Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Астрономия

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 734219.02.01
К покупке доступен более свежий выпуск Перейти
В учебном пособии представлены практически все разделы современной астрономии: исторический обзор, основы практической астрономии, законы движения небесных тел, строение Солнечной системы, методы астрономических исследований, основные сведения о Солнце, звездах, планетах, галактиках и Вселенной в целом. Для работы с учебным пособием необходимы знания основных разделов математики, физики и химии в объеме курса средней школы. В конце параграфов приводится список вопросов для лучшего усвоения материала, а также задачи, ориентированные на подготовку к ЕГЭ по физике. Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего поколения. Для учащихся 11-х классов, студентов средних специальных учебных заведений и всех интересующихся проблемами современной астрономии.
216
334
Павлов, С. В. Астрономия : учебное пособие / С.В. Павлов. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 359 с. : ил. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Среднее профессиональное образование). — DOI 10.12737/1148996. - ISBN 978-5-16-016443-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/1843983 (дата обращения: 29.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
АСТРОНОМИЯ

С.В. ПАВЛОВ

Москва
ИНФРА-М

2022

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия 

для учащихся учебных заведений среднего профессионального образования, 

обучающихся по основной образовательной программе 

среднего профессионального образования

УДК 52(075.32)
ББК 22.6я723
 
П12

ISBN 978-5-16-016443-4 (print)
ISBN 978-5-16-109234-7 (online)
© Павлов С.В., 2021

Павлов С.В.

П12  
Астрономия : учебное пособие / С.В. Павлов. — Москва : ИНФРА-М, 

2022. — 359 с. : ил. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Среднее 
профессио нальное образование). — DOI 10.12737/1148996.

ISBN 978-5-16-016443-4 (print)
ISBN 978-5-16-109234-7 (online)
В учебном пособии представлены практически все разделы современ
ной астрономии: исторический обзор, основы практической астрономии, 
законы движения небесных тел, строение Солнечной системы, методы астрономических исследований, основные сведения о Солнце, звездах, планетах, галактиках и Вселенной в целом.

Для работы с учебным пособием необходимы знания основных разде
лов математики, физики и химии в объеме курса средней школы. В конце 
параграфов приводится список вопросов для лучшего усвоения материала, 
а также задачи, ориентированные на подготовку к ЕГЭ по физике.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов среднего профессио нального образования последнего 
поколения.

Для учащихся 11 классов, студентов средних специальных учебных за
ведений и всех интересующихся проблемами современной астрономии.

УДК 52(075.32)

ББК 22.6я723

Данная книга доступна в цветном  исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

Введение

Для чего нужно изучать аст рономию?
Мы — дети Солнечной системы, по большому счету, мы — дети 

Вселенной. И это не голословное утверждение. В каждом из нас 
есть атомы, которые когда-то образовались в результате Большого 
взрыва, атомы, которые возникли из остатков сверхновых звезд. 
«Мы сотворены из звездной пыли», — сказал Карл Саган, американский аст роном, астрофизик и популяризатор науки.

Говоря более прозаично, на нас вываливаются потоки инфор
мации. В средствах массовой информации, в интернете довольно 
часто появляются сообщения, так или иначе затрагивающие космические, аст рономические, околоаст рономические и псевдоастрономические темы. И нужно научиться отличать правду от вымысла, а иногда и от откровенной лжи. Миллионы людей в мире 
свято верят, что Земля плоская, что нам постоянно угрожают разумные рептилии, живущие на планете Нибиру и мечтающие уничтожить все человечество. НЛО, инопланетяне в летающих тарелках 
давно и прочно утвердились в сознании множества людей.

Аст рономия отличается от других наук тем, что в ней огромное 

количество нерешенных вопросов, загадок и тайн. Мы не можем 
потрогать руками далекие космические объекты, основным методом изучения космоса остаются наблюдения.

Но прогресс не стоит на месте. Беспилотные космические ап
параты уже достигают границ Солнечной системы. Актуальной 
остается проблема освоения других планет, Луны. Необходимо 
принимать меры для защиты от астероидов, пролетающих в опасной близости от Земли. А для этого необходимы знания об этих 
небесных телах. И хотя вы далеко не все станете космонавтами, 
аст рономами, астрофизиками или разработчиками новых космических систем и аппаратов, знание устройства Вселенной, нашей Галактики и Солнечной системы сформирует у вас научное мировоззрение, позволит самостоятельно разобраться в сложных вопросах 
вселенского бытия.

Да и просто созерцание ночного звездного неба, поиск и нахо
ждение созвездий, любование нашим звездным островом с поэтическим названием Млечный Путь будет доставлять вам невыразимое 
наслаждение.

Но изучение аст рономии, как и других наук, требует прило
жения сил и энергии, а также знания основ физики, математики, 

химии и других наук, изучаемых вами в школе. И если вы постигнете эту увлекательную науку, то, может быть в будущем, откроете 
новый космический объект или явление, даже не будучи профессиональными аст рономами, а просто аст рономами-любителями, имеющими небольшой телескоп или просто бинокль с хорошей разрешающей способностью. А вам известно, что Уильям Гершель, открывший планету Уран, был музыкантом? А Карл Хенке, который 
обнаружил первые астероиды, был почтовым служащим? Этот 
список можно продолжить. Профессио нальных аст рономов в мире 
не так много, чтобы они смогли охватить весь небесный свод. 
Любителей гораздо больше, и они раскиданы по всему миру. Кто 
знает, может быть, и вы станете счастливым первооткрывателем 
неизвестных ранее космических объектов. Изучайте аст рономию 
и больших вам успехов в этом деле!

Но, как известно, чтобы достигнуть успехов, нужно учиться 

и овладеть определенным запасом знаний. Поэтому учащиеся 
должны:

знать

 
• смысл понятий — геоцентрическая и гелиоцентрическая 

система, видимая звездная величина, созвездие, противостояния 
и соединения планет, комета, астероид, метеор, метеорит, метеороид, планета, спутник, звезда, Солнечная система, Галактика, 
Вселенная, всемирное и поясное время, внесолнечная планета 
(экзопланета), спектральная классификация звезд, параллакс, 
реликтовое излучение, Большой взрыв, черная дыра;

 
• смысл физических величин — парсек, световой год, аст
рономическая единица, звездная величина;

 
• смысл физического закона Хаббла;

 
• основные этапы освоения космического пространства;

 
• гипотезы происхождения Солнечной системы;

 
• основные характеристики и строение Солнца, солнечной атмо
сферы;

 
• размеры Галактики, положение и период обращения Солнца от
носительно центра Галактики;
уметь

 
• приводить примеры роли аст рономии в развитии цивилизации, 

использования методов исследований в аст рономии, различных 
диапазонов электромагнитных излучений для получения информации об объектах Вселенной, получения аст рономической 
информации с помощью космических аппаратов и спектрального анализа, влияния солнечной активности на Землю;

 
• описывать и объяснять различия календарей, условия наступ
ления солнечных и лунных затмений, фазы Луны, суточные 
движения светил, причины возникновения приливов и отливов; 
принцип действия оптического телескопа, взаимосвязь физикохимических характеристик звезд с использованием диаграммы 
«цвет — светимость», физические причины, определяющие равновесие звезд, источник энергии звезд и происхождение химических элемен тов, красное смещение с помощью эффекта Доплера;

 
• характеризовать особенности методов познания аст рономии, 

основные элемен ты и свойства планет Солнечной системы, методы определения расстояний и линейных размеров небесных 
тел, возможные пути эволюции звезд различной массы;

 
• находить на небе основные созвездия Северного полушария — 

Большая Медведица, Малая Медведица, Волопас, Лебедь, Кассиопея, Орион и др.; самые яркие звезды — Полярная звезда, 
Арктур, Вега, Капелла, Сириус, Бетельгейзе и др.;

 
• использовать компьютерные приложения для определения по
ложения Солнца, Луны и звезд на любую дату и время суток 
для данного населенного пункта;

 
• использовать приобретенные знания и умения в практической 

деятельности и повседневной жизни для понимания взаимосвязи аст рономии с другими науками, в основе которых лежат 
знания по аст рономии, отделение ее от лженаук; оценивания 
информации, содержащейся в сообщениях СМИ, интернете, научно-популярных статьях;
владеть

 
• навыками аст рономических наблюдений;

 
• методологией проведения простейших аст рономических наблю
дений, теоретическими, экспериментальными и компьютерными 
методами аст рономических исследований.
В конце каждого параграфа приведены вопросы и задания, 

а также задачи. Задачи, обведенные в кружок, давались на ЕГЭ 
по физике.

Удачи вам в освоении увлекательной науки аст рономии!

Глава 1. 

ПРЕДМЕТ АСТ РОНОМИИ

1.1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ АСТ РОНОМИИ

Слово «аст рономия» составное, оно происходит от двух гре
ческих слов: ἄ (аст рон) — звезда и όμ (номос) — закон. 
И конечно, аст рономия изучает не только звезды.

Аст рономия — фундаментальная наука, изучающая проис
хождение, развитие, строение и движение всех небесных тел, 
их систем и всей Вселенной в целом.

Аст рономия исследует небесные объекты — галактические ско
пления и галактики, звезды и межзвездную среду, планеты и их 
спутники, карликовые планеты и малые тела Солнечной системы. 
Важными задачами аст рономии также являются объяснение и прогнозирование аст рономических явлений, таких как солнечные 
и лунные затмения, появление периодических комет, прохождение 
вблизи Земли астероидов, крупных метеорных тел или ядер комет, 
изучение процессов, происходящих в недрах Солнца и звезд, эволюция небесных тел и Вселенной.

Таким образом, предмет исследований аст рономии — множество 

самых различных космических объектов и явлений. Многообразны 
и методы: теоретические исследования и различные экспериментальные способы регистрации и обработки космического излучения, которое является основным источником информации. Такое 
многообразие методов приводит к многочисленности разделов 
и направлений в аст рономии, не нарушая, впрочем, ее целостности 
и единства как науки.

Так, аст рономия объединяет следующие разделы.
Астрометрия — раздел аст рономии, изучающий положение 

и движение небесных тел и систем, а также векторов их скоростей 
на данный момент времени. Важной частью астрометрии является 
практическая аст рономия, занимающаяся способами нахождения 
географических координат, координат небесных светил, исчислением точного времени, а также учением об аст рономических инструментах и их применении для определения времени, координат 
и направлений в геодезии, морской и авиационной аст рономии.

Небесная механика применяет законы механики для изучения 

и вычисления движения небесных тел, в первую очередь тел Солнечной системы.

Звездная аст рономия изучает происхождение, развитие и дви
жение звезд, звездных скоплений, галактик и, конечно, нашей Галактики Млечный Путь.

Сравнительная планетология изучает планеты и их спутники, 

а также Солнечную систему в целом и другие, внесолнечные, планетные системы, сопоставляет сведения о Земле и других планетах 
Солнечной системы. В настоящее время она находится на стыке 
аст рономии и геологии, что связано с успехами космических методов исследования планет.

Астрофизика — раздел науки, который находится на стыке аст
рономии и физики, изучает физические процессы на поверхности 
и в недрах аст рономических объектов, таких как звезды, галактики 
и т.д., а также химический состав, химические процессы и источники энергии небесных тел.

Космология рассматривает происхождение, строение и эво
люцию Вселенной как единого целого.

Космогония изучает происхождение и развитие небесных тел 

и систем.

В чем заключаются особенности аст рономии и ее методов?
Как отмечалось выше, основным методом аст рономических ис
следований является наблюдение, регистрация и обработка электромагнитного излучения, приходящего из космоса. В первую очередь это видимый свет от космических объектов. В XX в. с развитием технологий и выходом в космос стала возможной регистрация 
всех видов излучения от радиоволн до гамма-лучей, и аст рономия 
стала всеволновой (см. подробнее параграф 5.2).

Наблюдения — основной источник информации в аст рономии. 

Это первая особенность, отличающая аст рономию от других естественных наук, например физики, химии или биологии, где определяющую роль играют эксперимен ты, опыты. Возможности проведения эксперимен тов небольшого масштаба за пределами Земли 
появились благодаря космонавтике.

Вторая особенность — это значительная продолжительность 

аст рономических явлений, длящихся сотни, миллионы и даже миллиарды лет. Поэтому непосредственно наблюдать происходящие 
изменения невозможно. Когда изменения происходят особенно 
медленно, приходится проводить наблюдения многих родственных 
между собой объектов, например звезд, находящихся на разных 
стадиях своего развития. Основные сведения об эволюции звезд 
получены именно таким способом (см. параграф 6.7).

Третьей особенностью является сложность в определении рас
стояний до небесных тел и невозможность различить, какое из них 

находится ближе к нам, а какое дальше. Наше зрение устроено так, 
что при больших расстояниях все предметы (в том числе и небесные объекты) кажутся одинаково удаленными. Поэтому нам кажется, что в созвездиях звезды расположены близко друг к другу, 
однако это совсем не так.

Вопросы и задания

1. 
Дайте определение аст рономии как науки.

2. 
Что является предметом аст рономии?

3. 
Перечислите основные разделы аст рономии и кратко их охарактеризуйте.

4. 
Сформулируйте три особенности аст рономии как науки.

1.2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ АСТ РОНОМИИ

Историю развития аст рономии можно условно разделить на не
сколько этапов:

I — античный (до н.э.);
II — дотелескопический (н.э. до 1610);
III — телескопический (1610—1814);
IV — спектроскопический (1814—1900);
V — современный (1900 — до настоящего времени).
Первый этап — античный — связан с возникновением аст
рономии в III—I тысячелетии до н.э., о чем свидетельствуют археологические находки. Древние обсерватории, такие как Стоунхендж 
в Англии и Аркаим в Челябинской области, говорят о том, что 
древние люди знали, как определять дни равноденствия и солнцестояния… Не могли они не знать таких очевидных вещей, как смена 
дня и ночи, фазы Луны и периодичность времен года. В первую 
очередь эти знания им были необходимы для удовлетворения насущных потребностей — в пище и теплом очаге. Земледельцам необходимо было знать время посева и сбора урожая, скотоводам — 
когда выгонять стада на заливные луга, кочевникам — как ориентироваться по положению небесных тел, чтобы не сбиться с пути. 
Поэтому еще в древние времена люди умели составлять календари, 
разделяя счет времени на годы, лунные месяцы и солнечные сутки.

Будучи не в силах объяснить редкие небесные явления, такие 

как затмения Солнца и Луны, появления комет и вспышки сверхновых звезд, наши предки предписывали им божественную сущность и влияние на земные события и судьбы людей.

Своим мировоззрением древние люди не могли охватить всю 

Вселенную. Они полагали, что Земля плоская, а над ней в форме 
огромного полушария раскинулась небесная твердь с приклеен
ными к ней звездами и видимыми невооруженным глазом планетами — «блуждающими» светилами, позднее получившими имена 
Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Эти ростки аст рономических знаний, накопленные в странах 

Древнего Востока, были унаследованы древними римлянами и греками.

Древнегреческие философы считали, что все существующее 

в мире состоит из неких «первоначальных» элемен тов, которыми 
являются вода, воздух или огонь. В частности, Гераклит (VI в. 
до н.э.) высказывал гениальные мысли о том, что Вселенная вечна 
и в ней все изменяется, движется и развивается.

Пифагор (VI в. до н.э.), а за ним и Парменид (V в. до н.э.) вы
двигали смелые по тем временам предположения, что Земля не плоская, а имеет форму шара.

В IV в. до н.э. выдающийся древнегреческий ученый Аристотель 

на основе наблюдений лунных затмений доказал, что Земля имеет 
форму шара. Рассуждения были просты — лунные затмения происходят, когда тень Земли наползает на лунный диск, и эта тень имеет 
форму круга. При этом Аристотель полагал, что Земля является 
центром Вселенной, вокруг которого вращаются все космические 
тела, а также считал, что все небесные объекты — живые существа, 
и отождествлял их с богами. Впрочем, такой точки зрения придерживались многие античные мыслители.

Шарообразность Земли была подтверждена в III в. до н.э. алек
сандрийским ученым-географом Эратосфеном. Он пошел дальше 
Пифагора, Парменида и Аристотеля и впервые определил радиус 
земного шара, правда, с некоторой погрешностью (см. подробнее 
параграф 3.5).

Древнегреческий математик, философ и аст роном Аристарх Са
мосский (III в. до н.э.) был первым, кто полагал, что центром Вселенной является не Земля, а Солнце. Фактически он за 2000 лет 
до Коперника разработал гелиоцентрическую систему мира, за что 
его справедливо называют Коперником античного мира.

Большой вклад в развитие античной аст рономии внес грече
ский ученый Гиппарх Никейский (II в. до н.э.). Одной из его заслуг явилось составление первого в Европе звездного каталога, 
содержащего точные координаты и видимый блеск более тысячи 
звезд. Такая классификация звезд по блеску в настоящее время 
в усовершенствованном виде лежит в основе определения видимой 
звездной величины (см. подробнее параграф 2.3).

Изучая движение планет, античные ученые, и в первую очередь 

Гиппарх, пытались объяснить их сложные петлеобразные движения. 

На самом деле эти запутанные траектории планет обусловлены 
не только их собственным движением, но и вращением Земли 
вокруг Солнца (об этом подробно рассказано в параграфе 2.6).

Считая Землю неподвижной, античные греческие ученые пред
положили, что планеты движутся по окружности не вокруг Земли, 
а вокруг некоторых точек, а точки, в свою очередь, движутся 
по окружности вокруг Земли (рис. 1.1)1. Круги, описываемые 
планетами вокруг движущихся точек, называются эпициклами, 
а окружности, по которым эти точки движутся вокруг Земли, — деферентами. Такое сложное движение планет вокруг Земли в какойто мере объясняет их петлеобразное движение.

С

ф

е

р

а

 

н

е

п

о

д

в

и

ж

н

ы

х

 

з

в

е

з

д

Солнце
Солнце

Сатурн
Сатурн

Марс

Венера
Венера

Юпитер
Юпитер

Луна
Луна
Земля

Меркурий
Меркурий

Рис. 1.1. Система мира по Птолемею

Теорию эпициклов и деферентов довел до совершенства алек
сандрийский ученый Клавдий Птолемей (II в. н.э.). Являясь последователем учения Аристотеля, Птолемей создал первую геоцентрическую систему мира (от греческого Гея — Земля). Согласно этой 
системе вокруг неподвижной Земли вращаются все известные небесные тела — от Луны до Сатурна, а также небесная сфера неподвижных звезд (см. рис. 1.1).

Геоцентрическая система Птолемея не только довольно точно 

описывала движения планет, но позволяла рассчитывать их на будущее время, что являлось незаменимым для ориентировки во время 
путешествий и составления календарей. И несмотря на ложное 
представление о неподвижной Земле как центре Вселенной, эта 
система просуществовала почти полторы тысячи лет.

На втором — дотелескопическом — этапе в раннем Средневе
ковье аст рономия в основном развивалась по пути совершенство
1 
Детская энциклопедия. Т. 2. М.: Просвещение, 1964.

К покупке доступен более свежий выпуск Перейти