Астрономия – древнейшая из наук

С развитием человеческого общества перед астрономией выдвигались все новые и новые задачи, для решения которых нужны были более совершенные способы наблюдений и более точные методы расчетов. Постепенно стали создаваться простейшие астрономические инструменты и разрабатываться математические методы обработки наблюдений.

Все накопленные веками знания о природе вплоть до технического и житейского опыта были объединены, систематизированы, логически предельно развиты в первой универсальной картине мира (см. Приложение ), которую создал в IV в. до н. э. величайший древнегреческий философ (и, по существу, первый физик) Аристотель (384--322 гг. до н. э.).

Аристотель впервые отделил мир земных (вернее, «подлунных») явлений от мира небесного, от собственно Космоса с его якобы особенными законами и природой объектов. Далее изложены основные астрономические представления Аристотеля.

Вселенная подразумевалась как вся существующая материя, состоявшая из четырех обычных элементов -- земли, воды, воздуха, огня и пятого -- небесного -- вечно движущегося эфира, который от обычной материи отличался еще и тем, что не имел ни легкости, ни тяжести. Впервые этот ученый сказал о взаимосвязанности свойств материи, пространства и времени. Вселенная представлялась конечной и ограничивалась сферой, за пределами которой не мыслилось ничего материального и никакого пространства. За ее пределами нет времени, которое Аристотель с гениальной простотой и четкостью определил как меру движения и связал с материей, пояснив, что «нет движения без тела физического». Именно здесь помещался нематериальный, духовный мир божества, существование которого постулировалось. А так как Вселенная единственна и объемлет всю материю, она вечна, никогда не возникала и принципиально неуничтожима.

Поскольку Аристотель считал Вселенную шарообразной (из-за общей кажущейся формы небосвода и кругового суточного движения небесных светил), она должна иметь свой центр. По его мнению, посреди мира обязана быть Земля, так как наитяжелейшим элементом считалась как раз «земля»

Из эфира, по мнению Аристотеля, состояли все небесные тела (непременно идеальной сферической формы, скрепленные каждое со своей сферой из того же эфира). А передвижение звезд и планет с запада на восток он объяснил универсальным способом: «природа всегда осуществляет наилучшую из всех возможностей».

Крайней, наиболее удаленной, восьмой сферой считалась сфера звезд. На взгляд Аристотеля, звезды неподвижны относительно своей сферы (вывод о сделан также и на том основании, что Луна всегда повернута к Земле одной стороной). Это раскаленные тела, нагревающиеся в результате трения о воздух при движении (весьма стремительном, учитывая удаленность последней, звездной сферы неба). Так думал, например, Анаксагор. Но по Аристотелю тепло и свет возникали не от трения звезд, а самих сфер друг о друга.

Звезды и планеты ученый называет огромными телами, тогда как Землю он считал небольшой (на основании быстрого изменения звездного неба во время передвижения по ее поверхности). Приведенная им оценка ее окружности (более 70 тыс. км) самая древняя из известных. Более точные оценки (40 тыс. км) получали после Аристотеля в III - II вв. до н. э. Архимед, Эратосфен, Гиппарх.

Особую «прочность» неба ученый объяснял жесткой связанностью всех сфер между собой (как в некотором механизме) И только правильное пропорциональное возрастание их скоростей с ростом удаленности сфер от центра мира обеспечивает устойчивость, которое благодаря этому «не разваливается».

Таким образом, космическая система Аристотеля для его современников была, можно сказать, теорией, опиравшейся на опыт, как он понимался тогда, т. е. на полное доверие к весьма грубым повседневным наблюдениям.

Несмотря на ряд ошибок и весьма наивные рассуждения, Аристотель включил в свою систему и вполне обоснованные астрономическими наблюдениями заключения, прежде всего о шарообразности Земли и ее свободном парении в пространстве. Поэтому так резко высмеивал примитивные идеи о том, что Земля уходит своими «корнями» в бесконечность (Ксенофан Колофонский, VI в. до н. э.), или, имея якобы форму невысокого цилиндра, держится на сжатом воздухе (древнейшая идея «воздушной подушки» -- было высказано в том же VI в. до н, э. Анаксименом, а позднее Анаксагором и Демокритом).

Аристотель также опровергал теорию пифагорейцев о некоем теле, вокруг которого вращается Земля, а также верные догадки о вращении нашей планеты вокруг своей оси (поскольку это не ощущалось в повседневном опыте). Он стремился очистить физическую картину мира от мифологического элемента и объяснить все явления не субъективными, а естественными, объективными причинами. Аристотель резко критиковал древние учения о могучих Атлантах, держащих небо на плечах. «Эту басню, - как писал Аристотель, - сочинили те, кто думал, что все небесные тела имеют тяжесть и состоят из земли» (т. е. из элемента «земля»). К сожалению, гоняясь за этой целью, он выбросил из физической картины мира и глубоко верную догадку о вещественном единстве Вселенной и о тяжести небесных тел, о единстве действующих во Вселенной Законов.

Модель Вселенной у Аристотеля была именно механической, т. е. представляла Вселенную как набор якобы существующих «материальных» сфер (хотя и из особой «неземной» материи--эфира). С течением времени это привело к еще большему огрублению картины. Сферы стали представлять как твердые, хрустальные и т. п. Но это было уже в средние века. Для современников Аристотеля его физико-космологическая картина по своей полноте, логичности, увязанности с доступным опытом и наблюдениями была несравненно выше разрозненных, расплывчатых, порой внутренне противоречивых идей его предшественников. Она стала первым организующим, хотя в то же время ограничивающим фактором на пути дальнейшего развития науки. В ее рамках формировались в течение всей дальнейшей истории развития древнегреческой науки, занявшей более чем полтысячелетия, частные, или локальные собственно астрономические картины мира. И когда столетие спустя появилась гениальная и совершенно новая, революционная идея подлинного гелиоцентризма, высказанная Аристархом Самосским (он считал, в отличие от ранних пифагорейцев, Солнце неподвижным в центре мира, а Землю обращающейся вокруг него и вращающейся вокруг своей оси), эта идея была встречена крайне враждебно не только по религиозным соображениям, но и как противоречащая «здравому смыслу».

2. Средневековье

Предмет астрономии - мироздание, следственно, эта наука чаще любой другой соприкасалась с религией и считалась опаснейшим учением.

Теория Аристотеля-Птолемея прижилась и была узаконена из-за соответствия христианским догматам: Земля - центр Вселенной, а небесные светила созданы для того, чтобы освещать Землю и украшать небесный свод. Всякое отступление от этих взглядов беспощадно преследовалось.

Таким образом, мощное влияние церкви на научные изыски сковывало развитие астрономии вплоть до эпохи Галилея. Рациональное развитие в этот период астрономия получила лишь у арабов и народов Средней Азии и Кавказа, в трудах выдающихся астрономов того времени - Аль-Батани (850 - 929 гг.), Бируни (973 - 1048 гг.), Улугбека (1394 - 1449 гг.) и др.

«Средние века, с начала IV и до XV вв. включительно, были периодом значительного упадка в развитии естественнонаучных знаний на европейском континенте». Ведь еще в начале этого периода Византия была северными «варварами» и арабскими племенами с Аравийского полуострова, стоявшими на чрезвычайно низком уровне развития. Вместе с ней погиб Греко-римский центр науки и культуры. Конечно, античные устои стали вновь пускать корни в среде завоевателей. Теперь две религии: ислам и христианство подавляли стремления к познаванию мира.

Несомненно, и в этих условиях человек не мог перестать размышлять об окружающем мире. Но центры учености переместились в монастыри, где всяческий полет мысли, разойдясь с религиозной трактовкой явлений, прерывался.

Свидетельством падения интеллектуального состояния народа является широкое распространение в VI в. «учения» бывшего купца, а затем византийского монаха Космы Индикоплова. По его представлению, Земля имеет форму четырехугольника, она соединена с небом в виде твердого свода прямыми стенами; смена дня и ночи, объяснялась заходом светила (Солнца) за гору на севере. Такая «астрономическая картина мира» стоит на уровне едва ли не более низком, нежели в сказаниях иных «диких» племен Африки или Полинезии. Также крайний упадок показывает высмеивание известными европейскими богословами III - V вв. идеи существования антиподов, а, следовательно, и теории шарообразности Земли. Похожие примитивные представления имели широкое распространение вплоть до XVII в., например в России.

3. Новое время

Дальнейшее развитие астрономия получила в эпоху великих географических открытий (XV - XVI вв.). Нарождавшийся новый класс буржуазии был заинтересован в эксплуатации новых земель и снаряжал многочисленные экспедиции для их открытия. После долгого периода замкнутости, оторванности от жизни, наука выходила на широкий простор сотрудничества с практикой.

Долгое время единственным способом нахождения долготы было вычисление положений Луны для данного места и момента времени по таблицам. Но вычисления по ним были очень сложны, требовалось упрощение. Становилась популярной астрономия, а также люди нуждались в верной теории движения Солнца и Луны для уточнения календаря. Например, дата весеннего равноденствия была ошибочно закреплена церковью на 21 марта, что привело к отставанию этой цифры от действительной на десять дней!

4. Развитие науки до конца XIX века

XVIII век вошел в историю как период быстрого развития мореплавания. Для составления точных географических карт нужно было найти метод измерения долгот на море. Многие европейские страны были заинтересованы в способе решения этой задачи и назначали все более дорогую премию лучшим изобретателям. Так были основаны первые в Европе государственные обсерватории: Копенгагенская, Парижская, Гринвичская.

Первым директором Гринвичской обсерватории стал Джон Флестимид (1646-1719), носящий титул Королевского астронома. К сожалению, государство не предусматривало финансовой помощи ученому, и если бы не наследство от отца и влиятельные друзья, Джон не смог бы первоклассно оснастить обсерваторию. Именно он составил первый звездный каталог по наблюдениям в телескоп с точным угломерным инструментом.

Исаак Ньютон (1642-1727) - английский физик, механик, астроном, математик. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения. В 1668 г. он разработал конструкцию зеркального телескопа-рефлектора. Главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии» был первым маяком для всех работ по небесной механике в течение последующих двух веков. В книге «Оптика» он объяснил большинство световых явлений с помощью развитой им теории света.

Ньютон пользовался данными Флестимида для разработки теории движения Луны, которая затем приобрела практическое значение. Теперь любой капитан корабля мог узнать точное гринвичское время по положению Луны. Зная местное время из наблюдений звезд, он без труда определял долготу своего корабля.

Английский астроном и геофизик Халли Эдмунд Галлей (второй Королевский астроном) (1656-1742) на основе ньютоновской гравитационной теории в 1705 г. установил периодичность комет и спрогнозировал возвращения кометы 1682 года. Затем он впервые научно обосновал космическую природу болидов. В 1718 обнаружил, что некоторые звезды немного изменили свое положение с античных времен и что светила, считавшиеся неподвижными, имеют собственные движения одна относительно другой. Это подтвердили и другие астрономы; вскоре собственные движения звезд стали изучаться.

Теория Ньютона о сплюснутости Земли была подтверждена в результате экспедиции Парижской академии наук (1735-1743) для измерения длины градуса в Перу и Лапландии. Далее был издан высокоточный звездный каталог Брадлея, куда входили 3268 звезд. В 1761 году М. В. Ломоносов открыл атмосферу на Венере.

Учения об устройстве мира усовершенствовались. Т. Райт создал труд «Оригинальная теория, или новая гипотеза Вселенной», где Вселенная описывалась островной и гравитационной. И. Кант во «Всеобщей естественной истории и теории неба» развил концепцию иерархической, развивающейся гравитационной Вселенной, описал космогоническую метеоритную планетную гипотезу. Ф. Эпинуса анонимно опубликовал сочинение с идеей ледяного ядра комет и гипотезой о поддержании энергии Солнца за счет падения на него комет как «топлива». В 1798-1825 гг. пятитомный «Трактат о небесной механике» Лапласа завершил создания основ классической небесной механики. Наконец, в 1800 году В. Гершелем в спектре Солнца было открыто инфракрасное излучение.

В XIX веке активизировалось составление каталогов звезд, туманностей и других объектов. Сейчас ярчайшие туманности известны по их номерам в каталоге Ш. Месье. А многие туманности и звездные скопления до сих пор обозначают их номерами по NGC (Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений Дрейера). Также получила развитие астрофизика. Стали изучаться эволюция небесных тел, физика космических процессов.

5. Современные представления

XX век начался со свержения механики Ньютона как универсального принципа мироздания. Полностью преобразили существующую картину мира два великих открытия: квантовая механика Планка - Бора - Дирака и теория относительности Эйнштейна. Изменили они и астрономию. Александр Фридман в 1922 году стал автором теории расширяющейся Вселенной, которой придерживаются до сих пор. Немалые успехи были достигнуты и в астрофизике. Труды Шварцшильда, Эддингтона, Джинса, Шепли, Шкловского, Зельдовича и многих других в общих чертах построили картину происхождения и эволюции звезд и галактик.

Один из основоположников теоретической астрофизики - немецкий астроном Карл Шварцшильд (1873-1916). В 1906 году он построил теорию переноса лучистой энергии веществом звезды. На основе открытия ввел систему уравнений, описав перенос лучистой энергии из недр Солнца наружу. Решив эти уравнения, он смог вычислить температуру каждого слоя внутри Солнца. Далее ученый сформулировал общие уравнения звездной статистики, дал общее полное решение этих уравнений. Независимо от А. Зоммерфельда вывел основные правила квантования, дал полную теорию эффекта Штарка (влияние электрического поля на свет), начал развивать квантовую теорию молекулярных спектров. В 1911 объяснил распределение яркости в хвосте кометы Галлея механизмом флуоресцентного свечения молекул.

Ученым удалось определить размеры и общую массу нашей Галактики, а также выяснить, что Солнце расположено в ней далеко от центра. Вращение Галактики было обнаружено на основе статистического анализа русским астрономом М. А. Ковальским в 1859 и детально исследовано голландским астрономом Я. Оортом в 1927.

Эйнар Герцшпрунг (1873-1967), датский астроном, составил диаграмму зависимости звездной величины от показателя цвета звезд в скоплениях Плеяды и Гиады (1911). Через два года американский астроном Ресселл построил аналогичную диаграмму для всех звезд с известными расстояниями, получившую название диаграммы Герцшпрунга - Расселла. На ней звезды разбиваются на группы по сходным физическим характеристикам. Большинство звезд расположились на «Главной последовательности», простирающейся по диагонали от горячих голубых звезд со светимостью в 1000 раз большей, чем у Солнца, через белые звезды, желтовато-белые, желтые (Солнце), оранжевые к красным карликам, в 1000 раз слабее Солнца. Эта диаграмма стала основой для исследований эволюции звезд.

Имя Эдвина Хаббла, американского астронома (1889-1953), встало в один ряд с Николаем Коперником (См. Приложения, рис.12,с. 26). Оба они совершили революцию в представлениях о Вселенной.

В 1923-1924 гг. он доказал звездный состав туманности Андромеды и двух других спиральных туманностей и, обнаружив в них цефеиды, убедительно определил расстояние до ближайшей из них в 900000 св. лет, что сняло все сомнения в реальности островного характера наблюдаемой Вселенной. Годом позже разработал первую классификацию галактик, в основном оставшуюся неизменной до сих пор.

Сейчас мы живем в XXI веке. К сожалению, даже сегодня мы не можем утверждать, что наши представления об устройстве Вселенной полны и окончательны. Что еще предстоит решить нашим ученым?

- как образовались планеты Солнечной системы, их спутники и кольца;

- какова природа планет у других звезд;

- возможно ли во всех деталях понять жизнь звезд;

- в какой форме вещества содержится скрытая масса Вселенной;

- как рождались галактики разных типов;

- какие новые знания о Вселенной несут нейтринные потоки и гравитационные волны;

- можно ли понять загадку рождения Вселенной и предугадать ее дальнейшую судьбу?

Поэтому белые пятна в астрономии ждут своих ученых - первооткрывателей.

Заключение

Подводя итог проделанной работе, можно сказать, что двигателем любых открытий во все времена являлись практические потребности. Еще в первобытном обществе, а потом и древнейших цивилизациях люди поняли ценность знаний о небесных светилах в повседневной жизни.

Конечно, определенный застой в развитии астрономии образовывался благодаря священному стремлению людей сохранять традиции в средние века. Отказываясь принимать новые, даже теоретически и экспериментально доказанные версии устройства Вселенной, человечество тормозило эволюцию древней науки.

Когда церковью была узаконена теория Аристотеля-Птолемея, несколько веков никакие опровергающие факты не могли удалить ошибочное мнение из сознания людей (власть религии была очень велика). Христианским принципам как нельзя лучше соответствовало утверждение о центральном, непоколебимом положении Земли в мире. Поэтому гелиоцентрическая система Коперника (о центральности Солнца говорили еще в древности) стала настоящей революционной ломкой старых суждений.

Далее, согласно извечному любопытству человека, «запретное» учение Николая распространилось в среде исследователей неба. Многие не только его поддерживали, но и развивали. Так, знаменитый Джордано Бруно за опасные утверждения о том, что звезды - такие же солнца, и на них есть разумная жизнь, расплатился своей жизнью. Затем выдающийся ученый, Галилео Галилей, сконструировавший телескоп и сделавший множество открытий, подтверждающих гелиоцентрику, был вынужден отказаться от них. И лишь спустя почти 360 лет, в 1992 году был полностью оправдан католической церковью.

Новое время помогло выйти на следующий уровень развития астрономии - теперь стало ясно, что движение вперед важно, что уточнение и обновление застаревших данных просто необходимо. Различные карты звездного неба, каталоги космических объектов, а в XX веке - сооружение лучшей техники для наблюдений, а также первые полеты в космос, запуск спутников довели древнейшие представления о Вселенной до современной теории устройства мира.

Несмотря на все сложности и препятствия долгой истории развития астрономии, ученые не сходили с верного пути, не отступались от своих идей и взглядов. Мы должны быть благодарны их труду и работе, а, возможно, и последовать их примеру.

астрономический вселенная космический

Список использованной литературы

1. Большой дом человечества. - М.: Детская литература, 1966. - 422 с.

2. Гурштейн А.А. - Извечные тайны неба: Книга для учащихся. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 1984. - 272 с.

3. Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия. - 2-е изд., испр.- М.: Аванта+, 2000. - 688с.

4. Астрономия в древности [Электронный ресурс]//Astronomy portal. -Гирин Ю. История астрономии: даты, биографии, труды [Электронный ресурс]//Кабинет: история астрономии. - М.: 2006. -

5. Наука астрономия [Электронный ресурс]// ASTRONOMY

Размещено на Allbest.ru