Детская энциклопедия

Меню сайта











Астрономия и другие науки

Астрономия во все времена развивалась и теперь развивается в тесной связи с другими науками, особенно с математикой и физикой.

Математика и физика, так же как и астро­номия, зародились в глубокой древности. В Египте, Вавилонии уже за много веков до нашей эры были достигнуты известные успехи в арифметике и геометрии. Там же скла­дывались первоначальные, еще крайне прими­тивные представления и о некоторых физи­ческих явлениях.

В древней Греции и ее колониях начиная с VI в. до н. э., а потом и в эллинистических государствах математика и астрономия раз­вивались быстрее физики. В то время физику рассматривали как науку о природе вообще, в том числе и о живой природе.

Греческие астрономы стремились объяс­нить наблюдаемые закономерности и откло­нения от них в движениях Солнца, Луны, пла­нет, определить размеры этих небесных тел и расстояния до них. Для этого знаний по мате­матике, заимствованных главным образом из Египта, было недостаточно. Необходимо было научиться решать многообразные геометриче­ские задачи на плоскости и на сфере, с доста­точной точностью измерять углы, площади, объемы. Уже в VI—IV вв. до н. э. греческие ученые разработали основы геометрии, а в III в. н. э. крупнейший греческий ученый Евклид дал систематическое изложение ее. Бла­годаря этому александрийские астрономы при­обрели большие знания и опыт в решении геометрических задач на небесной сфере.

Греческие ученые овладели и действиями с очень большими числами. В III в. н. э. Архи­мед решил такую задачу: если Вселенная — шар, «замыкаемый» сферой неподвижных звезд, а размеры ее такие, как предполагал Ари­старх Самосский1, старший современник Архи­меда, то сколько песчинок вместит этот шар? Речь шла о заведомо огромном числе, а с таки­ми большими числами математики никогда еще дела не имели. Архимед разработал систему последовательно увеличивающихся чисел и по­казал, что числа как бы уходят в бесконечность. После этого он уже легко высчитал, что коли­чество песчинок, вмещаемое Вселенной, равно единице с 63 нулями.

Таким образом, астрономия ставила перед математикой новые задачи и тем самым спо­собствовала ее развитию. Со своей стороны успехи математики помогали прогрессу астро­номии.

Конечно, было бы ошибочно думать, что мате­матика развивалась только под влиянием за­просов астрономии. Математика была необхо­дима и для торговли, и для ремесла, и для других нужд. Без глубокого понимания пропор­ций и объемов невозможны были бы и замеча­тельные достижения греческой архитектуры и скульптуры.

Другая наука, которая в древности (а потом и в средние века) называлась физикой, в то время не помогала прогрессу астрономии и даже задерживала его. В сущности это и не была физика в ее настоящем понимании.

Общеизвестно, что в изучении природы на­блюдение и опыт играют решающую роль. Только при их помощи можно достоверно уз­нать, как происходят те или иные явления в природе. Физика в наше время — одна из основных наук о природе, она исследует общие свойства вещества и движения. Современная физика располагает мощными средствами для «испытания» природы путем сложнейших и мно­гообразных опытов.

Ученые же древности и средневековья, сле­дуя умозрительным взглядам Аристотеля, не придавали никакого значения наблюдению и опыту. Ученые размышляли о том, как дол­жны совершаться те или иные явления в при­роде, но не проверяли опытом, так ли они совершаются в действительности. Ученые древ­ности обычно принимали видимое в природе за действительное: если нам на Земле кажется, что Солнце, планеты и звезды движутся вокруг Земли, значит, так и есть на самом деле. При этом они считали, что небесным телам присущи только круговые движения и только вокруг Земли, так как Земля — центральное непо­движное тело во Вселенной и все тела должны «тяготеть» к ней как к самому тяжелому телу. Считали, что если бы Земля двигалась, то все находящееся на ней, а также и окружающий ее воздух должны были бы «слететь» с нее и отстать, а сама Земля при движении рассы­палась бы на части.

Находясь во власти таких в корне оши­бочных взглядов, древние и средневековые уче­ные, используя свои математические знания, создавали искусственные схемы кругов, по ко­торым будто бы движутся небесные тела вокруг Земли,— лишь бы не нарушались воззрения Аристотеля, которые всячески поддерживала и религия. Коперник смело и решительно отка­зался от устарелых физических представлений о невозможности движения Земли, и это позво­лило ему сделать свое великое открытие.

Коперник обосновал положение, что дви­жение Земли в пространстве, даже и с огром­ной скоростью, остается незаметным для ее обитателей. Суточное движение Солнца и его годичное перемещение среди звезд — это отра­жение суточного вращения Земли и ее годич­ного движения вокруг Солнца. Ведь и на самой Земле движение тел воспринимается наблюда­телем в зависимости от того, движется ли он сам по Земле или находится в покое. Эта дока­занная Коперником относительность движения опровергла аристотелевские представления о том, что видимое в природе всегда есть дей­ствительное. Но если кажущееся не всегда есть действительное, то для того, чтобы отли­чить действительное от кажущегося, необхо­димы наблюдения, опыт, математический ана­лиз. Поэтому-то открытие Коперника явилось основой успешного развития не только новой астрономии, но и новой физики. И после Ко­перника астрономия уверенно развивается в теснейшей взаимосвязи с прогрессом как мате­матики, так и физики.

Во времена Коперника вершиной матема­тических знаний была тригонометрия — пло­ская и сферическая. Когда Кеплер открыл за­коны обращения планет и оказалось, что пла­неты движутся по эллиптическим орбитам и с неравномерной скоростью, для изучения их движений имеющиеся математические знания и средства вычисления были уже недостаточны.

В начале XVII в. шотландец Джон Непер (1550—1617) открыл логарифмы, вскоре за­тем французский ученый Рене Декарт (1596— 1650) создал аналитическую геометрию, а к концу века Ньютон и немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716) разрабо­тали дифференциальное и интегральное исчи­сления — основные разделы высшей математики.

В свете открытого Ньютоном закона все­мирного тяготения оказывалось, что движения планет происходят не вполне по законам Кеп­лера, так как, помимо солнечного притяжения, каждая планета испытывает «возмущение» со стороны других планет. Это же относится и к движению Луны вокруг Земли.

Так в трудах Ньютона и великих матема­тиков XVIII в. Леонарда Эйлера, Алексиса Клода Клеро, Жозефа Луи Лагранжа, Пьера Симона Лапласа (1749—1827) сложилась небесная механика — раздел астрономии, изу­чающий при помощи точнейших математических методов движения небесных тел с учетом всех «возмущений».

Когда с конца XVI в. физика стала разви­ваться на основе наблюдений и опытов, осо­бенное значение приобрели исследования по оптике. Они привели к созданию первых теле­скопов. Галилео Галилей, направив на небо построенный им телескоп, сделал при помощи его выдающиеся открытия. Оказалось, что при­менение оптических стекол безмерно расши­ряет границы видимого мира. С этого времени непрерывно совершенствовались телескопы раз­ных систем и конструкций. Это со временем привело к созданию гигантских астрономиче­ских инструментов — рефракторов и рефлек­торов. Они оказали науке неоценимые услуги.

Однако вплоть до середины XIX в. дости­жения астрономии ограничивались исследова­нием формы и движений небесных тел, а о фи­зической природе их в сущности ничего не было известно. Но когда в результате успехов физи­ки возникли спектральный анализ (см. т. 3 ДЭ) и фотография, наступила и новая эра в астро­номии. Спектральный анализ в применении к небесным телам дал возможность не только узнать химический состав далеких звезд, но и выяснить, в каких состояниях находятся те или иные химические элементы в различных звездах. А так как во Вселенной существует великое многообразие звезд — они различны и по температуре, и по светимости, и по раз­мерам, и по массам,— то спектральный анализ открывал перспективу познания самых разно­образных состояний вещества, которые невоз­можно познать в земных условиях.

Большие перспективы для астрономии от­крыла и фотография. Сравнение снятых в раз­ное время фотографий тех или иных участков неба, тех или иных небесных объектов дало возможность подмечать такие изменения на небе, которые без фотографии остались бы неза­меченными.

Спектральный анализ и фотография разви­вались далее также в тесной связи. Фотогра­фия позволила запечатлевать на пластинках спектры небесных тел, а потом исследовать их в лабораториях. Так на основе успехов физики сложилась новая область астрономии — астро­физика, которая к концу XIX в. уже достигла немалых успехов.

XX век ознаменовался важными достиже­ниями в области физики. Были открыты элек­троны, рентгеновские лучи, явление радиоактивности, изменяемость и превращение эле­ментов. Эти и другие открытия безмерно рас­ширили знания о природе вещества.

В свете новых открытий постепенно выяс­нилось, что вещество во Вселенной, при чрез­вычайной разреженности и при сверхплотно­сти, при невообразимо высоких температурах и т. п., может находиться в таких необычных состояниях, какие раньше никогда и не мыс­лились.

Но такие состояния вещества невозможно воспроизвести при помощи опытов в лабора­ториях на Земле. В грандиозных масштабах многообразные превращения вещества, прояв­ления его необычных свойств происходят в звездах и в туманностях. Только изучая эти процессы, можно раскрыть тайны происхож­дения и развития небесных тел. Это прямая задача астрономов, и в наше время они ее ус­пешно решают. Но в то же время такие иссле­дования обогащают физику.

Действительно, каждая звезда, будь то яр­кий сверхгигант, белый карлик, переменная звезда — цефеида или звезда иного типа,— это исполинская физическая лаборатория, где непрерывно совершаются физические процессы и происходят явления в масштабах, немыс­лимых на Земле.

На протяжении XIX и начала XX в. загадкой для ученых оставался вопрос об источниках энергии Солнца и звезд. Казалось, нет в природе таких сил, за счет которых можно было бы пополнять огромный расход солнечной энергии на протяжении миллиардов лет. А мно­гие звезды излучают энергии в тысячи раз больше, чем Солнце. Оказалось, что источни­ком звездной, а значит, и солнечной энергии являются ядерные реакции, в частности реак­ция превращения водорода в гелий. При этих реакциях освобождается и излучается в миро­вое пространство огромное количество энер­гии. Кстати, о гелии: когда начались спект­ральные исследования Солнца, то оказалось, что Солнце (да и другие звезды) состоит из таких химических элементов, которые давно уже известны на Земле. Однако на Солнце был обнаружен и неизвестный еще в то время на Земле самый легкий после водорода газ, который в честь Солнца (по-гречески «гелиос») назвали гелием. Потом гелий был обнаружен и на Земле, только на нашей планете он при­сутствует в небольших количествах, а на Солн­це (и во многих звездах)— его очень много, так как значительная часть водорода на Солн­це уже успела превратиться в гелий.

Важнейшая задача физики на Земле — со­здание таких приборов и установок, при помощи которых можно осуществлять «управ­ляемые» ядерные реакции и уже по воле людей превращать одни элементы в другие. Можно не сомневаться, что в близком будущем это будет осуществлено и человечество полу­чит в свое распоряжение для мирных целей такое огромное количество энергии, о котором совсем недавно нельзя было и мечтать. И все-таки это будет в скромных, с космической точки зрения, масштабах нашей планеты. А на Солн­це и в звездах раскрывается безграничная кар­тина подобных превращений в таких масшта­бах и при таких температурах, которые на Земле и в далеком будущем нельзя создать даже при самых блестящих темпах развития науки и техники.

Так в наше время при помощи астрономии изучаются и решаются проблемы физики, во­просы состояния и поведения вещества в таких условиях, которых нет на Земле, которые только в будущем могут быть созданы, и даже в таких, которые никогда не могут быть соз­даны на нашей планете.

Изобретение радио в конце XIX в. также было одним из великих достижений физики. Оно быстро нашло свое применение в технике и позволило осуществить беспроволочную связь на дальние расстояния, а потом и по всему земному шару. Теперь радиоволны, приходя­щие на Землю из глубин Вселенной, улавли­ваются мощными радиотелескопами.

В наше время как никогда тесна связь между астрономией и физикой. Это не значит, что ослабла связь астрономии с математикой. Наоборот, она только укрепилась и усилилась. Современная физика связана не только с опы­том и наблюдением, но и со сложными мате­матическими расчетами. Современная небесная механика немыслима без огромных вычисли­тельных работ. Например, сейчас уже известно свыше 1600 малых планет, и для каждой необ­ходимо вычислить орбиту и следить за ее дви­жением с учетом всевозможных «возмущений» от других планет. На помощь астрономии в таких работах теперь пришли счетно-вычисли­тельные машины.

Особенно многообразна в наше время связь астрономии с техникой. Когда-то выдающиеся астрономы, такие, как Гершель, Гевелий, Парсонс и многие другие, самостоятельно конструи­ровали и строили с очень скромными техниче­скими средствами свои большие, первоклас­сные для того времени телескопы. Современный мощный телескоп с его совершенной опти­кой, с новейшей аппаратурой для спектраль­ных исследований, для фотографирования неба в разных лучах и для других исследований — это сложнейшее сооружение. Оно воплощает в себе коллективный труд конструкторов, опти­ков, механиков, рабочих разных профессий, физиков и астрономов. И это относится не толь­ко к телескопу-гиганту, а к любому современ­ному астрономическому прибору.

Но никогда и нигде не проявлялась так тесно связь астрономии с другими науками, с техникой, с народным хозяйством, как теперь, в освоении космического пространства.

Сам по себе космический корабль, способ­ный пролетать миллионы километров и при­способленный для длительного пребывания в нем людей,— творение высшей техники. Три­умфом науки и техники является достигнутая возможность запустить такой корабль в космос с требуемой космической скоростью, позволя­ющей преодолевать притяжение Земли. Но этого мало — корабль оснащается не только приборами для управления и астронавигации, но и средствами радиосвязи и телевидения, побеждающими любые требуемые расстояния. Здесь на службу космонавтике ставятся все достижения и физики, и техники. И это — далеко не все. Если поставлена задача осуще­ствить полеты людей на другие планеты, то отсюда вытекает и другая задача: обеспечить необходимые условия для сохранения жизни, здоровья, работоспособности людей в косми­ческом пространстве. Мало и этого: надо еще предвидеть, какие условия могут ожидать по­сланцев с Земли на других мирах. Здесь — необозримое поле деятельности для биологии и медицины. На наших глазах формируются новые отрасли этих наук — космическая био­логия и космическая медицина.

Словом, современная космонавтика — это творческое сотрудничество многих отраслей естествознания и техники. И в этом содруже­стве астрономия играет далеко не последнюю роль. Ведь космический корабль не посылается с Земли «вообще». Он посылается в определен­ном направлении, которое надо рассчитать во всех деталях так, чтобы корабль достиг своей цели — прилетел бы туда, куда нужно. Расчет движений искусственных небесных тел — это новое направление небесной механики — зна­чит, дело астрономов, и решается оно при помощи вычислительной техники. Такие тела нужно тщательно наблюдать в полете и сле­дить за тем, как он совершается,— это тоже дело астрономов и выполняется ими во все­оружии наблюдательных возможностей.

С глубокой древности астрономия связана с географией. Определение формы и размеров Земли, географических координат, ориенти­ровка на суше и на море — все это всегда дела­лось и делается при помощи астрономии.

Связана астрономия и с изучением далекого исторического прошлого человечества. О мно­гих событиях древности сохранились в лето­писях или в других литературных памятниках только отрывочные записи, и по ним невозможно установить, когда эти события происходили. В разных записях встречаются и противоре­чивые данные о времени события. В таких слу­чаях историки оказываются в трудном поло­жении, и на помощь им нередко приходит астрономия.

С очень давних времен такие систематически повторяющиеся явления, как видимые движе­ния Солнца и планет, фазы Луны, солнечные и лунные затмения, упоминаются в истори­ческих и литературных памятниках. Астро­номы могут точно определять даты этих явле­ний и для далекого прошлого и на будущее время. Предположим, в записях и преданиях зафиксировано, что такое-то сражение, решив­шее судьбу тех или иных стран и народов, про­изошло накануне полного солнечного затмения. Даты сражения нет, а если и есть, то не всегда в ней легко разобраться, так как в древности было много противоречащих одна другой си­стем летосчисления. Но если астрономические вычисления показывают, что в данной мест­ности происходило солнечное затмение при­мерно в то время, когда происходило сраже­ние, то дата его определится уже не примерно, а точно.

Немало различных народнохозяйственных задач разрешается при помощи астрономии.

Таким образом, астрономия тесно связана с другими науками, с техникой, с практиче­ской жизнью. Следовательно, и история астро­номии также теснейшим образом связана со всей историей культуры человечества. Поэтому от астронома всегда требовалось, а в наше вре­мя особенно требуется, чтобы он не только знал свою науку, но и был разносторонне обра­зованным человеком.

 

1 Аристарх считал расстояние от Земли до Солнца в 1200 земных радиусов — около 7,6 млн. км — и правиль­но полагал, что это расстояние совершенно ничтожно (как бы «точка») по сравнению с расстоянием до звезд.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016