138

Глава 7. Малые тела Солнечной системы ...................................... 1407.1. Объекты главного пояса астероидов ....................................................1407.2. Плутон и другие транснептуновые объекты в составе Пояса

Койпера ..................................................................................................1417.3. Кометы и метеорные потоки .................................................................142

Глава 8. Звезды ................................................................................. 1488.1. Природа звезд. Источник энергии ........................................................1488.2. Классификация звезд и строение звезд ................................................1508.3. эволюция звезд: рождение, жизнь и смерть ........................................1528.4. Переменные и нестационарные звезды. Цефеиды ..............................1598.5. Спектральный анализ как метод исследования звезд..........................162

Глава 9. Галактики ............................................................................1659.1. Многообразие галактик ........................................................................1659.2. Местная группа галактик. Спутники ....................................................1729.3. наша Галактика — Млечный Путь .......................................................1739.4. Спиральные рукава ...............................................................................1769.5. Ядро Галактики .....................................................................................1789.6. Области звездообразования. Межзвездная среда ................................1829.7. Созвездия ...............................................................................................1849.8. Звездные скопления и ассоциации в составе галактик.

Двойные и кратные звездные системы .................................................1879.9. Проблема «скрытой» массы (темная материя) ....................................189

Глава 10. Космонавтика ...................................................................19510.1. Космическая гонка ..............................................................................19710.2. Современная космонавтика ................................................................20110.3. Космический полет .............................................................................20310.4. Коммерческая космонавтика ..............................................................20710.5. Военная космонавтика ........................................................................21010.6. научная космонавтика: космонавтика и астрономия .......................21210.7. Любительская космонавтика ..............................................................21510.8. Организация российской космической программы ..........................21510.9. Проблема утилизации космического мусора .....................................219

Глава 11. Внеземная жизнь ............................................................. 22111.1. Факторы жизни ....................................................................................22111.2. Поиски жизни ......................................................................................223

Практикум .........................................................................................227Творческие задания .....................................................................................227Тесты .............................................................................................................229Исследовательские работы ..........................................................................235Кроссворд .....................................................................................................247

Глоссарий ......................................................................................... 249Ученые и другие известные персоналии, внесшие вклад в развитие астрономии ................................................................... 263Хронологическая таблица: перечень значимых событий в истории развития астрономии и космонавтики ....................... 265Мнемоника ....................................................................................... 267Ответы .............................................................................................. 268Рекомендуемая литература ............................................................ 269Новые издания по дисциплине «Астрономия» и смежным дисциплинам .....................................................................................274

Авторский коллектив

Коломиец Андрей Валерьевич — кандидат физико-математиче-

ских наук; специалист в области анализа нелинейных связных раз-

номасштабных по времени процессов, автор ряда научных трудов

по моделированию механических систем при воздействии высокоэнер-

гетических полей, специалист по методике преподавания естествен-

нонаучных и инженерно-технических дисциплин в образовательных

учреждениях высшего, среднего профессио нального и общего образо-

вания (главы 2 (параграфы 2.1, 2.6—2.11), 4, 8 (параграфы 8.5, 8.6), 10

(параграф 10.9) практикум, глоссарий (совместно с Синициной О. С.));

Сафонов Александр Андреевич — кандидат исторических наук,

славист, автор ряда научных работ по лингвистике, истории и межэт-

ническим отношениям, специалист по методике преподавания гума-

нитарных дисциплин — введение, главы 1, 10 (параграфы 10.2—10.8),

11 (совместно с Сафоновой М. А.);

Киндеева Татьяна Вадимовна — бакалавр филологии, магистр

издательского дела, астроном-любитель — предисловие, введение,

главы 2 (параграфы 2.2—2.6), 3—7, 8, 9 (совместно с Коломийцем А. В.,

Синициной О. С.), практикум;

Сафонова Мария Александровна — кандидат филологических

наук, старший преподаватель кафедры иностранных языков Депар-

тамента иностранных языков НИУ ВШЭ (г. Москва) — главы 1, 10,

11 (совместно с Сафоновым A. А.);

Синицина Ольга Сергеевна — эксперт книгоиздания по инже-

нерно-техническому направлению — главы 2 (параграфы 2.1, 2.6—

2.11), 4, 8 (параграфы 8.5, 8.6), 9 (совместно с Киндеевой Т. В., Коло-

мийцем А. В.) практикум, глоссарий (совместно с Коломийцем А. В.).

8

Единицы измерения1

å (ангстрем) — единица измерения длины, равная 10–10 м. 1 Å = = 0,1 нм = 100 пм; 10 000 Å = 1 мкм, где мкм («микрометр», «микрон»), нм («нанометр»), пм («пикометр») — дольные единицы измерения длины (в системе СИ): соответственно микро- — 10–6 м, нано- — 10–9 м, пико- — 10–12 м). Приблизительно равна диаметру орбиты электрона в невозбужденном атоме водорода. названа в честь шведского физика и астронома Андерса Ангстрема, предложившего ее в 1868 г.

а. е. (астрономическая единица) — среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 150 млн км.

c — скорость света, приблизительно равна 300 тыс. км/с (в системе СИ — 3 ⋅ 108 м/с).

Гс (Гаусс) — единица измерения магнитной индукции. 1 Гс = = 1 г1/2 ⋅ см−1/2 ⋅ с−1 = 100 мкТл = 10–4 Тл (тесла).

К (кельвин) — единица измерения температуры, отсчет которой начинается с абсолютного нуля (–273°С), соответственно, в шкале Кель-вина нет отрицательных значений. Единица названа в честь англий-ского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин, протекающей через территорию университета Глазго.

M☉ (масса Солнца) — внесистемная единица измерения в астроно-мии, используемая для обозначения массы звезд, скоплений, галактик и других массивных астрономических объектов. Одна масса Солнца составляет примерно 2 ⋅ 1030 = 333 тыс. масс Земли.

пк (парсек) — мера измерения расстояния между крупными астро-номическими объектами (звездами). 1 пк = 3,26 св. лет = 200 тыс. а. е. Расстояния между галактиками исчисляются мегапарсеками (Мпк).

Световой год — размерность расстояния, равная величине рассто-яния, которое свет проходит в вакууме (без влияния гравитационных волн и полей) за один юлианский год.

Эрг — единица измерения количества энергии (г ⋅ см2/с2).m — блеск, звездная величина, безразмерная характеристика ярко-

сти небесного объекта.δ — склонение, координата экваториальной системы.α — прямое восхождение, координата экваториальной системы.

1 Единицы измерения, используемые в работе, принадлежат в основном к системе СГС (сантиметр — грамм — секунда), которая широко использовалась до того, как была принята Международная система единиц (СИ); часть единиц измерений имеют размер-ность и в данной системе. В основе СГС лежат три основные независимые единицы измерения — длина (см), масса (г) и время (с).

Греческий алфавит

α [альфа] η [эта] ν [ню] τ [тау]

β [бета] θ [тета] ξ [кси] υ [ипсилон]

γ [гамма] ι [йота] ο [омикрон] j [фи]

δ [дельта] κ [каппа] π [пи] χ [хи]

ε [эпсилон] λ [лямбда] ρ [ро] ψ [пси]

ζ [дзета] μ [мю] σ [сигма] ω [омега]

10

Предисловие (к читателю)

В период Античности, а также в Средневековье астрономия наряду с математикой была одним из семи свободных (вольных) искусств1 (лат. septem artēs līberālēs), которые считались достойными для изуче-ния вольными людьми, что было обусловлено жизненной необходимо-стью: не имея приборов для измерения времени и ориентации на мест-ности, люди обращались к небесным светилам.

Главная задача вновь введенной в учебный план дисциплины «Астрономия» — это в первую очередь расширение кругозора совре-менной молодежи и последующих поколений. Современному в меру образованному и уважающему себя человеку необходимо иметь пред-ставление о глобальном устройстве окружающего его мира. С возник-новением и развитием Интернета и других средств массовой коммуни-кации и, как следствие, распространением недостоверной информации возникла необходимость в возобновлении обучения данному предмету в рамках обязательного среднего общего образования.

Жизнь на Земле не сможет поддерживаться вечно. В лучшем случае планета проживет еще 4 млрд лет, до тех пор пока Солнце не начнет превращаться в красный гигант и не поглотит ее.

Возможно, когда-нибудь технический прогресс достигнет достаточ-ного уровня, для того чтобы человечество (и другие живые организмы) смогли покинуть Землю и переселиться в другой уголок Вселенной, условия на котором будут достаточно благоприятными для жизни.

В тексте встречается рубрика «Интересный факт», материалы кото-рой необязательны к прочтению, тем не менее при ознакомлении с ними читатель откроет для себя много нового, что может пробудить его интерес к науке.

Текст учебного пособия сопровождается большим количеством иллюстративного материала, что облегчит студенту восприятие.

В тексте даются тесты для проверки знаний, полученных при изу-чении той или иной темы, а также задания для проведения собствен-

1 Здесь понятие «искусство» (от лат. ars) означает не «мастерство художника» (дан-ное значение возникло уже в новое время), а научно обоснованное прикладное учение, возникшее вследствие практических наблюдений за окружающим миром. Считалось, что всего существует семь свободных искусств, расположенных в строго определенном порядке в соответствии с уровнем обучения: искусства слова (грамматика и риторика), мышления (диалектика) и числа (арифметика, геометрия, астроно мия, музыка). Пер-вый цикл состоял из трех учебных наук и назывался тривий (trivium), во второй цикл — квадривий (quadrivium) — входили четыре науки.

ных небольших исследований и практических наблюдений, расчетные задачи и другие виды контроля, которые не только позволят просле-дить, усвоил ли обучающийся изученный материал, но и подтолкнут его к самостоятельному поиску информации, ее анализу и переработке. Предложенные задания помогут читателю научиться делать логические выводы из полученных фактов, дадут ему простор для фантазии и пищу для размышлений. Изучая космическое пространство все глубже, мы имеем уникальную возможность заглянуть в далекое прошлое, не имея машины времени.

В результате изучения курса астрономии учащийся должен освоить:трудовые действия• ориентироваться в пространстве по звездному небу;• прослеживать междисциплинарные связи между астрономией

и иными науками;• использовать компьютерные приложения для определения поло-

жения Солнца, Луны и звезд в любое время в любой точке Земли;необходимые умения• объяснять астрономические и календарные явления;• находить и верифицировать надежные источники информации;• отделять научное знание от иных сведений;необходимые знания• основные астрономические понятия и термины;• физические законы макромира;• гипотезы происхождения, строение и особенности Вселенной,

галактик, звезд, Солнечной системы и планет;• историю изучения и освоения космического пространства.

12

Введение

Астрономия (от греч. αστρο — звезда и νο μος — закон) — наука, изучающая Вселенную, космическое пространство и небесные тела. Традиционно астрономия входит в число физических наук, поскольку оперирует преимущественно физическими методами исследования окружающего мира. Астрономия рассматривает астрономические объекты различного масштаба — от макромира (Вселенная, галак-тики, звезды, планеты и др.) до микромира (космическая пыль и др.), астрономические процессы (возникновение и эволюция Вселенной, эволюция материи и астрономических объектов) и астрономическия явления (свечение звезд (излучение), движение небесных тел и др.). Помимо понятия астрономических объектов, имеющих естественное происхождение, используется понятие космических объектов, к кото-рым помимо астрономических объектов относятся космические аппа-раты, находящиеся за пределами земной атмосферы в космическом пространстве.

Значение астрономии велико в силу важности вопроса о месте чело-века во Вселенной. Тысячелетиями человечество осмысливает окружа-ющий мир, и астрономия вместе с другими естественными науками дает научный ответ. Прикладное, практическое значение астрономии заключается в развитии космонавтики и космических технологий, помогающих решать многие задачи на Земле и открывающих гори-зонты экспансии человечества в другие миры.

Астрономия делится на непосредственные наблюдения космических явлений и теоретические исследования (моделирование и осмысле-ние). Внутри астрономии выделяют несколько научных направлений, перечислим наиболее важные.

Исследования отдельных уровней астрономических объектов:• внегалактическая астрономия: объекты за пределами нашей Га-

лактики;• галактическая астрономия: устройство Галактики Млечный Путь;• звездная астрономия: типология звезд и звездных систем;• планетология: типология и происхождение планет, а также есте-

ственных спутников;• физика Солнца: эволюция и физические особенности Солнца.Междисциплинарные исследования:• астробиология: происхождение и распространение жизни во Все-

ленной;

13

• астрометрия: определение координат небесных тел;• астростатистика: обработка накопленной информации о кос-

мических объектах;• астрофизика: физические и физико-химические процессы косми-

ческих явлений;• космогония: возникновение мироздания;• космология: устройство Вселенной;• космохимия: химический состав астрономических объектов;• небесная механика: взаимное движение небесных тел и их систем.Близко к астрономии находится космонавтика (от греч. κοσμος —

Вселенная и ναυτικη — мореплавание) — прикладная техническая наука, изучающая различные аспекты космических полетов.

(?) Любопытно, что термин «космонавт» (участник космических полетов) имеет различные национальные варианты. В  США, Японии и большинстве европейских стран — астронавт, в Китае — тайконавт, во Франции — спасионавт, в Германии — раумфарер, в Индии — виома-навт. Как вы думаете, с чем это связано?

Высшее астрономическое образование можно получить в ведущих российских вузах: Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Санкт-Петербургский университет, Уральский феде-ральный университет имени первого Президента России Б. н. Ельцина, Казанский (Приволжский) федеральный университет. Для последних лет характерен высокий конкурс на небольшое количество мест. Смеж-ную подготовку также осуществляют физические и аэрокосмические направления бакалавриата и магистратуры. Школьных учителей астро-номии готовят физические факультеты педагогических университетов.

Важное значение в астрономических исследованиях играет Отде-ление физических наук Российской академии наук. В числе ведущих организаций стоит назвать московские Институт астрономии, Инсти-тут космических исследований, петербургский Институт приклад-ной астрономии, якутский Институт космофизических исследований и аэрономии имени Ю. Г. Шафера СО РАн, Институт теоретической физики имени Л. Д. Ландау в городе Черноголовке, Пулковскую астро-номическую и Крымскую астрофизическую лаборатории.

научный характер астрономии определяют используемые методы, позволяющие проводить наблюдения космических объектов и прове-рять теории в повторяющихся экспериментах.

Более подробно о методах речь пойдет ниже, перечислим основные направления:

• оптические наблюдения;• математическое моделирование;• компьютерное моделирование и использование методов машин-

ного обучения;• фиксация волн различных диапазонов, гравитационных волн;

14

• выявление излучения нейтрино и иных элементарных частиц;• отправка зондов к космическим объектам;• пилотируемые миссии.До XX в. астрономия ограничивалась только оптическими наблю-

дениями и математикой. научно-техническая революция позволила в последние десятилетия достичь существенного прогресса в познании Вселенной.

История астрономии насчитывает несколько тысячелетий, и все это время стоял вопрос разделения научного знания и иных культурных явлений. Очевидно, на становление астрономии повлияли религиозные вероучения (об этом пойдет речь ниже). но не менее тесно в массо-вом сознании астрономические знания переплетаются с лженаучными и паранаучными концепциями.

«Сводная сестра» астрономии — астрология, ненаучное учение о связи положения небесных тел с личностными особенностями инди-вида, а также с событиями человеческой и общественной жизни. Астрология родилась в глубокой древности от сочетания потребности в календаре, определенных суеверий (например, о пагубности затме-ний) и представлений о теснейшей взаимосвязи микрокосма (жизнь человека) и макрокосма (Вселенная).

Основной астрологический метод — составление и трактование гороскопа, схематичного расположения небесных тел в какой-либо момент. При этом само составление происходит на вполне объективных научных данных, но их расширительное трактование — уже исключи-тельно ненаучный прием. Различные культурные традиции сформиро-вали астрологические школы Европы (годовой цикл 12 знаков зоди-ака), Китая (60-летний цикл), Индии, цивилизаций Мезоамерики.

Поскольку астрологические предсказания пользовались устойчивым спросом со стороны элиты и правителей, то многие астрономы про-шлых веков прибегали к астрологическим «изысканиям» ради финан-сирования настоящей науки.

Рис. В.1. Картина «Астролог составляет гороскоп» (Фладд Р., 1617)

15

Значительную роль в популяризации астрологии сыграло современ-ное общество потребления: увязка определенного товара со знаками зодиака или с «символами года» стала типичным приемом в марке-тинге и рекламе. Многие, в том числе респектабельные средства массо-вой информации публикуют еженедельные гороскопы для развлечения публики.

(?) Провокационное задание: найдите в газете астрологический про-гноз, вырежьте упоминания о конкретном знаке зодиака, перемешайте и предложите знакомым случайный вариант (вне зависимости от даты их рождения). Заметят ли они подмену?

Зачастую лженаучные теории получают развитие в связи с опреде-ленным политическим заказом. Известно увлечение нацистских руко-водителей оккультизмом и астрологией: даже нападение на СССР 22 июня 1941 г. было приурочено к летнему солнцестоянию. В астро-номии нацисты пытались развивать основанную на древнегерман-ской мифологии доктрину вечного льда, предполагающую возникно-вение Солнечной системы в результате столкновения огненной сферы и космического льда. У доктрины имелось и политическое измерение: Рейх трактовался как солнечная сторона, а СССР — как средоточие льда.

Распространенным лженаучным явлением стала уфология, «изучаю-щая» неопознанные летающие объекты (от англ. UFO — нЛО). Оборот-ной стороной космической гонки между СССР и США стало массовое увлечение поисками внеземных цивилизаций и следами их присут-ствия на Земле. Образ пришельцев активно эксплуатируется кинемато-графом, научно-фантастической литературой, комиксами.

К уфологии примыкают многочисленные связанные с астрономией теории заговора — конспирологические учения о скрываемых прави-тельством «фактах» и «фальсификациях». Перечислим самые известные абсурдные и любопытные версии:

• «Общество плоской Земли», более столетия отрицающее шароо-бразность планеты;

• «Розуэлльский инцидент» 1947 г. с якобы имевшим место захва-том США космического корабля и вскрытием тела пришельца;

• «Лунный заговор» касательно «сфальсифицированной» нАСА высадки астронавтов на луну;

• «новая хронология» Анатолия Фоменко, ставящая под сомнение историю человечества на основе различных, в том числе астрономиче-ских «свидетельств» в исторических источниках;

• наиболее показательный пример — «учение» Дэвида Айка, согласно которому многие политические лидеры (включая президен-тов США и членов королевской семьи Великобритании) на самом деле принадлежат к инопланетной расе рептилоидов.

Многие теории заговора пользуются вниманием средств массовой информации, проникают в культуру через кинематограф и оккультную литературу.

Распространение лженаучных концепций и падение уровня техниче-ского образования побудили Министерство образования и науки Рос-сийской Федерации (Минобрнауки России) ввести астрономию в про-грамму школьного образования (ранее астрономические сведения изучались в ходе освоения физики и естествознания). После отмены предмета в 1991 г. курс вернулся в школы осенью 2017 г.

17

Глава 1. история АстроноМии

1.1. Древний мир и средние века

Человечество издревле связывало с небесными явлениями свои религиозные верования. Чередование дня и ночи, времен года осмыс-ливалось через развитую мифологию. экстраординарные явления (например, затмения или появление ярких комет) воспринимались как доказательства вмешательства сверхъестественных сил в земные дела. Для наблюдений за звездным небом сооружались специальные сооружения. Вероятно, одной из ранних обсерваторий был знаменитый английский комплекс Стоунхендж.

Интересный факт

Уровень астрономических знаний в первобытную эпоху вызывает споры исследователей. Французский антрополог Марсель Гриоль зафиксировал веро-вания африканского племени догонов, свидетельствующие о чрезвычайно высоком знании космического пространства (наличие спутников у Юпитера, колец у Сатурна, второй звезды у Сириуса). несмотря на все усилия последую-щих экспедиций, ученые не смогли подтвердить обозначенные познания дого-нов. Возможно, Гриоль невольно исказил полученные сведения.

У истоков астрономических наблюдений стояли цивилизации Древ-него мира: Египет, Вавилон, Китай, государства Индии и майя1. Круп-ные земледельческие цивилизации в значительной степени зависели от правильного ведения сельскохозяйственных работ. Для морских циви-лизаций (Финикия) были также важны сезонные изменения морских ветров и течений. Поэтому важнейшей прикладной задачей астрономии на начальном этапе было составление максимально точного календаря.

Интересный факт

Ежегодные разливы нила определяли земледельческий цикл и побу-дили египтян составить годовой календарь из 365 дней. на его основе рим-ляне ввели при Гае Юлие Цезаре более точный Юлианский календарь из 365,25 дней в году.

1 О развитии неевропейской астрономии см.: Astronomy Across Cultures: The History of Non-Western Astronomy / ed. H. Selin. 2000.

18

Древняя Греция соединила астрономические наблюдения Востока с математическим подходом. За несколько веков истории древнегре-ческой цивилизации осмысление астрономических явлений перешло от религии эпохи Гомера к философии, а позднее от философии — к ранней науке. Ключевое значение имели завоевания Александра Македонского (IV в. до н. э.), покорившего персидские Вавилон и Еги-пет и создавшего в Александрии ведущий научный центр эпохи элли-низма.

Выдающийся мыслитель древности и воспитатель Александра Маке-донского Аристотель (384—322 до н. э., рис. 1.1) многие века считался признанным авторитетом в естественных науках. В его трудах отста-ивается геоцентрическая модель мира (рис. 1.2) Солнце и планеты движутся по сферам вокруг Земли. Согласно Аристотелю, существует вечный и неизменный «надлунный» мир, состоящий из особого веще-ства — эфира и противостоящий несовершенному «подлунному» миру.

Рис. 1.1. Картина «Аристотель» (Ф. Хайнс, 1811)

19

Рис. 1.2. Геоцентрическая модель мира Аристотеля

Интересный факт

Представление Аристотеля о небесных сферах развивало древнегрече-скую философскую традицию школ Пифагора и Платона. Для древнегрече-ской мысли космос (мироздание) основан на красоте, симметрии и гармо-нии. Окружность и сфера представлялись наиболее совершенными геоме-трическими понятиями. Продолжая традицию, древнегреческий математик и последователь Платона эратосфен (III в. до н.э.) сумел экспериментально доказать шарообразность Земли и вычислить ее радиус.

Впервые гелиоцентрическую модель мира (Земля и планеты враща-ются вокруг Солнца) исходя из анализа затмений предложил Аристарх Самосский (III в. до н. э.). Большую роль в развитии астрономии сыграл его трактат «О величинах и расстояниях Солнца и Луны», использую-щий передовые для той эпохи математические методы. Однако Ари-старх столкнулся с обвинениями в ереси и богохульстве, его концепция на полтора тысячелетия оставалась малоизвестной и не пользовалась признанием других ученых.

(?) Как вы думаете, почему в Античности не утвердилась гелиоцен-трическая модель Аристарха Самосского?

Выдающийся астроном древности Гиппарх никейский (III в. до н. э.) прославился составлением обширного звездного каталога (более 1000 звезд) и объединением астрономических достижений Древней Греции и Вавилона.

Римский поэт Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.) в своей философской поэме «О природе вещей» констатировал материалистическое устрой-ство мира и бесконечность Вселенной.

20

…но бесконечной всегда остается вселенная в целом.и по природе своей настолько бездонно пространство,что даже молнии луч пробежать его был бы не в силах,В долгом теченьи чреды бесконечных веков ускользаядальше вперед, и никак он не смог бы приблизиться к цели.Вот до чего для вещей необъятны повсюду просторы,Всяких границ лишены и открыты во всех направленьях1.

Спустя столетие ученый-энциклопедист Плиний Старший (I в. н. э.) обобщил доступные знания о мире в своем знаменитом труде «Есте-ственная история», одна из книг которого посвящена Вселенной и кос-мосу.

Клавдий Птолемей (II в. н. э.) создал трактат «Великое математи-ческое построение астрономии», в котором детально описана геоцен-трическая модель мира (рис. 1.3). Усовершенствованная для соответ-ствия наблюдаемому движению планет, система Птолемея достаточно сложна: вокруг Земли по орбитам вращаются не сами планеты, но так называемые эпициклы (круги, по которым обращаются планеты). Именно труд Птолемея считался классическим и неоспоримым в тече-ние полутора тысячелетий.

Рис. 1.3. Геоцентрическая модель Птолемея

Распространение христианства привело к интеграции физических взглядов Аристотеля с представлениями о дословной истине Священ-ного Писания. В качестве религиозных догм рассматривались положе-ния о божественном сотворении мира за семь дней, геоцентрическая модель, расположение рая на небесных сферах.

1 Цит. по переводу Ф. А. Петровского. URL: http://www.nsu.ru/classics/bibliotheca/lucretius.htm.

21

Многие христианские мыслители сомневались и в шарообразно-сти Земли. Подобных взглядов придерживались Августин Блажен-ный (354—430), а также византийский космолог Козьма Индикоплов (VI в. н. э.), автор трактата «Христианская топография». Мир по Инди-коплову похож на прямоугольный ларь с плоским дном — Землей, покрытый небесной твердью (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Модель мира Козьмы Индикоплова

Любое сомнение могло трактоваться как ересь с последующим жесто-ким наказанием со стороны властей. Место научных экспе риментов и наблюдений заняли богословские диспуты с использованием цитат из Библии, Аристотеля и трудов Отцов Церкви. Развитие астрономиче-ской науки фактически остановилось.

Интересный факт

Любопытно, что создатель обширной энциклопедии святой Исидор Севильский (VI—VII вв. н. э.) систематизировал весь имеющийся античный опыт естественных наук и впервые поставил вопрос о необходимости разде-ления астрономии и астрологии. Тем самым церковь, исторически осуждав-шая астрологию, постепенно изменяла свое отношение к астрономической науке. но пройдет еще тысячелетие, пока религия и наука смогут относи-тельно мирно сосуществовать в культуре европейской цивилизации.

Средневековый ислам относился к астрономическим эксперимен-там намного лояльнее, чем это происходило в христианской Европе. некоторые исследователи связывают развитие астрономии на Востоке с практическими задачами ориентации молящихся и зданий мечетей на священный город Мекку. Арабским ученым были знакомы античные труды, но они пошли значительно дальше комментирования Аристо-теля.

22

Сириец аль-Баттани (858—929) составил детальные каталоги звезд-ного неба, разработал таблицы движения планет. Астроном из Хорезма (Средняя Азия) аль-Бируни (973—1048) прославился своими измере-ниями и наблюдениями. В частности, ему удалось достаточно точно измерить радиус Земли, а также обосновать недостатки геоцентриче-ской модели. Властитель Самарканда Улугбек (1394—1449) создал зна-менитую обсерваторию, позволявшую значительно уточнить движение планет. Лаборатория сохранилась до нашего времени.

Постепенно консервативные течения ислама усилили религиозное давление на арабскую астрономию, которая уже к XV столетию стала уступать европейской науке. Последним выдающимся исламским астрономом называют сирийца Такиюддина (1526—1585). Его при-дворная обсерватория (рис. 1.5) в Стамбуле по используемым прибо-рам и методам опережала обсерватории Европы.

Рис. 1.5. Научные изыскания в Стамбульской обсерватории. Справа от центра с астролябией — Такиюддин аш-Шами

(миниатюра из турецкой рукописи последней четверти XVI в.)

1.2. революция Коперника

Практическое понимание шарообразности Земли, подтвержден-ное плаваниями эпохи Великих географических открытий, привело к постепенному отходу от средневековых представлений. не менее важным фактором была Реформация, значительно ослабившая господ-ство католической церкви и предоставившая ученым больше свободы

23

суждений. наконец, распространение книгопечатания сделало возмож-ным быстрый обмен научной информацией и привело к интенсифика-ции интеллектуальной жизни.

Сомнения в геоцентрической модели продемонстрировал епископ никола Орема (1330—1382) в своей «Книге о небе и Вселенной». Зна-менитый польский ученый николай Коперник (1473—1543) вошел в историю мировой науки тем, что разработал и обосновал гелиоцен-трическую модель мира в трактате «О вращениях небесных сфер». Зада-чей Коперника стало упрощение птолемеевской астрономии, предпо-лагавшей сложные математические расчеты эпициклов для описания наблюдаемого движения планет.

В труде Коперника предполагались круговые орбиты планет (рис. 1.6), так как круг со времен Аристотеля считался совершенной геометрической формой. это вызывало нестыковки с наблюдениями, критики указывали на многочисленные ошибки новой системы. Дат-ский астроном-наблюдатель Тихо Браге (1546—1601) произвел точней-шие наблюдения и до конца своей жизни сомневался в гелиоцентриче-ской модели.

Рис. 1.6. Гелиоцентрическая модель по Копернику (1543)

Окончательно правоту Коперника подтвердили работы немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571—1630), разработавшего пред-ставление об эллиптических орбитах. Сформулированные Кеплером законы движения планет также установили неравномерность движе-ния по орбите и четкое соотношение размеров орбиты и периода обра-щения.

24

наибольший вклад в утверждение коперниканской модели внес выдающийся итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564—1642). Созданная им конструкция телескопа позволила увидеть и опи-сать множество звезд, неразличимых человеческим глазом. Также были обнаружены пятна на Солнце, кратеры на Луне (рис. 1.7), спутники Юпитера. эти открытия опровергли представление Аристотеля о раз-нице «надлунного» и «подлунного» миров: удалось доказать их едино-образие.

Рис. 1.7. Зарисовки Луны (Галилей Г., 1609)

Галилей столкнулся с резким сопротивлением католической церкви, развернувшей преследование инакомыслия в условиях Контррефор-мации. Ранее уже был сожжен на костре философ Джордано Бруно (1548—1600), отстаивавший бесконечность Вселенной и множествен-ность миров. Полемический трактат «Диалог о двух системах мира — птолемеевой и коперниковой» привел Галилея на суд инквизиции, где мыслитель был вынужден отречься от «ереси».

(?) Что вы  думаете о  моральном выборе Галилея и  Бруно? Обязан ли ученый быть героем? Напишите эссе.

Одновременно с диспутом о гелиоцентрической модели велась работа над уточнением Юлианского календаря. Римский папа Гри-горий XIII в 1582 г. ввел новый, Григорианский календарь, исправив накопившиеся за столетия отклонения от Юлианского календаря. Год

25

содержит не точно 365,25 дней, но на 11 минут больше, что приводит к накоплению «лишнего» дня за 128 лет.

Интересный факт

В отличие от Европы на Руси продолжали придерживаться иной системы летоисчисления (от сотворения мира). При Петре I был официально утвержден Юлианский календарь, что обусловило разницу между старым и новым сти-лем. Хотя в Советской России в 1918 г. был введен Григорианский календарь, православная церковь использует Юлианскую систему. Так разошлись право-славный праздник Рождества (7 января по новому стилю = 25 декабря по ста-рому) и католический праздник (25 декабря по новому стилю).

Мрачные столетия Религиозных войн постепенно уступали место эпохе Просвещения. При великолепных дворах европейских абсолют-ных монархий XVII—XVIII вв. наука избавилась от надзора со стороны церкви и дала множество важных открытий.

1.3. от ньютона к Эйнштейну

Великий английский физик Исаак ньютон (1643—1727, рис. 1.8) разработал космическую механику на основе понятия гравитации. Предложенная им модель осмысления мира почти три века считалась непреложной, в числе прочих ее достоинств можно назвать весьма точ-ное отражение движения планет Солнечной системы. Даже открытие планеты нептун было предсказано исходя из математических расчетов влияния этого небесного тела на уже известные траектории более близ-ких планет.

Рис. 1.8.  Портрет Исаака Ньютона (Симан-мл. Э., 1726)

26

В последующие столетия происходило совершенствование астроно-мической техники и накопление наблюдений. Англичанин Фредерик Гершель (1738—1822) открыл планету Уран, системы двойных звезд и инфракрасное излучение. Директор Парижской обсерватории Урбен Леверье (1811—1877) предсказал существование нептуна, а в 1930 г. после многолетних изысканий был обнаружен Плутон.

Интересный факт

Огромное значение для развития астрономических наблюдений имело совершенствование фотографической техники в конце XIX в. Появилась воз-можность объективной фиксации положения объектов на звездном небе. Выявленные изменения через сравнение многолетних фотографических архивов особенно важны для изучения внешних планет Солнечной системы и комет с длительным периодом обращения.

Выдающийся ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов (1711—1765) стоял у зарождения российской астрономической школы. Ему принадлежит открытие атмосферы Венеры, а также совершенствова-ние конструкции телескопов.

Интересный факт

Судьбу отечественной астрономии зримо демонстрируют четыре поколе-ния научной династии Струве. Василий Струве иммигрировал из Германии и стал первым директором Пулковской обсерватории. Ему наследовали сын Отто, внуки Людвиг (директор Харьковской обсерватории) и Герман (дирек-тор Кенигсберсгской обсерватории). Правнук Отто принял участие в Белом движении, эмигрировал и возглавил Американское астрономическое обше-ство. Отто Струве (1897—1963) стал крупнейшим астрофизиком своей эпохи, разработал новые методы изучения спектра звезд и выявления планетных систем.

(?) Напишите небольшое эссе о  жизни и  научной работе одного из отечественных астрономов XIX — начала XX в.

Длительное время в физике и астрономии господствовала теория эфира, утверждавшая, что Вселенная заполнена упругим веществом — эфиром, колебания которого и определяют все волновые явления. Однако целый ряд экспериментов конца XIX в. не выявил никаких сви-детельств движения Земли относительно эфира. Постепенно ученые накопили целый ряд наблюдений, которые было невозможно объяс-нить в терминах ньютоновской физики.

Гениальный теоретик Альберт эйнштейн (1879—1955, рис. 1.9) произвел революцию, сформулировав специальную и общую теории относительности (СТО и ОТО). эйнштейну удалось разработать мате-матическое доказательство связи скорости света с изменениями про-

27

странства и времени, что, в свою очередь, дало новые представления о Вселенной. Ключевым пунктом стало установление эквивалентности гравитационной и инерционной масс.

Рис. 1.9. Альберт Эйнштейн (1947)

на протяжении века ученые нашли много экспериментальных под-тверждений теории эйнштейна. Так, были установлены гравитацион-ное отклонение света в поле массивных тел, красное смещение частоты света под влиянием гравитационного поля. Свое объяснение полу-чил наблюдаемый феномен прецессии (смещения) орбиты Меркурия вблизи Солнца. Последним достижением стало доказательство суще-ствования гравитационных волн уже в наше время.

1.4. современная астрономия

новая эпоха в астрономии была определена научно-технической революцией и развитием исследовательских космических программ. необходимость дорогостоящих научных экспериментов подтолкнула к усилению международной научной кооперации, объединяющей уси-лия ученых различных стран в единые исследовательские проекты.

В 1930—1940-е гг. в поисках источников радиопомех инженеры обнаружили радиоизлучение Солнца и более отдаленных космиче-ских объектов. наступила эпоха всеволновой астрономии, перешаг-нувшей пределы оптического диапазона наблюдений. За прошедшие десятилетия создана значительная астрономическая инфраструктура,