Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 29. Історія розвитку уявлень про Всесвіт

Астрономія виникла в далеку давнину. Ще первісні люди спостерігали зоряне небо й потім на стінах печер малювали те, що бачили. З розвитком людського суспільства, з виникненням землеробства з’явилася потреба в лічбі часу, у створенні календаря. Помічені закономірності в русі небесних світил, зміні вигляду Місяця дали змогу давній людині знайти й визначити одиниці рахунку часу (доба, місяць, рік) і вирахувати настання певних сезонів року, щоб вчасно провести посівні роботи та зібрати врожай.

Спостереження зоряного неба з найдавніших часів формувало людину як мислячу істоту. І якщо орієнтація в просторі й часі за Сонцем, іншими зорями та Місяцем доступна тваринам на рівні рефлексів, то тільки людині властиво пророкувати земні явища за небесними спостереженнями. Здавна люди замислювалися над таємницею походження життя і Всесвіту. Кожна цивілізація створювала свої міфи про виникнення світу і людини. А тепер людство сподівається, що життя існує ще де-небудь окрім Землі. Тому сьогодні проблема існування та пошуку життя у Всесвіті стала ще більш актуальною і хвилюючою.

Як і будь-яка інша наука, астрономія включає ряд розділів, тісно пов’язаних між собою. Вони відрізняються один від одного предметом дослідження, а також методами й засобами пізнання. Розглянемо виникнення й розвиток розділів астрономії в історичному аспекті.

Правильні, наукові дані про Землю як небесне тіло з’явилися в Давній Греції. Александрійський астроном Ератосфен у 240 р. до н. е. досить точно визначив за спостереженнями Сонця розміри земної кулі. З розвитком торгівлі й мореплавства виникла потреба в розробці методів орієнтації, визначенні географічного положення спостерігача, точному вимірюванні часу, виходячи з астрономічних спостережень. Вирішенням цих завдань стала займатися практична астрономія.

Геліоцентрична система світу Міколая Коперника, викладена в праці «Про обіг небесних сфер» (1543 р.), дала ключ до пізнання Всесвіту. Однак століттями вкорінена думка про нерухому Землю як центр Всесвіту довго не поступалася місцем новим прогресивним науковим даним. Остаточно утвердив теорію Коперника, одержавши безперечні докази її істинності, італійський фізик, механік й астроном Галілео Галілей. Астрономічні відкриття Галілей зробив за допомогою найпростішого телескопа. На Місяці вчений побачив гори й кратери, відкрив 4 супутники Юпітера. Виявив зміну фаз Венери, що свідчило про те, що ця планета обертається навколо Сонця, а не навколо Землі.

Сучасник Галілея Йоганн Кеплер (будучи асистентом великого астронома Тихо Браге) одержав доступ до результатів високоточних спостережень планет, що проводилися майже 20 років. Особливо Кеплера зацікавив Марс, у русі якого виявилися значні відступи від усіх колишніх теорій. Після тривалих обчислень ученому вдалося знайти закони руху планет. Ці 3 закони зіграли важливу роль у розвитку знань про будову Сонячної системи. Розділ астрономії, що вивчає рух небесних тіл, одержав назву небесної механіки. Вона дала змогу пояснити й попередньо обчислити з дуже високою точністю майже всі рухи, спостережувані як у Сонячній системі, так і в Галактиці.

В астрономічних спостереженнях використовувалися дедалі удосконаленіші телескопи. Зорову трубу Галілея вдосконалив Кеплер, а потім Крістіан Гюйгенс. Ісаак Ньютон винайшов новий вид телескопа — телескоп-рефлектор. За допомогою модернізованих оптичних приладів було зроблено нові відкриття слабких і далеких зір.

У 1655 р. Гюйгенс розглянув кільця Сатурна й відкрив його супутник Титан. У 1761 р. Ломоносов відкрив атмосферу Венери й провів дослідження комет. Приймаючи за еталон Землю, учені порівнювали її з іншими планетами й супутниками. Так зароджувалася наука планетологія.

Вивчення фізичної природи й хімічного складу зір дало відкриття спектрального аналізу (1859-1862). Детальні дослідження темних ліній у спектрі Сонця, які провів німецький учений Фраунгофер, стали першим кроком до одержання спектральної інформації про небесні тіла. Швидкий розвиток лабораторної спектроскопії та теорії спектрів атомів і йонів на основі квантової механіки привів до розвитку на цій основі фізики зір і, в першу чергу, фізики зоряних атмосфер. У 60-ті рр. XIX ст. спектральний аналіз стає основним методом у вивченні фізичної природи небесних тіл. Розділ астрономії, що вивчає фізичні явища й хімічні процеси, що відбуваються в небесних тілах, їхніх системах у космічному просторі, називають астрофізикою.

Подальший розвиток астрономії пов’язаний з удосконаленням техніки для спостережень. Великих успіхів досягнуто в створенні нових типів приймачів випромінювання різних діапазонів частот. Фотоелектронні примножувачі, електронно-оптичні перетворювачі, методи електронної фотографії та телебачення підвищили точність і чутливість фотометричних спостережень, і це ще більше розширило спектральний діапазон досліджуваних випромінювань. Став доступним для спостережень світ далеких галактик, що перебувають на відстані мільярдів світлових років. Виникли нові напрямки астрономії: зоряна астрономія, космологія й космогонія. Зародженням зоряної астрономії прийнято вважати 1837-1839 рр., коли було отримано перші результати у визначенні відстаней до зір.

Зоряна астрономія вивчає закономірності в просторовому розподілі й русі зір у нашій зоряній системі — Галактиці, досліджує властивості й розподіл інших зоряних систем. Космологія — розділ астрономії, що вивчає походження, будову та еволюцію Всесвіту як єдиного цілого. Висновки космології ґрунтуються на законах фізики й даних спостережливої астрономії, а також на всій системі знань певної епохи. Інтенсивно цей розділ астрономії став розвиватися в першій половині XX ст., після того як Ейнштейн розробив загальну теорію відносності. Космогонія — розділ астрономії, що вивчає походження й розвиток небесних тіл та їхніх систем. Оскільки всі небесні тіла виникають і розвиваються, ідеї про їхні еволюції тісно пов’язані з даними про природу цих тіл. Під час дослідження зір і галактик використовують результати спостережень багатьох подібних об’єктів, що виникають у різний час і перебувають на різних стадіях розвитку. У сучасній космогонії широко застосовуються закони фізики й хімії.

Нагромаджують та обробляють значну кількість інформації про певні об’єкти Всесвіту такі розділи астрономії, як фізика Сонця, фізика планет, фізика зір і туманностей, кометна астрономія, метеорна астрономія, метеоритика. Земля може розглядатися як одна з планет Сонячної системи — у цьому виражається зв’язок астрономії з географією та геофізикою. Рельєф земної кулі, кліматичні та сезонні зміни погоди, магнітні бурі, потепління, льодовикові періоди — для вивчення всіх цих та ще багатьох явищ географи використовують астрономічні знання.

Астрономія перебуває в тісному зв’язку з іншими науками. Знання, які астрономи набули протягом тисячоліть, часто ставали в пригоді представникам інших наук, і, навпаки, досягнення фізики, математики, хімії, космонавтики суттєво вплинули на розвиток астрономії.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Як виникла наука астрономія? Схарактеризуйте основні періоди її розвитку.
  • 2. Яка причина того, що саме астрономія є найстарішою із сучасних наук?
  • 3. Яку роль відіграють спостереження в астрономії?
  • 4. Які об’єкти і їхні системи вивчає астрономія? Перелічіть їх у порядку збільшення розмірів.
  • 5. З яких розділів складається астрономія? Коротко схарактеризуйте кожний з них.

Розкрийте значення астрономії для практичної діяльності людства.