Астрономия в космонавтике

Ìîñêâà
Èçäàòåëüñòâî ÌÃÒÓ èì. Í.Ý. Áàóìàíà
2008

Äîïóùåíî ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì îáúåäèíåíèåì âóçîâ
ïî óíèâåðñèòåòñêîìó ïîëèòåõíè÷åñêîìó îáðàçîâàíèþ
â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ
äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé,
îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ïîäãîòîâêè
Ðàêåòîñòðîåíèå è êîñìîíàâòèêà
«
»

В.Г. Чёрный, В.И. Майорова

Астрономия
в космонавтике

 

УДК 524(075.8) 
ББК 22.6 
  Ч-496 
 
 
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Л.Н. Лысенко; 
канд. техн. наук, летчик-космонавт А.А. Серебров 
 
 
 
Чёрный В.Г., Майорова В.И. 
Астрономия в космонавтике: Учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. – 
200 с.: ил., 38 цв. ил.  
ISBN 978-5-7038-3075-8 

В пособии в систематизированной и сжатой форме приведены основные понятия и сведения из современной астрономии. 
В него вошли важнейшие физические и астрономические постоянные, характеристики звезд, планет и ряд других справочных данных. Часть материала представлена в приложениях в 
виде таблиц. 
Пособие охватывает сравнительно широкий спектр вопросов – от элементов практической астрономии и обзора звездного неба Земли до серьезных мировоззренческих вопросов, связанных с космологической проблемой, жизнью во Вселенной и 
возможностью осуществления космического полета к другим 
звездным системам. 
Содержание пособия соответствует курсу лекций, который 
авторы читают для слушателей Молодежного космического 
центра в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для школьников старших классов, студентов технических и 
гуманитарных вузов, учителей и преподавателей, связанных с 
изучением астрономии и космонавтики, а также для широкого 
круга читателей. 

УДК 524(075.8) 

ББК 22.6 
 
 
 
 
© Чёрный В.Г., Майорова В.И., 2008 
© Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3075-8                         им. Н.Э. Баумана, 2008 

Ч-496 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Данное учебное пособие издается в связи с тем, что студенты, интересующиеся проблемами освоения космоса, неплохо 
разбираясь в технических вопросах, имеют весьма поверхностное 
представление об астрономических аспектах проблемы: они не 
представляют истинных масштабов околосолнечного пространства, межзвездных расстояний и размеров Галактики. В то же время высок интерес студентов к астрономии, особенно к физике 
планет и звезд, строению Галактики, элементам внегалактической астрономии, фундаментальной космологической проблеме и 
вопросам поиска жизни во Вселенной. Такое положение можно 
объяснить недостаточным вниманием к астрономии в средней 
школе, где она считается второстепенным и зачастую необязательным предметом. Существенным недостатком школьного курса астрономии является также его слабая связь с математикой и 
физикой. Между тем изучение астрономии является существенным фактором формирования научного мировоззрения и неотъемлемой частью общей культуры человека.  
Цель данного учебного пособия – дать будущим инженерам 
и ученым правильное представление о реальных масштабах 
космоса, о тех физических процессах, в результате которых 
сформировалась Вселенная, о технических трудностях освоения 
ближнего и дальнего космоса. Авторы надеются, что это поможет формированию высококвалифицированного специалиста в 
области ракетно-космической техники и формированию личности человека. В некоторой степени предлагаемое учебное пособие позволит компенсировать пробелы школьных образовательных курсов астрономии и физики, пробудить интерес будущих 
инженеров к космическим проблемам. 
Пособие содержит десять глав, в которых рассмотрено 
большинство аспектов современной астрономии: от «азбуки» 
астрономической науки (понятия небесной сферы, астрономических координат, исчисления времени, основ измерений) до 

фундаментальной космологической проблемы и проблем поиска 
жизни во Вселенной. В последних главах рассматриваются вопросы, связанные с возможными контактами между космическими цивилизациями. Подчеркивается сложность установления 
подобных контактов, особенно непосредственных, зависящих от 
энергетических и временных ограничений межзвездных космических полетов. 
Предлагаемое пособие может представлять интерес для широкого круга студентов, аспирантов и преподавателей, занимающихся проблемами практической космонавтики. При изложении материала авторы старались предоставить читателю конкретные достоверные данные, освещая при этом в проблемном 
плане возможные гипотезы и пути решения той или иной задачи. Практически все количественные параметры в данном пособии взяты из работ [1, 2, 4, 7, 8, 14 15, 17, 25, 27]. При подборе 
материала использовались данные, опубликованные во второй 
части ежегодника «Астрономический календарь» за 1980–
2004 гг., периодических научно-популярных журналов «Земля и 
Вселенная», «Наука и жизнь», «Новости космонавтики» и др. 
Авторы выражают искреннюю благодарность за ценные замечания заведующему кафедрой «Баллистика и аэродинамика» 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, заслуженному деятелю науки, Лауреату 
премии Президента РФ, доктору технических наук, профессору 
Л.Н. Лысенко и президенту Всероссийского молодежного аэрокосмического общества «СОЮЗ», летчику-космонавту СССР, 
кандидату технических наук А.А. Сереброву. 
В подготовке рукописи, оформлении книги и проведении 
некоторых расчетов авторам помогали слушатели Молодежного 
космического центра МГТУ им. Н.Э. Баумана. Авторы искренне 
благодарны им за оказанную помощь. 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Астрономия – наука, тесно связанная с математикой и 
практически со всеми естественными науками. Исторический 
путь развития естествознания и математики в значительной степени базировался на решении прикладных задач астрономии и 
на результатах астрономических наблюдений.  
Очевиден факт органического единства планеты Земля и 
космоса, влияния космических факторов на процессы в земной 
атмосфере и на развитие жизни. Без изучения и освоения космоса вряд ли возможно решение глобальных экологических, 
энергетических и демографических проблем человечества. Все 
это придает особую актуальность познанию Вселенной, формированию правильных представлений об околоземном и околосолнечном пространствах, о космосе в целом.  
По мере развития практической космонавтики достижения 
науки широко используются, постепенно смещаясь из сферы 
теоретических знаний в область практического применения. 
Следует подчеркнуть, что в астрономии в основном традиционно используется система единиц СGS [33]. 
В результате астрономических исследований, проводимых с 
помощью инструментов, выведенных за пределы земной атмосферы, ученые ежегодно получают массу новых данных о космосе. Постоянно уточняются и корректируются результаты астрономических наблюдений, данные о планетах и малых телах 
Солнечной системы, о процессах в звездных системах, о строении и эволюции Вселенной в целом. Астрономия давно стала 
всеволновой. Исследования в радио- и оптическом диапазонах 
можно проводить на Земле, а уникальные исследования в областях ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений 
возможны только из космоса. Данные, полученные за последние десятилетия в указанных диапазонах излучений, существенно обогатили астрономию и непрерывно пополняются.  
Объем информации о ближнем и дальнем космосе столь велик, что охватить его на страницах относительно небольшого 
пособия практически невозможно.  

1. НЕБЕСНАЯ СФЕРА 
И ИСЧИСЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ 

Астрономия – слово греческого происхождения, возникшее 
из сочетания двух слов: astron – звезда и nomos – закон. Это 
наука о строении и развитии небесных тел, образуемых ими 
систем и Вселенной в целом. В настоящее время астрономия 
включает в себя целый ряд самостоятельных научных дисциплин: сферическую астрономию, небесную механику, астрофизику, звездную астрономию, космогонию звезд и планет, космологию и другие дисциплины. Астрономия – древнейшая из наук, 
возникшая из практических потребностей людей. Необходимость ориентироваться в открытых степных пространствах или в 
море заставляла скотоводов и мореплавателей следить за движением Солнца, Луны и звезд и, главное, подмечать закономерности этих движений. У земледельческих народов первостепенной 
была проблема планирования сельскохозяйственных работ: сроков начала пахоты, сева и сбора урожая, что привело к созданию солнечного календаря. Населению, живущему в долинах 
великих рек Нила, Тигра, Евфрата, Инда и Хуанхэ (именно там 
сформировались древнейшие цивилизации), нужно было предвидеть сезонные разливы, связанные не только с орошением 
земли, но и с необходимостью эвакуации. 
Поясним еще два термина: Вселенная и космос. Их можно 
считать синонимами, но развитие практической космонавтики 
придало им несколько различный смысл. Космосом стали именовать близкую, отчасти освоенную часть Вселенной, надо заметить, ничтожную ее часть. Орбитальные космические полеты – это полеты над поверхностью планеты Земля, в верхних 
слоях ее атмосферы. Вселенной мы будем называть Большой 
Космос, размеры которого грандиозны по сравнению с размером околосолнечного пространства.  

Прибегнем для наглядности к масштабированию размеров космических объектов и расстояний. Уменьшим Землю до размеров малого школьного глобуса диаметром 25 см. Поскольку диаметр планеты Земля около 12,5 тыс. км, в выбранном нами масштабе 
1 тыс. км окажется равной 2 см. Орбитальные космические корабли летают на высоте 5…8 мм над поверхностью нашего глобуса. 
Жизнь развивается в слое 0,1 мм. Наибольшее расстояние от Земли, которое пока удалось преодолеть человеку, это расстояние до 
Луны. В выбранном нами масштабе Луна представляет собой шарик диаметром около 7 см на расстоянии примерно 8 м от нашего 
глобуса. Солнце – огромная сфера диаметром 28 м будет располагаться в 3 км от него. В свою очередь самая далекая планета Солнечной системы – Плутон – окажется на расстоянии 120 км от 
шара, изображающего Солнце. Таковы масштабы планетной системы. Ее площадь по орбите Плутона составит чуть более 
45 тыс. км2, что равно площади Московской области. Всем этим 
пространством управляет Солнце, уменьшенное нами до размеров, 
соответствующих 9-этажному зданию. Сопоставьте размеры биосферы, освоенной части Вселенной (крайняя точка – Луна), с 
размерами околосолнечного пространства. 
Интерес к астрономии начинается с созерцания захватывающей картины звездного неба, которая не может оставить равнодушным ни одного человека. Прежде чем перейти к краткому 
обзору созвездий, следует ознакомиться с основными точками и 
основными кругами небесной сферы. Москва расположена на 56° 
северной широты. Это означает, что Северный полюс мира 
(рис. 1.1, точка Р) – точка небесной сферы, лежащая на продолжении оси вращения Земли и обозначенная в нашем полушарии 
Полярной звездой, – наблюдается в Москве в направлении на 
север на высоте 56° над горизонтом. Соответственно небесный 
экватор – линия на небесной сфере, разделяющая, как и на Земле, северное и южное полушария – наблюдается в направлении 
на юг, где расположена его высшая точка на высоте 34° над горизонтом. Очевидно, что на Северном полюсе Земли Полярная 
звезда находится в зените, а небесный экватор совпадает с линией горизонта. На земном экваторе небесный экватор проходит 
через зенит, а Полярная звезда наблюдается на горизонте, в направлении на север. В Москве можно наблюдать значительную 
часть южного полушария.  
Всего наблюдению доступно 72 % звездного неба, т. е. все 
звезды северного полушария и 44 % южного. Звезды и созвездия, отстоящие от Северного полюса мира на расстояние в 56°, 

являются в наших широтах незаходящими. Соответственно звезды, отстоящие на 56° от Южного полюса мира, никогда не появляются на нашем небе (рис. 1.1). Звезды перемещаются по 
небесной сфере по траекториям, параллельным небесному экватору. Это обусловлено суточным вращением Земли. Любая звезда, делает полный оборот за 24 часа, смещаясь за час на 15°.  

15° небесной сферы примерно равны расстоянию между расставленными большим и указательным пальцами вытянутой руки 
взрослого человека. Толщина большого пальца соответствует примерно 2° небесной сферы, т. е. 4 раза покрывает поперечники 
Солнца и Луны. 

Кроме суточного есть еще годовое вращение небесной сферы, обусловленное движением Земли по орбите вокруг Солнца 
(рис. 1.2). На Земле это воспринимается как смещение Солнца примерно на 1° или на два своих поперечника ежесуточно 
в направлении, противоположном видимому суточному движе
Рис. 1.1. Положение небесного экватора и Северного полюса мира (Р) 
на 56° северной широты (Z – зенит; S, W, N и О – точки горизонта, 
юг, запад, север и восток соответственно; ВК и НК – точки верхней и 
нижней кульминаций экваториального небесного светила) 

нию звезд. За год Солнце описывает на небесной сфере большой круг, называемый эклиптикой, которая определяет плоскость земной орбиты относительно звезд. Плоскость эклиптики 
наклонена к плоскости небесного экватора на угол около 23°. 
Созвездия, через которые проходит эклиптика, называются зодиакальными. Традиционно указывают 12 зодиакальных созвездий и 12 знаков Зодиака, соответствующих 12 месяцам года. 
Мало кто знает, что Солнце находится еще в одном созвездии – 
созвездии Змееносца. При этом находится оно там дольше, чем 
в зодиакальном созвездии Скорпиона. 

Рис. 1.2. Годовое движение Земли. Положение Солнца (S) и направления на зодиакальные созвездия Близнецов (Gem), Рыб (Psс), 
Стрельца (Sgr) и Девы (Vir): 

а – 22 декабря. В полдень Солнце низко над горизонтом (г-г), в полночь точка летнего солнцестояния в созвездии Близнецов близка к зе- 
ниту (∠ε ≈ 11° для широты λ = 56°); б – 22 июня. В полдень Солнце 
высоко над горизонтом, в полночь точка зимнего солнцестояния в  
созвездии Стрельца низко над горизонтом 

Годовое перемещение Солнца приводит к тому, что вид 
звездного неба меняется. Круглый год можно наблюдать в разных направлениях и на разной высоте над горизонтом лишь незаходящие созвездия. Неизменным остается лишь положение 
Полярной звезды, хотя и она, строго говоря, вращается вокруг 
Северного полюса мира по малому кругу радиусом 44 угловые 
минуты (44′, или 0,74°). 
Эклиптика и небесный экватор – важнейшие круги небесной сферы – пересекаются в двух точках – точках весеннего и 
осеннего равноденствий. Точка весеннего равноденствия является началом экваториальной системы астрономических координат, содержащей две координаты (рис. 1.3): 
– склонение δ. Отсчитывается от небесного экватора по 
кругу склонения к северу (знак «+») и к югу (знак «–»). Измеряется в градусах от 0 до 90°; 
– прямое восхождение α. Отсчитывается по экватору от 
точки весеннего равноденствия против хода часовой стрелки, 
влево, если смотреть на юг. Измеряется в часах (минутах, секундах) от 0 до 24 ч. Одному часу соответствует 15° дуги небесного экватора.  

Рис. 1.3. Экваториальные координаты α (прямое восхождение) и δ 
(склонение). Прецессия земной оси вокруг полюса эклиптики (РЕ): 
и 
 – точки весеннего и осеннего равноденствий соответственно