АСТРОНОМІЯ - Навчальний посібник для профільної школи 2017

Частина 2. Основи астрономії

§ 1. Вступ. Предмет астрономії та його особливості

Вступ

Серед доступного людині розмаїття картин природи є одна найвеличніша — зоряне небо. Воно привернуло її увагу задовго до початку будь-якої науки і навіть до початку самої історії — ще тоді, коли людина не думала про нескінченність світобудови, а небо уявляла у вигляді твердого склепіння. Для вдумливих людей небо завжди було не тільки красивою картиною, а й загадкою. Небо будило думку, бо на ньому все було незрозумілим, зовсім не схожим на те, що людина бачила на Землі. Так із споглядання неба допитливими мудрецями, із практичних людських потреб, з намагання пов’язати земне життя з подіями небесними, виросла велика наука — астрономія.

Вивчивши матеріал цього параграфа, Ви будете:

• знати й розуміти основні розділи астрономії, зв’язки астрономії з іншими науками; приклади використання астрономічних знань в життєдіяльності людини;

• уміти наводити приклади зв’язку астрономії з іншими науками;

• оцінювати практичне значення астрономії.

Актуалізація раніше набутих знань / компетентностей

Треба пригадати все те, що вам відомо про астрономію з курсу «Природознавство» та з першої частини «Космографія» (§ 1) цього курсу. Щоб мати можливість порівнювати астрономію з іншими науками, згадайте визначення фізики і хімії.

Методичні поради щодо опанування навчального матеріалу

Астрономію називають однією з найперших наук людства, тож варто зрозуміти причини інтересу людей до зоряного неба. Важливо також з’ясувати особливості астрономії як фундаментальної науки. Зверніть увагу на розділи астрономії та їх появу у процесі розвитку астрономічної науки. Бажано не тільки знати про зв’язок астрономії з іншими науками, але й наводити конкретні приклади такого зв’язку. Неодмінно треба з’ясувати питання про практичне значення астрономії (знати й наводити приклади). Зверніть увагу на те, що завдяки астрономії сьогодні Всесвіт є для дослідників фактично величезною науковою лабораторією, в якій відбувається пошук технічних і технологічних рішень на благо людини.

Пояснювальний текст

З усіх наук астрономія виникла першою. Не підлягає сумніву, що вже десятки тисяч років тому люди виділили на зоряному небі сузір’я й навчилися орієнтуватися у просторі та визначати час з допомогою небесних світил. Дуже давно, коли людина ще не мала жодних систематичних знань з фізики і хімії, астрономія вже була високорозвиненою наукою. Ця стародавність і визначає чільне місце, яке посідає астрономія в історії людської культури.

1. Астрономія — фундаментальна наука. Астрономія, як і математика з фізикою, належить до фундаментальних наук. Їх завдання — вивчати основоположні (фундаментальні) питання світобудови. Завдяки цим наукам людство здобуває нові знання, що приводить до появи нових напрямків практичної діяльності людей та суттєвих змін у технологіях і техніці.

Астрономія — еволюційна наука, або наука про еволюцію, в найширшому розумінні цього терміну. Адже вона вивчає еволюцію не просто якогось конкретного явища, наприклад, в біологічному чи в історичному плані. Вона вивчає походження й еволюцію основи основ усього сущого — Всесвіту в цілому. Це друге, що вирізняє її серед багатьох інших наук. Усвідомлення факту, що небесні тіла змінюються, а Всесвіт еволюціонує як ціле, зрештою привело до потреби застосовувати в астрономії не лише фізичні закони, але й здобутки, наприклад, хімії, а тепер (у зв’язку з відкриттям екзопланет і пошуку на них життя) і біології.

Третя особливість астрономії у порівнянні з іншими природничими науками полягає в тому, що аматори астрономії — непрофесійні астрономи — до нашого часу мають змогу робити значимий внесок у її розвиток. Прикладів цьому багато: відкриття комет, спостереження астероїдів, участь в обробці великих масивів астрономічних даних. Деякі видатні астрономи, наприклад Вільям Гершель, розпочинали свої дослідження в астрономії як аматори. Великий внесок в астрономію зробили вчені, які прославилися в математиці (наприклад П’єр-Симон Лаплас) чи фізиці (Ґалілео Ґалілей).

2. Розділи астрономії. Астрономія вивчає різні небесні тіла і явища. Ця обставина спонукала до поділу астрономії на низку окремих розділів. Серед них чотири основних: 1) астрометрія вивчає положення небесних світил і форму та обертання Землі, вирішує завдання вимірювання часу, 2) небесна механіка вивчає рух небесних тіл під дією сил тяжіння, 3) астрофізика досліджує походження, будову й розвиток небесних тіл, їхні фізичні властивості та хімічний склад, 4) космологія вивчає походження й розвиток Всесвіту в цілому.

Водночас кожний із цих розділів має окремі напрямки, як-от: фізика планет, фізика Сонця, зоряна астрономія, позагалактична астрономія, космогонія (походження небесних тіл) тощо.

Таблиця 1

Сучасний поділ астрономії на окремі наукові дисципліни (розділи)

Назва

Час виникнення

Що вивчає

Астрометрія

Від початку астрономічних спостережень. Астрометрія — найдавніший розділ астрономії.

Вивчає положення на небі небесних тіл у певні моменти часу. Де і коли — головні питання на які шукає відповіді астрометрія.

Небесна механіка

XVII ст.

Вивчає рухи небесних тіл та космічних апаратів під дією сил гравитації, а також атмосферного гальмування і тиску випромінювання. На підставі закону

   

всесвітнього тяжіння й законів руху Ньютона небесна механіка розробляє аналітичні теорії, спроможні пояснити й передбачити рухи небесних тіл.

Астрофізика

ХІХ ст.

Вивчає фізичну природу астрономічних об’єктів. Практична астрофізика пояснює електромагнітне випромінювання небесних тіл. Теоретична астрофізика інтерпретує ці спостереження в рамках математичних моделей, які будують на підставі відомих законів фізики.

Зоряна астрономія

На межі XVIII і ХІХ ст.

Вивчає власні рухи зір у Галактиці, а також їхній блиск, колір, спектри, просторовий розподіл тощо.

Космогонія

ХІХ ст.

Вивчає походження й еволюцію небесних тіл і їх систем.

Космологія

ХХ ст.

Вивчає будову й еволюцію Всесвіту як цілого.

3. Зв’язок астрономії з іншими науками. Астрономія тісно пов’язана з іншими фундаментальними і природничими науками. В астрономічних дослідженнях застосовують усі фундаментальні закони фізики, широко використовують методи фізики, математики, хімії та інших суміжних наук. Наприклад, закон всесвітнього тяжіння лежить в основі небесної механіки, а на закони геометричної оптики спираються під час розробки оптичних схем телескопів.

В астрономії широко застосовують комп’ютерні технології. З допомогою потужних комп’ютерів моделюють окремі астрономічні процеси (наприклад, еволюцію зір і зоряних систем) з метою виявлення закономірностей, що проявляються в реальних об’єктах.

Астрономія — споживач нових технологій. Наприклад, досягнення в галузі матеріалознавства, як і деяких інших прикладних наук, використовують під час будівництва нових телескопів наземного й космічного базування.

Водночас астрономія, здобуваючи фундаментальні знання про довкілля, збагачує фізику і хімію результатами досліджень речовини за таких фізичних умов (температура, тиск, магнітне поле тощо), які неможливо відтворити в земних лабораторіях.

Особливістю астрономії у порівнянні з іншими природничими науками є те, що вона — переважно спостережна наука. Майже всі об’єкти, які вивчає астрономія, лежать за межами земної атмосфери. Спостереження — один з наукових методів дослідження довкілля. На відміну від фізики чи хімії, де застосовують експериментальні методи, в астрономії до наших днів спостереження є базовим методом, на який спираються майже всі дослідження небесних тіл. Фізичний чи хімічний експеримент можна у разі невдачі повторити чи так само, як і в перший раз, чи навіть у сприятливіших умовах. Повторити ж астрономічне явище неможливо. Ми можемо повторити лише спостереження, якщо відбудеться нове астрономічне явище, що буде точно відповідати першому. Але таких явищ, строго кажучи, не буває: сонячні затемнення від року до року будуть значною мірою не схожі між собою, плями на Сонці завтра будуть не ті, що були сьогодні, і навіть будь-яка з так званих «нерухомих» зір уже за кілька тижнів, місяців, років зміститься зі свого теперішнього місця.

Тільки з початком космічної ери (1957 р.), завдяки космічним апаратам (КА), астрономи отримали змогу виконувати дослідження та експерименти на поверхні деяких небесних тіл і в міжпланетному просторі. Головно це стосується вивчення хімічного складу та фізичних властивостей атмосфер і поверхонь планет, астероїдів і комет.

4. Практичне застосування астрономії. Хоча астрономія належить до фундаментальних наук, але впродовж усієї історії вона сприяє вирішенню практичних потреб людини. Здавна зорі і планети допомагали орієнтуватися на місцевості, визначати час. На підставі знань, отриманих зі спостережень небесних світил, було розроблено перші календарі, а також виявлено, наприклад, періодичність сонячних та місячних затемнень. Ці знання — одні із перших, що стали підґрунтям наших уявлень про довкілля.

Сучасні супутникові системи зв’язку, телебачення, позиціонування на поверхні Землі (визначення координат) неможливі без астрономії та космонавтики, що своєю чергою також «тримається» на астрономічних знаннях. Суттєвий внесок робить астрономія у справу спостереження й дослідження Землі із космосу.

Водночас астрономія допомагає, наприклад, фізиці, здобувати дані, що стосуються до багатьох фізичних теорій. Космічний простір — єдине місце, де речовина існує при температурах у сотні мільйонів градусів і майже при абсолютному нулі, у порожнечі вакууму й у вигляді нейтронних зір. Досягнення астрономії використовують також у географії, геології і навіть в історії.

Навчальні завдання

• Поясніть, чи правомірно вважати астрономію цілісною наукою під оглядом того, що її поділяють на окремі розділи?

• Які здобутки інших наук використовує астрономія? Наведіть два — три приклади.

• Поясніть, як довго в астрономії спостереження буде головним методом дослідження?

• Які здобутки астрономії використовують інші науки? Наведіть приклад.

Висновки

Астрономія — фундаментальна наука, яка виникла однією з перших і зробила значний внесок у розвиток людства. На відміну від інших природничих наук, вона вивчає еволюцію основи основ усього сущого — Всесвіту в цілому. Крім того, її головним методом досліджень ще й дотепер є спостереження.

Запитання для самоперевірки

1. Назвіть особливості астрономії як фундаментальної науки.

2. Назвіть головні розділи астрономії.

3. У чому полягає відмінність між астрономією, фізикою й хімією з огляду на методи дослідження, які використовують у цих науках?

4. З якою метою в астрономії використовують методи математичного моделювання?

5. Чому в астрономії ще й дотепер основним методом є спостереження?

Додаткові та цитовані джерела інформації до § 1

• Крячко І. П. Астрономія: методологічний портрет / І. П. Крячко // Фізика та астрономія в школі. — 2011. — №6. — С. 18—23.

За результатами вивчення § 1 Ви маєте:

знати й розуміти

основні розділи астрономії, зв’язки астрономії з іншими науками; приклади використання астрономічних знань в життєдіяльності людини.

уміти

наводити приклади зв’язку астрономії з іншими науками.

оцінювати

практичне значення астрономії.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити