5. Общая характеристика развитие астрономических знаний.
Астрономия как наука возникла в Древней Греции.
Многие древнегреческие философы развивали космогонические идеи. Древнегреческие философы Гераклит Эфесский (кон. VI – нач. V вв. до н. э.), Фалес (ок. 625 – ок. 547 гг. до н. э.) и другие пытались объяснить происхождение мира. Ещё Пифагор Самосский (VI в. до н. э.) утверждал, что Земля шарообразна, а Фалес впервые в истории предсказал солнечное затмение. Это было в VI в. до н. э.
В IV в. до н. э. Аристотель (384-322 гг. до н. э.) доказал шарообразность Земли и Луны, предположил сферу как форму всех небесных тел. Он выбрал окружность в качестве типичной планетарной орбиты и составил первую научную систему мира – геоцентрическую26.
Согласно геоцентрической системе мира, планеты, Солнце и другие небесные светила обращаются вокруг Земли, неподвижно покоящейся в центре мира, по орбитам, представляющим сложное сочетание круговых орбит.
В III в. до н. э. древнегреческие астрономы Эратосфен Киренский (ок. 276-194 гг. до н.э.) впервые измерил дугу меридиана и вычислил размеры земного шара, а Аристарх Самосский (кон. IV в. – перв. пол. III в. до н. э.) попытался измерить расстояние до Солнца и Луны и первым высказал идею гелиоцентризма27. Он утверждал, что Земля движется вокруг неподвижного Солнца, находящегося в центре сферы неподвижных звёзд. Фридрих Энгельс назвал Аристарха Самосского «Коперником древнего мира».
Аристарх не мог точно вычислить космические расстояния, это сделал древнегреческий (александрийский) астроном Гиппарх (ок. 180/190-125 гг. до н. э.), который установил удалённость Луны от Земли и выяснил размеры нашего естественного спутника28.
Во II в. н. э. другой астроном из Александрии, Клавдий Птолемей (ок. 90 – ок. 160 гг. н. э.), развил и дополнил геоцентрическую систему Аристотеля, благодаря чему получил возможность очень точно описать видимое движение планет на небе. Но это была ошибочная система мира.
Птолемей явился создателем геоцентрической системы мира. Он разработал математическую теорию движения планет вокруг неподвижной Земли, позволявшую предвычислять их положение на небе. Система Птолемея изложена в его главном труде «Альмагест» – энциклопедии астрономических знаний древних.
Окончательная победа гелиоцентризма произошла в эпоху Возрождения и связана с именем польского астронома Николая Коперника (1473-1543). Он совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли, объяснил видимые движения небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в том числе Земли) вокруг Солнца. Своё учение Коперник изложил в сочинении «Об обращениях небесных светил» (1543). Это сочинение было запрещено католической церковью в 1616 г. (запрещение сохранялось до 1828 г.).
Однако Коперник ошибочно думал, будто планеты движутся по «идеальным», в понимании древних, круговым орбитам, а неподвижные и равноудалённые от Солнца звёзды образуют сферу вокруг Солнечной системы.
Учение Коперника развил итальянец Джордано Бруно (1548-1600), который предполагал наличие во Вселенной других планетных систем, подобных Солнечной. Бруно отстаивал концепцию о бесконечности Вселенной и бесчисленного множества миров. Одно из основных его научных сочинений так и называется: «О бесконечности, Вселенной и мирах».29
Итальянский астроном Галилео Галилей (1564-1642) доказал правоту учения Коперника на основании новых фактов о Солнечной системе. Благодаря созданию телескопа с 32-кратным увеличением Галилей смог обнаружить четыре спутника Юпитера, пятна на Солнце, горы на Луне и фазы Венеры. Разработки Галилея в области механики (открытие инерции и ускорения свободного падения) положили конец прежним, аристотелевским представлениям о законах движения тел, что также сыграло свою роль в опровержении геоцентрической системы мира.30
Однако развиваемое этими астрономами учение не могло удовлетворительно объяснить видимого движения планет. Лишь в XVII столетии немецкому астроному Иоганну Кеплеру (1571-1630) удалось математически сформулировать законы обращения планет. Три закона движения космических тел принесли учёному среди сторонников славу «законодателя неба».31
Кеплер при составлении законов опирался на многолетние наблюдения замечательного датского астронома Тихо Браге (1546-1691). Этот учёный доказал, что кометы являются космическими телами, а не атмосферными испарениями, как считалось ранее, и предполагал обращение всех планет вокруг Солнца, за исключением Земли.32
Астрономам того времени не удалось ответить на главный вопрос: какая сила заставляет небесные объекты перемещаться вокруг некоего массивного центра? Ответ на этот вопрос получил английский физик Исаак Ньютон (1643-1727), открывший закон всемирного тяготения. Благодаря открытию Ньютона возникло представление о законах движения космических тел, была создана научная схема Солнечной системы.
В начале XVIII в. английский астроном Эдмунд Галлей (1656-1742), поддерживавший учение Ньютона, открыл периодичность комет на примере одной из них, которая была в дальнейшем названа в его честь.33
В 1781 г английский астроном Уильям Гершель (1738-1822) открыл существование седьмой планеты Солнечной системы. Это тело назвали Ураном.34
В 1846 г. француз Урбен Жак Жозеф Леверье (1811-1877), иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1848), занимаясь теорией движения больших планет и устойчивости Солнечной системы, предположил наличие планеты за Ураном и на основании исследования возмущений Урана вычислил (1846) орбиту и положение планеты, которой присвоил название Нептун. Сходное предположение одновременно выдвинул англичанин Джон Кауч Адамс (1819-1892)35. Оба исходили из гравитационных отклонений орбиты Урана. В том же году немецкий астроном Иоганн Готфрид Галле (1812-1910), следуя расчётам Леверье и Адамса, сумел обнаружить Нептун.36
В 1801 г. итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746-1826) открыл астероид Цереру (1801).37 После открытия в следующем году немцем Генрихом Ольберсом (1758-1840) ещё одного астероида было дано определение этим планетам, которые назвали малыми.38
Гравитационные отклонения в орбите Нептуна позволили предположить существование ещё одной далёкой от Солнца планеты – Плутона. Американский астроном Персиваль Ловелл (1855-1916) в начале ХХ в. вычислил орбиту Плутона и последние годы своей жизни посвятил безрезультатному поиску этой планеты, которую обнаружил Клайд Томбо лишь в 1930 г.
24.VIII.2015
И.П.Ермолаев
1 Расстояние до ближайшей звезды 40 200 миллионов км (402 с 14-ю нулями метров).
2 Световой год = 9460 сотен миллионов км (946 с 13-ю нулями метров).
3 Магеллановы облака (Большие и Малые), две ближайшие галактики, спутники нашей Галактики Магеллановы облака видны на небе в Южном полушарии невооружённым глазом (соответственно в созвездиях Золотой Рыбы и Тукана. В Большом Магеланновом облаке в феврале 1987 г. вспыхнула сверхновая звезда, которую можно было видеть невооружённым глазом.
4 Ближайшая к нашей Галактике гигантская спиральная галактика. Масса ≈ (3–5)∙1011 масс Солнца, расстояние до Туманности Андромеды ≈ 700 кпк (10 с 20 нулями км). Видна невооружённым глазом (как туманное пятнышко) в созвездии Андромеды.
5 Учесть, что в печатном издании учебного пособия допущены ошибки в распределении ьлчек равноденствия.
6 Полярная звезда [альфа (α) созвездия Малой Медведицы], звезда 2-й звёздной величины, находится на расстоянии ок. 1º от северного полюса мира. Вследствие этого Полярная звезда сохраняет почти неизменное положение на небе, и по ней легко определять расположение сторон горизонта (Полярная звезда указывает направление на Север) и широту места наблюдения, которая приближённо равна высоте Полярной звезды над горизонтом.
7 Не надо путать небесный меридиан с географическим меридианом, хорошо известным любому школьнику из курса географии. Меридиан географический, или земной, – линия сечения поверхности земного шара плоскостью, проведённой через какую-либо точку земной поверхности в Северный и Южный полюсы Земли. Все точки земной поверхности, лежащие на одном меридиане, имеют одинаковую географическую долготу и, следовательно, равное время. Меридиан, проходящий через обсерваторию в Гринвиче (один из округов Лондона), обычно принимается за начальный: от него ведётся счёт долгот (образно говоря, меридиан – это долгота конкретного пункта).
8 Промежуток времени, за который Солнечная система совершает один оборот вокруг центра Галактики называется Галактическим годом и составляет около 230 млн. лет.
9Орбита небесного тела представляет собой эллиптическую окружность, в одной из фокусов к-рого находится Солнце. Эллипс, плоская овальная кривая с двумя фокусами, расположенными так, что сумма расстояний от каждой из них до любой точки окружности равна длине большой оси.
10 Названия дней недели: воскресенье – день Солнца, понедельник – день Луны, вторник – день Марса, среда – день Меркурия, четверг – день Юпитера, пятница – день Венеры, суббота – день Сатурна.
11 В 1705 г. английский астроном Эдмунд Галлей (1656-1742), друг и помощник И. Ньютона, директор Гринвичской обсерватории, установил эллиптическую форму орбиты этой кометы и периодичность её возвращения к Солнцу.
12 Горизонтальные координаты состоят из высоты светила, отсчитываемой вдоль его вертикала от горизонта до светила, и азимута, отсчитываемого вдоль горизонта от точки юга к западу до вертикала светила; часто применяется также зенитное расстояние, равное дополнению высоты до 90º. – Экваториальные координаты состоят из склонения светила, отсчитываемого вдоль его круга склонения от небесного экватора до светила, и прямого восхождения, отсчитываемого вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия до круга склонения светила; применяется также часовой угол светила, отсчитываемый от меридиана вдоль небесного экватора до круга склонения. Часовой угол отсчитывается в направлении видимого суточного вращения небесной сферы, прямое восхождение – в обратном направлении. – Эклиптические координаты состоят из широты, отсчитываемой вдоль круга широт светила от эклиптики до светила, и долготы, отсчитываемой вдоль эклиптики от точки весеннего равноденствия до круга широт светила в направлении годичного движения Солнца. – Галактические координаты состоят из системы координат с основной плоскостью, проходящей через центр Галактики и совпадающий с плоскостью Млечного Пути.
13 Перигелий (от пери… и греч. helios – Солнце), ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг него. Расстояние в перигелии (в июне) между центрами Земли и Солнца равно 147 млн. км.
14 Афелий (от апо… и греч. hēlios – Солнце), наиболее удалённая от Солнца точка орбиты обращающегося вокруг него небесного тела. Расстояние Земли в афелии (в декабре) от Солнца равно 152 млн. км.
15 В течение года Солнце перемещается по эклиптике среди 13 созвездий, но в 13-м созвездии (Змееносец) Солнце бывает столь незначительное время (с 30 нояб. по 18 дек.), что оно обычно не берётся в учёт.
16 Путь Солнца по зодиакальным созвездиям – см. табл. 1 на стр. 20.
17 См. рис. 5 на стр. 17 (с учётом примечания № 5 на л. 2).
18 Рефракция света – это искривление светового луча в среде с непрерывно изменяющимся показателем преломления. Иногда под рефракцией света в широком смысле понимают преломление света.
19 Стояние планеты, кратковременная остановка верхней планеты в её видимом движении относительно звёзд при смене прямого движения на попятное и наоборот. Для Земли – это момент времени, когда центр Солнца проходит либо через самую сев. точку эклиптики, имеющую склонение +23˚27` (точка летнего С., 21-22 июня), либо через самую южную её точку, имеющую склонение -23˚27` (точка зимнего С., 21-22 дек.). Вблизи С. склонение Солнца (см. Координаты небесные) изменяется очень медленно, т.к. в этом месте движение Солнца по эклиптике происходит почти параллельно экватору. В связи с этим полуденная высота Солнца в течение неск. дней остаётся почти постоянной, с чем связан и сам термин «С.».
20 Самая длительная продолжительность светлого времени суток – 17 ч. 33 м. – продолжается 8 дней (с 18 по 25 июня), самая короткая – 7 час. – 9 дней (с 18 по 26 дек.); в момент равноденствий долгота дня ежесуточно изменяется на 4-5 минут.
21 Сидерический (звёздный) месяц – период, в течение которого Луна совершает полный оборот вокруг Земли и занимает исходное положение относительно звёзд.
22 Синодический период обращения (от греч. synodos – соединение, сближение), промежуток времени, в течение которого какое-либо тело Солнечной системы, двигаясь по своей орбите, возвращается при наблюдении с Земли в прежнее положение относительно Солнца. Применительно к Луне синодический месяц – это период от одного новолуния до другого, или, говоря языком астрономической науки, от одной конъюнкции до другой.
23 Сидерический период обращения (звёздный период) обращения планеты – промежуток времени, в течение которого тело Солнечной системы (планета, астероид, комета) возвращается в прежнее положение относительно звёзд, т. е. совершает полный оборот вокруг Солнца.
24 Драконический период – это интервал времени между двумя последовательными прохождениями небесного тела через один и тот же (восходящий или нисходящий) узел орбиты (взаимное расположение двух небесных тел при одновременном пересечении плоскости эклиптики).. Он составляет 27,2122 средних солнечных суток.
Для теории затмений существуют два основных понятия драконического периода – год и месяц. Драконический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через один и тот же (восходящий или нисходящий) узел орбиты Луны на эклиптике (346,6200 суток). Драконический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел её орбиты (имеет значение в теории затмений), равный 27,2122 ср. солнечных суток.
Узлы восходящий и нисходящий (астр.), точки на небесной сфере, в которых плоскость орбиты планеты пересекается с эклиптикой. В восходящем узле небесное светило переходит с южной стороны эклиптики на северную, в нисходящем – наоборот.
25 Сарос (драконический период), период, по истечении которого, вследствие повторения взаимного положения Солнца, Луны и узлов лунной орбиты на небесной сфере, в одной и той же последовательности вновь повторяются солнечные и лунные затмения. Сарос равен 6585⅓ суток, т. е. 18 годам 11⅓ суток. В продолжение одного Сароса бывает в среднем 41солнечное и 27 лунных затмений (данные для ХХ в.).
26 Геоцентрическая система (от греч. слова gë – гео (относящееся к земному), или «Птолемеева система мира» – понятие, возникшее в древнегреческой науке (теория древнегреческого учёного II в. н. э. Клавдия Птолемея) и сохранившееся вплоть до позднего средневековья антропоцентрическое представление о центральном положении Земли во Вселенной.
27 От греч. слова hëlios – Солнце. Гелиоцентрическая система мира – представление о строении Солнечной системы: Солнце – центральное тело, вокруг которого обращаются планеты.
28 Гиппарх был одним из основоположников астрономии. Он улучшил методику расчёта видимого движения Солнца и Луны, определил расстояние до Луны, продолжительность года, составил каталог положений 850 звёзд, в котором разделил их по блеску на 6 классов, открыл прецессию, ввёл понятие географических координат.
29 Дж. Бруно католической церковью был обвинён в ереси и сожжён инквизицией в Риме.
30 Галилей активно защищал гелиоцентрическую систему мира, за что был подвергнут суду инквизиции (1633), вынудившей его отречься от учения Коперника. До конца жизни Галилей считался «узником инквизиции» и принуждён был жить на своей вилле Арчетри близ Флоренции.
31 М. Кеплер открыл законы движения планет (так называемые Законы Кеплера), на основе которых составил планетные таблицы (так называемые Рудольфовы). Заложил основы теории затмений. Изобрёл телескоп, в котором объектив и окуляр – двояковыпуклые линзы.
32 Тихо Браге считается реформатором практической астрономии.. На построенной им в 1576 г. обсерватории «Ураниборг» свыше 20 лет вёл определения положений светил с наивысшей для того времени точностью. Открыл два неравенства в движении Луны; доказал, что кометы – небесные тела, более далёкие, чем Луна; составил каталог звёзд, таблицы рефракции и др. На основе наблюдений Браге И. Кеплер вывел законы движения планет.
33 Э. Галлей составил первый каталог звёзд Южного неба, открыл собственное движение звёзд (1718). Вычислил орбиты свыше 20 комет. Предсказал время нового появления (1758) кометы 1682 г.(так называемой кометы Галлея), впервые доказал наличие периодичности комет. Исследовал земной магнетизм.
34 Уильям (Фридрих Вильгельм) Гершель с помощью изготовленного им телескопа производил систематические обозрения звёздного неба, исследовал звёздные скопления, двойные звёзды, туманности. Построил первую модель Галактики, установил движение Солнца в пространстве, открыл Уран (1781), его два спутника (1787) и два спутника Сатурна (1789). Сын У. Гершеля Джон Фредерик Уильям (1792-1871), иностранный почётный член Петербургской АН (1826), производил наблюдения положения и блеска звёзд Южного неба, исследовал двойные звёзды, составил каталог туманностей и звёздных скоплений (1864) Джон Гершель является одним из пионеров астрофотометрии.
35 Дж. Адамс исследовал вековое ускорение Луны. Независимо и до У. Леверье вычислил орбиту и координаты планеты Нептун (1845).
36 И. Галле занимался исследованием комет и метеоров. Уточнил солнечный параллакс по наблюдениям астероидов, открыл три кометы, обнаружил Нептун по координатам, вычисленным У. Леверье (1846).
37 Д. Пиацци, иностранный почётный член Петербургской АН (1805), составил два звёздных каталога (1803, 1814).
38 Г. В. Ольберс , врач по образованию, занимался наблюдением комет и разработал методы определения их орбит. Открыл семь комет, малые планеты Палладу (1802) и Весту (1807). Указал на возможность поглощения света в межзвёздном пространстве (1826).