Астрономия

 
 
 
 
 
 
 
Н. М. Игнатенко, В. В. Сучилкин, Л. П. Петрова 
 
 
 
 
АСТРОНОМИЯ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 
 

 
УДК 52 
ББК 22.6 
И26 
 
 
 
Рецензенты: 
кандидат физико-математических наук, доцент ЮЗГУ А. Е. Кузько; 
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЮЗГУ  
Г. А. Мельников 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Игнатенко, Н. М.  
И26   
Астрономия : учебное пособие / Н. М. Игнатенко, В. В. Сучилкин, 
Л. П. Петрова. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 136 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-1904-8 
 
Изложены вопросы, связанные со строением Вселенной, наблюдениями небесных тел и их систем, формированием звезд и планет и их этапами развития, а также 
основными физическими процессами, протекающими в них, ролью межпланетного 
и межзвездного пространств, достижениями радиоастрономии, возможностью существования разумной жизни во Вселенной и поиском других цивилизаций.  
Для студентов, обучающихся по программе бакалавриата по направлениям 
03.00.00 «Физика и астрономия», в частности по 03.03.02 «Физика», 03.05.01 «Астрономия», 03.03.03 «Радиофизика», 44.03.05 «Педагогическое образование», при изучении предмета «Астрономия» и «Астрофизика». Может быть рекомендовано студентам 
других направлений, а также преподавателям и учащимся учебных заведений при изучении предмета «Астрономия». 
 
УДК 52 
ББК 22.6 
 
 
ISBN 978-5-9729-1904-8 
” Игнатенко Н. М., Сучилкин В. В., Петрова Л. П., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

 
Îãëàâëåíèå 
 
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ 
....................................................................................... 5 
 
1.1. Предмет изучения астрономии ................................................................ 5 
1.2. Роль астрономии в формировании современной картины мира         
и практической деятельности человека ......................................................... 5 
 
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АСТРОНОМИИ .................................. 9 
 
2.1. Представление о Вселенной древних ученых ........................................ 9 
2.2. Место и значение древней астрономии в эволюции взглядов 
на Вселенную 
.................................................................................................. 11 
2.3. Летоисчисление и его точность. Календари 
......................................... 15 
2.4. Изучение околоземного пространства .................................................. 18 
 
ГЛАВА 3. УСТРОЙСТВО СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ........................... 28 
 
3.1. Происхождение Солнечной системы .................................................... 28 
3.2. Видимое движение планет ..................................................................... 29 
3.3. Система Земля–Луна 
............................................................................... 30 
3.4. Природа Луны 
.......................................................................................... 34 
3.5. Планеты земной группы ......................................................................... 35 
3.6. Планеты-гиганты 
..................................................................................... 40 
3.7. Малые тела Солнечной системы ........................................................... 41 
3.8. Общие сведения о Солнце 
...................................................................... 48 
3.9. Солнце и жизнь на Земле 
........................................................................ 54 
3.10. Небесная механика (законы Кеплера) 
................................................. 58 
3.11. Открытие планет ................................................................................... 59 
3.12. Исследование Солнечной системы 
...................................................... 64 
 
ГЛАВА 4. АСТРОНОМИЯ ДАЛЬНЕГО КОСМОСА .............................. 68 
 
4.1. Проблемы освоения дальнего космоса ................................................. 68 
4.2. Волновая астрономия 
.............................................................................. 72 
4.3. Современные методы изучения дальнего космоса 
.............................. 74 
4.4. Значение освоения дальнего космоса 
для человеческой цивилизации .................................................................... 77 
 
ГЛАВА 5. СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ 
........................... 79 
 
5.1. Наша Галактика. Ее размеры и структура ............................................ 79 
5.2. Два типа населения Галактики 
............................................................... 80 
5.3. Межзвездная среда: газ и пыль 
.............................................................. 81 
5.4. Спиральные рукава ................................................................................. 81 
5.5. Области звездообразования ................................................................... 82 
5.6. Вращение Галактики. Проблема «скрытой» массы ............................ 86 
3 
 

 
5.7. Разнообразие мира галактик .................................................................. 88 
5.8. Скопления и сверхскопления галактик 
................................................. 92 
5.9. Основы современной космологии 
......................................................... 93 
5.10. «Красное смещение» и закон Хаббла ................................................. 96 
5.11. Нестационарная Вселенная А. А. Фридмана ..................................... 99 
5.12. Большой взрыв. Реликтовое излучение ............................................ 100 
5.13. Реликтовое излучение 
......................................................................... 103 
5.14. Ускоренное расширение Вселенной ................................................. 104 
5.15. «Темная энергия» и антитяготение ................................................... 105 
 
ГЛАВА 6. ЖИЗНЬ И РАЗУМ ВО ВСЕЛЕННОЙ .................................... 107 
 
6.1. Проблема существования жизни вне Земли 
....................................... 107 
6.2. Условия, необходимые для развития жизни ...................................... 109 
6.3. Поиски жизни на планетах Солнечной системы ............................... 113 
6.4. Сложные органические соединения в космосе .................................. 121 
6.5. Современные возможности радиоастрономии и космонавтики            
для связи с другими цивилизациями 
.......................................................... 123 
6.6. Планетные системы у других звезд 
..................................................... 125 
 
Заключение ...................................................................................................... 134 
 
Список литературы 
........................................................................................ 135 
 
 
 
4 
 

 
ÃËÀÂÀ 1. ÂÂÅÄÅÍÈÅ 
 
1.1. Ïðåäìåò èçó÷åíèÿ àñòðîíîìèè 
 
Астрономия: «астрон» – звезда, «номос» – закон (греч.). 
Астрономия – наука о Вселенной, изучающая видимое и кажущееся движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. 
Астрономия изучает: 
Солнце и звезды, туманности, планеты и их спутники, звездные системы, 
кометы и метеорные тела, материю, заполняющую все пространство. 
Новые объекты исследования в астрономии: 
x пульсары; 
x квазары (квазизвездные радиоисточники); 
x космические лучи (частицы высоких энергий); 
x микроволновое фоновое (реликтовое) излучение; 
x черные дыры; 
x гравитационные волны; 
x структура пространства – времени; 
x экзопланеты и внеземные цивилизации. 
 
1.2. Ðîëü àñòðîíîìèè â ôîðìèðîâàíèè 
ñîâðåìåííîé êàðòèíû ìèðà 
è ïðàêòè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà 
 
Известно, что интерес к небесным телам и процессам появился на заре 
существования Homo sapiens. Наблюдения за небом позволили установить 
связь между астрономическими явлениями и сменой времен года, определявшей весь строй жизни древнего человека. Повторяемость большинства астрономических событий давала возможность с большой точностью предсказывать 
соответствующие земные процессы и явления. Так возникла первая наука – 
астрономия, а за ней математика, химия, выросшая из алхимии, география, геология, биология, физика. Но астрономия долгое время оставалась ведущей наукой, которая имела не только прикладное значение, например, для мореплавания, но и определяла основы мировоззрения, миропонимания людей. Достижения в области астрономии не раз кардинально меняли картину мира. Достаточно вспомнить полную драматизма историю перехода от геоцентрического представления о строении мира к гелиоцентрическому. Или отказ от понятия тверди небесной и принятие бесконечности Вселенной и множественности населяющих ее миров и галактик. 
Во второй половине XIX века на ведущие позиции в области естественных наук вышла одна из самых молодых наук – физика. Революционные открытия физики конца XIX – начала XX века легли в основу новой картины ми5 
 

 
ра, и в науке укоренилось представление, что законы, необходимые для объяснения любых явлений, в том числе и астрономических, либо уже открыты «земной» физикой, либо лежат в области ее предмета исследования. Астрономии 
стала отводиться роль пассивно наблюдательной науки, которая лишь ставит 
теоретические задачи перед физикой. Однако астрономия тоже не стояла на месте. Опираясь на успехи физики, достижения современного приборостроения 
и выход человечества в Космос, эта древняя наука как бы приобрела второе дыхание. Из пассивного наблюдателя ученый-астроном превратился в активно- 
го исследователя околоземного пространства и ближайших планет: Луны, Венеры, Марса. Полеты автоматических аппаратов, возможные благодаря такой 
области астрономии, как астрометрия – наука, изучающая «географию» Вселенной, позволили человечеству шагнуть в своем эмпирическом познании к пределу Солнечной системы. Фотографические обзоры всего неба и последующие 
измерения положений зафиксированных на фотопластинках звезд и галактик, 
в сочетании с другими методами наблюдений, дали ученым возможность составить модель крупномасштабной структуры Вселенной. Успехи другой области астрономии – астрофизики – принесли человечеству знания о химическом составе, строении и эволюции других миров – звезд и галактик. Новые 
инструменты и методы наблюдений позволили решить давно мучивший человека Земли вопрос – является наше Солнце, имеющее систему планет исключением, или планеты есть и у других звезд. В настоящее время уже обнаружено 
около ста звезд – кандидатов, предположительно имеющих планеты–гиганты, 
подобные Юпитеру. Но это только начало. Ибо с развитием наблюдательной 
техники и повышением чувствительности аппаратуры возрастет вероятность 
обнаружения и планет размера Земли. 
Именно астрономии последних лет принадлежат открытия, способные 
в очередной раз перевернуть картину мира. Данные, полученные в результате 
новейших астрономических экспериментов и основанных на них расчетах, требуют осмысления с иных мировоззренческих позиций, побуждают к поиску новых подходов в постановке экспериментов, к применению новых методов и 
средств наблюдений. В этом можно убедиться на примере бурного прогресса 
в изучении так называемой «скрытой материи» Вселенной и «черных дыр». 
Изучая динамику движения скоплений галактик, астрономы обнаружили, что 
масса скоплений должна быть на порядок больше, чем доля видимого вещества 
в них (главным образом звезд). Исследования показали, что в межзвездном пространстве существует нечто, обладающее силой притяжения и не регистрируемое существующими приборами и методами. Оказалось, что некоторые процессы, происходящие во Вселенной, можно объяснить только присутствием неведомого вещества. 
По некоторым оценкам, лишь около 4 % полной массы Вселенной составляет знакомая нам барионная форма материи (протоны, нейтроны и т. п.), 
из которой состоят звезды, планеты и человек. Ученые предполагают, что часть 
неизвестного вещества (около 26 % массы Вселенной) должна состоять из слабовзаимодействующих массивных частиц неизвестной природы, которые предсказываются современной теорией элементарных частиц, но пока не открыты 
6 
 

 
в земных лабораториях. Остальные 70 % энергии Вселенной составляют не частицы, а поля тоже неизвестной пока природы. Предполагается, что эти поля 
обладают отрицательным давлением и, как следствие этого, вызывают гравитационное отталкивание, а не притяжение. В результате этого гравитационного 
отталкивания Вселенная расширяется с ускорением на больших расстояниях. 
Таким образом, астрономы вплотную подошли к открытию принципиально новой формы материи (ее еще иногда называют «темной материей»), природу которой ученым предстоит разгадать в ближайшие десятилетия. 
Как и все принципиально новое, идея существования скрытой материи 
во Вселенной пробивалась с большим трудом. Еще в начале сороковых годов 
великий ученый и мыслитель В. И. Вернадский писал: «Сейчас мы стоим перед 
разгадкой «пустого» мирового пространства – вакуума. Это лаборатория грандиознейших материально-энергетических процессов». Ученый предвидел и 
формы существования материи – энергии этого пространства, выдвигая как 
рабочую научную гипотезу следующее положение: «…чем меньше материальных тел в них находится, тем выше их «температура», которая будет выражать 
нам как бы скопление свободной энергии для этих просторов – поле сил». 
Эта гипотеза ученого, удивительно созвучная положениям «Тайной Доктрины» 
Е. П. Блаватской о непроявленной материи, существующей в латентном состоянии, долгое время была вне внимания экспериментальной науки и лишь сей- 
час, более чем полвека спустя, подтверждается новейшими достижениями астрономии. 
В эти же десятилетия астрономами был обнаружен целый ряд явлений, 
которые свидетельствуют о концентрации огромных масс материи в сравнительно небольших областях пространства. Эти объекты получили название «черных дыр». Предполагается, что черные дыры образуются в результате грави- 
тационного коллапса звезды (катастрофического сжатия вещества под воздействием гравитационных сил). Гравитационное поле «черной дыры» оказывается настолько чудовищным, что его не может преодолеть не только самое быстрое физическое тело – даже световой луч. Эксперименты последних лет показывают, что все необходимые условия, накладываемые на наблюдаемые проявления «черных дыр» общей теорией относительности (ОТО) Эйнштейна, выполняются. Это дает основание серьезно задуматься о следствиях существования «черных дыр». Если они существуют, значит, ОТО верна, и гравитация связана с кривизной пространства – времени. Но тогда, изменяя кривизну пространства – времени, человек может научиться управлять ходом времени. Мож- 
но предположить, что когда-нибудь удастся построить машину времени, с помощью которой можно будет путешествовать в будущее и прошлое.  
Во всех ведущих странах мира, для создания уникальных инструментов 
с целью изучения вселенной, направляются огромные средства. Из введен- 
ных в эксплуатацию в последние годы можно: отметить космический телескопа 
им. Хаббла (НАСА, 1990 год), GAIA (ЕКА, 2013 год), инфракрасный телескоп 
им. Джеймса Уэбба (НАСА) (9 января 2022 года телескоп успешно развернул 
все свои системы и перешел в полностью операционное состояние), а также  
7 
 

 
большой рентгеновский телескоп ATHENA (ЕКА)  (Космическая обсерватория 
нового поколения), предназначенный для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне, запуск которого ожидается в 2028 году, который станет 
самым крупным рентгеновским космическим телескопом в мире. Европейское 
космическое агентство одобрило проект создания телескопа, на строительство 
которого потребуется более миллиарда евро. 
Таким образом, астрономическая наука, опирающаяся в своих исследованиях на наблюдения и измерения, дает доказательство существования во Вселенной материи в форме, недоступной пока человеческому восприятию. Выявление этой материи, постижение ее природы, так же как и изучение пространственно-временных проблем, связанных с существованием «черных дыр», требует новых мировоззренческих подходов, новой методологии исследований, 
новых представлениях о картине мира, новых технических средств.  
 
8 
 

 
ÃËÀÂÀ 2. ÈÑÒÎÐÈß ÐÀÇÂÈÒÈß ÀÑÒÐÎÍÎÌÈÈ 
 
2.1. Ïðåäñòàâëåíèå î Âñåëåííîé äðåâíèõ ó÷åíûõ 
 
Людей с давних времен мучил вопрос: что такое мир и как он устроен. 
Для древнего человека окружающий мир являлся живым, огромным и зага- 
дочным. Понимание Вселенной были основаны на наблюдениях за природой 
и небом. 
Разумеется, взгляд на устройство мира был намного проще, чем сейчас. И 
что интересно, каждый народ смотрел на него по-разному. Главным образом, 
потому что у всех были свои легенды и мифы. Но все они были, в основном, 
построены на религиозных верованиях. Считалось, что начало положил Бог. 
Также важную роль в мировоззрении древних народов играло то, где они 
проживали. И, конечно, во что верили и что обожествляли. 
Древний Египет 
Для его жителей река Нил являлась сосредоточием жизни. Под землей, 
по их мнению, располагалось царство мертвых. Центральным был бог солнца Ра. 
Он мог путешествовать по всем мирам. 
Древняя Индия 
В давние времена индийцы верили, что Земля это полусфера. И расположена она на трех слонах. Они, в свою очередь, стояли на панцире черепахи. 
Которая, ко всему прочему, находилась в змеином кольце. 
Представление Земли древними народами Индии 
Древние народы Индии считали, что опорой всему было множество го- 
лов змеи Шеши. По преданию, она покоилась на поверхности Мирового океана. 
К тому же, на ней жил Вишну. Верили, что именно он был хранителем жизни. 
Интересно, что все эти животные символизируют природные явления. 
По легенде, слон олицетворял природную мощь. Он был, и есть, символом спокойствия, мудрости и благоразумия. Черепаха, например, объединяет земной 
и небесный мир. А змея представляет собой неизменное движение. 
Славянская картина мира 
По их представлению, Вселенная делилась на нижний и верхний миры. 
А между ними находилась Земля. Все области соединялись священным Мировым древом. В его ветках лежали звезды, планеты, Солнце и Месяц. А в корнях 
жил Змей. 
Так же как и другие народы, взгляды славян были основаны на религии. 
У них главное место занимал бог неба и бог-кузнец Сварог. По их мнению, он 
создал Солнце и все остальное. 
Славяне считали, что существовал край Вселенной. Им было безбрежное 
море, которое упоминалось во многих мотивах. А сама Вселенная находилась 
в его центре. 
9 
 

 
Стоит отметить, что славянские представления о мире были более развиты, чем у других народов. К сожалению, многие знания были утеряны. Поэтому проследить за развитием мировоззрения этой народности непростая задача. 
Определенно, они точно знали, где и как расположены небесные тела. Откуда были взяты или получены космологические познания неизвестно. Но исследование славянской культуры очень интересный процесс. 
Представления древнегреческих ученых 
В Древней Греции Землю представляли в виде диска. В то время верили, 
что поверхность неподвижна. И она является центром Вселенной. Небесные 
тела, считали древние греки, были прикреплены к некой сфере. Они находились 
в постоянном движении и совершали оборот вокруг диска Земли за сутки. 
По их легендам, Солнце это великое божество. Его представляли в колеснице, катающимся по небу. И в этом процессе, оно освещало светом Землю. Более того, верили, что небесный свод держался на плечах Атланта. 
В то время наука в Древней Греции развивалась быстрее, чем у других 
народов. Именно древнегреческие ученые Птолемей и Аристотель разработали 
и даже доказали свое представление о мире. 
Система мира по Птолемею 
Говоря об изучении Вселенной, нельзя не вспомнить деятельность выдающегося ученого Птолемея. Он, бесспорно, внес огромный вклад в науку. Не 
только в астрономию, а также в математику, физику и географию. 
Он утверждал, что Земля неподвижна. А все движется вокруг нее. В свою 
очередь, наша планета является центром мироздания. Представление вселенной 
Птолемея заключалось в геоцентрической модели. Кстати, также выглядит схема вселенной Аристотеля. 
Как известно, такой взгляд на карту космоса возник в Древней Греции. 
На геоцентризме основана античная и средневековая наука. 
Птолемей в своих трудах доказывал, что Земля расположена в середине 
космического пространства. Также он отмечал ее малые размеры, относительно других тел. 
К такому выводу ученый пришел, потому что все звезды с Земли мы видим одинаково. А значит, расстояние до этих звезд огромны по сравнению с раз- 
мерами Земли. 
Неподвижность Земли Птолемей объяснял тем, что если бы движение существовало, то происходило бы смещение. А так как оно отсутствует, следует, 
что движения нет. 
Вдобавок, он указывал на вертикальное падение тел относительно Земли. Таким образом, наша планета есть центр всего. 
Кстати, на правиле свободного падения ученый вывел понятие верха и 
низа. Верх – это направление от центра Земли, а низ, наоборот, – к центру. 
Птолемей, так же как и Аристотель, считал, что все состоит из материи 
и движения. Которые не могут существовать друг без друга. Он выделял круговые орбиты Земли. Их он разделил на эпициклы, то есть малые круги. Которые, 
в свою очередь, движутся в другом большем кругу. Его он назвал деферентом. 
10