Астрономия

 
 
 
 
 
 
 
€. ˆ. Š - °¥©ª¨- 
 
 
 
 
€‘’ŽŽŒˆŸ 
 
’¶¤ ¬§© 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 52 
ББК 22.6 
К19 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики  
и математики ФГБОУ ВО «Калужский государственный университет  
им. К. Э. Циолковского» 
Степович Михаил Адольфович; 
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры системы  
автоматического управления Калужского филиала МГТУ им. Н. Э. Баумана 
Серегина Елена Владимировна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Канарейкин, А. И. 
К19   
Астрономия : учебник / А. И. Канарейкин. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2024. - 108 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1889-8 
 
Изложены все базовые понятия разделов «Звёздное небо», «Строение солнечной 
системы», «Солнце и звёзды», «Строение и эволюция Вселенной» программы дисциплины «Астрономия». Приведены примеры и задания, которые студенты могут выполнять в режиме самоконтроля. 
Для студентов СПО всех направлений и специальностей, обучающихся по дисциплине «Астрономия». Может успешно применяться преподавателями при подготовке к урокам астрономии. 
 
УДК 52 
ББК 22.6 
 
 
ISBN 978-5-9729-1889-8 
” Канарейкин А. И., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
2

Žƒ‹€‚‹…ˆ… 
 
Введение ................................................................................................................. 
4
Тема 1. Предмет астрономии. Звёздное небо. Способы определения 
географической широты. Основы измерения времени. .................................... 
5
Тема 2. Строение солнечной системы. 
.............................................................. 
41
Тема 3. Физическая природа тел солнечной системы. .................................... 
53
Тема 4. Солнце и звёзды. .................................................................................... 
67
Тема 5. Строение и эволюция Вселенной. 
........................................................ 
90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
................................................................................. 
105
 
3

‚‚…„…ˆ… 
 
Астрономия занимает особое место в системе естественно-научных  
знаний, так как она затрагивает глубинные вопросы существования человека  
в окружающем мире концентрируются основные противоречия между бытием 
человека и его сознанием. На протяжении тысячелетий астрономия шагала  
в ногу с философией и религией, информацией, почерпнутой из наблюдений 
звёздного неба, питала внутренний мир человека, его религиозные представления об окружающем мире. Во всех древних философских школах астрономия 
занимала ведущее место. Так как астрономия не затрагивала непосредственно 
условия жизни и деятельности человека, то потребность в ней возникала на более высоком уровне умственного и духовного развития человека, и поэтому она 
была доступна пониманию узкого круга образованных людей. 
Астрономия является одной из старейших фундаментальных наук, она 
вносила и продолжает вносить существенный вклад в развитие других наук  
и прикладных исследований в широком круге областей. 
Астрономические наблюдения оказывают глубокое влияние на развитие 
науки, философии, культуры и общей концепции Вселенной. 
В каждом обществе благодаря астрономии сложились легенды, мифы  
и традиции, связанные с небом, планетами и звездами и являющиеся частью его 
культурного наследия. 
Всё современное естествознание: физика, математика, география и другие 
науки - питалось и развивалось благодаря развитию астрономии. Достаточно 
вспомнить механику, математический анализ, развитые Ньютоном и его последователями в основном для объяснения движения небесных тел. Современные 
идеи и теории: общая теория относительности, физика элементарных частиц - 
во многом зиждутся на достижениях современной астрономии, таких её разделов, как астрофизика и космология. 
Чтобы правильно понять современное естествознание, необходимо изучать 
астрономию, пронизывающую его и лежащую в его основах.  
Данное пособие может быть использовано для ознакомления с изучаемым 
материалом, при конспектировании лекций, для подготовки к практическим занятиям, для закрепления полученных знаний, умений и навыков. В работе приведены примеры и задания, которые студенты могут выполнять в режиме самоконтроля. 
Предлагаемое пособие может успешно применяться как преподавателями, 
так и студентами при подготовке к урокам астрономии. 
 
4

’…Œ€ 1 
ПРЕДМЕТ АСТРОНОМИИ. ЗВЁЗДНОЕ НЕБО.  
СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ.  
ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ 
1. °¥¤¬¥²  ±²°®-®¬¨¨ 
Астрономия (от греч. «астрон» - «заря», «номос» - «закон») - наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем. Астрономия изучает всю совокупность небесных объектов: планеты и их 
спутники, кометы и метеорные тела, Солнце, звезды, звездные скопления, туманности, галактики, а также вещество и поля, заполняющие пространство 
между светилами. Слово космос в переводе с греческого означает порядок,  
в отличие от хаоса, где царит беспорядок. Еще в Древней Греции ученые понимали, что во Вселенной действуют какие-то законы, поэтому на небе существует определенный порядок. В наше время под словом космос мы представляем 
себе Вселенную. 
Астрономия существенно отличается от других отраслей естествознания.  
В основе других естественных наук лежит эксперимент. Физики или химики 
могут искусственно создавать те или иные условия и исследовать, как изменение этих условий влияет на протекание определенного процесса. Основа астрономии - наблюдения. Изучая потоки электромагнитных волн от небесных светил, астрономы не только смогли определить расстояния до них, исследовать 
физические условия в их недрах, установить химический состав их атмосфер, 
выяснить внутреннее строение, но и наметить пути их эволюции на протяжении 
миллиардов лет. Можно сказать, что современная астрономия держится на трёх 
«китах»: 
‡ во-первых, это мощные телескопы с самыми разнообразными вспомогательными приборами и свет регистрирующими приспособлениями; 
‡ во-вторых, вся совокупность законов, идей и методов теоретической физики, установленных и разработанных за последние триста лет; 
‡ в-третьих, весь сложный и разнообразный математический аппарат в сочетании с возможностями современной вычислительной техники. В современной астрономии астрономы не только собирают информацию  
о далеких мирах, но и проводят эксперименты в окружающем и дальнем 
космическом пространстве. 
Вселенная - все сущее, что расположено на Земле и за ее пределами. 
Современная астрономия является настолько развитой наукой, что делится 
на более десяти отдельных дисциплин, в каждой из которых используются 
 
5

только ей присущие методы исследований, типы инструментов, понятийный 
аппарат: 
‡ Астрометрия разрабатывает методы измерения положений небесных 
светил и угловых расстояний между ними, она же решает проблемы измерения времени. 
‡ Небесная механика выясняет динамику движения небесных тел. 
‡ Астрофизика изучает физическую природу, химический состав и внутреннее строение зрение. 
‡ Звездная астрономия изучает строение нашей Галактики и других звездных систем. 
‡ Вопросами происхождения и развития небесных тел занимается космогония. 
‡ Развитием Вселенной в целом - космология (от греч. «космос» - «Вселенная», «гон» - «происхождение», «логос» - «учение»). 
С давних времен небо поражало воображение людей своей загадочностью, 
но много веков оно оставалось для них недосягаем, а потому священным. Фантазия людей населила небо могучими существами - богами, которые управляют 
миром и даже решают судьбу каждого человека. Ночью призрачное сияние зрение очаровывало людей, поэтому выдумка древних астрономов объединила отдельные звезды в фигуры людей и животных - так появились названия созвездий. Потом были замечены светила, которые движутся среди звезд, - их назвали планетами (с греческого - блуждающая). Первые астрономические записи, 
найденные в древнеегипетских гробницах, датируемых XXI-XVIII вв. до н. э. 
Так, известно, что уже за 3000 лет до н. э. египетские жрецы за первой утренней 
появлением ярчайшей звезды земного звездного неба Сириус определяли время 
наступления разлива реки Нил. В древнем Китае за 2000 лет до н. э. видимые 
движения Солнца и Луны были настолько хорошо изучены, что китайские астрономы предсказывали наступление солнечных и лунных затмений. 
Было по крайней мере три причины, что обусловили и стимулировали зарождение и развитие астрономии. Первый и, безусловно, самый древний стимул - это практические потребности людей. Для первобытных кочевых племен, 
занимавшихся охотой, очень важным обстоятельством было чередование темных безлунных и светлых лунных ночей, что требовало наблюдений за изменением фаз Луны. 
С ритмичной сменой времен года связан летний цикл жизни земледельцев. 
Для народов Междуречья, Египта, Китая очень важным было предсказания разливов крупных рек, в долинах которых они жили. А это требовало, как наблюдений за высотой Солнца над горизонтом в течение года, так и сопоставление 
 
6

событий на Земле с видом звездного неба. Опираясь на эти наблюдения, люди 
уже издавна разработали определенные системы счета времени - календари. 
Наблюдая восход Солнца утром и его закат вечером, они смогли выделить 
для ориентации в пространстве одно из главных направлений - направление восток-запад. Слово «ориентироваться» происходит от латинского «орieнс», что 
означает «восток», а также «восход Солнца». Для установки направлению ночью люди запоминали расположение на небе ярких зрение и их отдельных характерных групп, выясняли условия видимости светил на небе в течение года. 
Вторым 
стимулом 
для 
тщательных 
наблюдений 
звездного 
неба,  
а в целом - для накопления астрономических знаний и развития астрономии, 
были астрологические предсказания. 
Уже в III тыс. до н. э. древние вавилоняне внимательно следили за движением так называемых «блуждающих светил», которые, в отличие от неподвижных звезд, не занимали постоянных положений на небе, а двигались, перемещаясь из созвездия в созвездие. От древних греков до нас дошла их общее название-планеты, от римлян - собственные названия: Меркурий, Венера, Марс, 
Юпитер и Сатурн. К числу планет в те времена относили еще и Солнце и Луну, 
потому что они также «блуждали» небом по созвездиям. 
Не зная истинных причин движения планет на небе, древние наблюдатели 
составили представление, по которому Солнце, Луна и упомянутые пять светил 
является «глашатаями воли богов». Более 4000 лет назад зародилась  
астрология - необоснованное с позиций современной науки попытки за положением планет на небе предвидеть ход событий на земле: погоду и урожай, мир 
или войну для государства, судьбу правителя, а впоследствии - и каждого человека. 
Третьим, наверное, самым главным стимулом для развития астрономии 
было неудержимое желание человеческой мысли проникнуть в суть вещей, осознать истинное положение Земли и человека во Вселенной, познать законы,  
по которым движутся светила и которые определяют их рождение, строение и 
развитие. То есть астрономия удовлетворяла потребность человека в объяснении происхождения и развития окружающего мира. Играя огромную мировоззренческую роль, астрономия всегда занимала видное место в духовной жизни 
человечества. Вот что писал по этому поводу А. Пуанкаре: «Астрономия полезна потому, что она возвышает нас над нами самими; она полезна потому, что 
она величественна; она полезна, потому что она прекрасна. Она показывает 
нам, какая ничтожен человек телом и величественная она духом, ибо ум его  
в состоянии объять сияющие бездны, где его тело - лишь темная точка, в состоянии насладиться их безмолвной гармонией. Так мы приходим к осознанию 
своего могущества, и это осознание ... делает нас сильнее». 
 
7

Астрономия зарождалась в разных уголках планеты: в Междуречье, Китае, 
Египте - везде, где, осознав себя, человек организовывала свою жизнь в определенном сообществе. Понятное дело, в те времена ответы на вопросы о строении и происхождении окружающего мира и о месте Земли в нем люди давали 
на основании своих непосредственных впечатлений и ощущений. Поэтому  
не случайно сложилось представление о том, что Земля неподвижна и находится в центре мира. Как очевидный факт принималось, что Солнце, Луна и весь 
небосвод вращаются вокруг нее. Долгое время у людей не было оснований сомневаться даже в том, что Земля плоская. Результаты длительных наблюдений, 
в частности видимых движений Луны, Солнца, планет, передавались из поколения в поколение. Со временем они помогли смоделировать движения этих 
светил и благодаря этому вычислять их положение среди звёзд на много лет 
вперед. Самое совершенное это удалось сделать греческому ученому Клавдию 
Птолемею около 150 г. н. э. Его геоцентрическая модель мира была так тщательно проработана, что ее использовали почти 1500 лет. 
В величественное здание современной астрономии укладывали кирпичи 
сотни ученых всех стран. 
Николай Коперник (1473-1543) «сдвинул Землю, остановив Солнце». 
Иоганн Кеплер (1618-1621) на основании двадцатилетних наблюдений Тихо 
Браге (1546-1601) установил законы движения планет. 
Галилео Галилей (1564-1642), построив первый телескоп и направив его  
в небо, открыл четыре спутника Юпитера, фазы Венеры и многое другое. Эти 
открытия утверждали гелиоцентрическую модель мира Коперника. Исаак Ньютон (1643-1727), обобщив законы Кеплера о движении планет, открыл закон 
всемирного тяготения и заложил основы небесной механики. 
Уильям Гершель (1738-1822) создал модель нашей Галактики - гигантские, но конечных размеров системы зрение. 
Йозеф Фраунгофер (1787-1826) впервые использовал спектральный анализ 
в астрономии. 
Эдвин Хаббл (1889-1953) доказал, что за пределами нашей Галактики есть 
несметное число других таких же звездных систем и что этот мир галактик 
расширяется. 
Альберт Эйнштейн (1879-1955) создал теорию относительности, которая 
стала фундаментом космологии. 
Современная астрономия, оставаясь фундаментальной наукой, имеет 
огромное прикладное значение и непосредственно связана с научнотехническим прогрессом человечества. Изучение разнообразных небесных тел, 
которые могут находиться в условиях очень высоких и очень низких температур, плотностей и давлений, обогащает важными данными «земные» науки - 
 
8

физику, химию и т. д. Законы небесной механики положен в основу тео- 
рии движения космических аппаратов, а практическую космонавтику  
представить без астрономии вообще невозможно. Исследования Луны и пла- 
нет позволяют значительно лучше изучать нашу Землю. Кроме того, астрономия является одной из главнейших наук, благодаря которым создается научная 
картина мира - система представлений о самых общих законах строения и развития Вселенной и ее отдельных частей. И эта научная картина мира, в большей или меньшей степени, становится элементом мировоззрения каждого человека. 
 
2. ‡- ·¥-¨¥ ¨ ±¢¿§¼  ±²°®-®¬¨¨ ± ¤°³£¨¬¨ - ³ª ¬¨ 
В ходе наблюдений человека за окружающим миром и Вселенной, приобретением и обобщением полученных знаний астрономия в той или иной мере 
связывалась с различными науками, например: 
‡ с математикой (использование приемов приближенных вычислений, замена тригонометрических функций углов значениями самих углов, выраженных  
в радианной мере); 
‡ с физикой (движение в гравитационном и магнитном полях, описание 
состояний вещества; процессы излучения; индукционные токи в плазме, 
образующей космические объекты); 
‡ с химией (открытие новых химических элементов в атмосфере звезд, 
становление спектральных методов; химические свойства газов, составляющих небесные тела); 
‡ с биологией (гипотезы происхождения жизни, приспособляемость и эволюция живых организмов; загрязнение окружающего комического пространства веществом и излучением); 
‡ с географией (природа облаков на Земле и других планетах; приливы в 
океане, атмосфере и твердой коре Земли; испарение воды с поверхности 
океанов под действием излучения Солнца; неравномерное нагревание 
Солнцем различных частей земной поверхности, создающее циркуляцию атмосферных потоков); 
‡ с литературой (древние мифы и легенды как литературные произведения, в которых, например, воспевается муза-покровительница науки астрономии - Урания; научно-фантастическая литература). 
 
 
 
 
9

3.  §¤¥«»  ±²°®-®¬¨¨ 
Такое тесное взаимодействие с перечисленными науками позволило стремительно развиваться астрономии как науке. На сегодняшний момент астрономия включает ряд разделов, тесно связанных между собой. Они отличаются 
друг от друга предметом исследования, методами и средствами познания. 
Правильное, научное представление о Земле как небесном теле появилось 
в Древней Греции. Александрийский астроном Эратосфен в 240 г. до н. э. весьма точно определил по наблюдениям Солнца размеры земного шара. Развивающиеся торговля и мореплавание нуждались в разработке методов ориентации, 
определении географического положения наблюдателя, точном измерении исходя из астрономических наблюдений. Решением этих задач стала заниматься 
практическая астрономия. 
Издревна люди считали, что Земля - неподвижный объект, вокруг которого вращается Солнце и планеты. Основоположником такой системы мира - геоцентрической системы мира – является Птолемей. В 1530 г. Николай Коперник 
перевернул представление об устройстве Вселенной. Согласно его теории, Земля, как и все планеты, вращается вокруг Солнца. Систему мира Коперника стали называть гелиоцентрической. Подобное «устройство» солнечной системы 
долго не было принято обществом. Но итальянский астроном, физик, механик 
Галилео Галилей с помощью наблюдений через простейший телескоп обнаружил смены фаз Венеры, что свидетельствует о вращении планеты вокруг Солнца. Иоганн Кеплер после длительных вычислений сумел найти законы движения планет, которые сыграли существенную роль в развитии представлений об 
устройстве Солнечной системы. Раздел астрономии, изучающий движение 
небесных тел, получил название небесной механики. Небесная механика позволила объяснить и предварительно вычислить с очень высокой точностью почти все движения, наблюдаемые как в Солнечной системе, так и в Галактике. 
В астрономических наблюдениях использовались все более совершенные 
телескопы, с помощью которых были сделаны новые открытия, причем относящиеся не только к телам Солнечной системы, но и миру далеких звезд.  
В 1655 г. Гюйгенс рассмотрел кольца Сатурна и открыл его спутник Титан.  
В 1761 г. Михаил Васильевич Ломоносов открыл атмосферу у Венеры и провел 
исследование комет. Принимая за эталон Землю, ученые сравнивали ее с другими планетами и спутниками. Так зарождалась сравнительная планетология. 
Огромные и все увеличивающиеся возможности изучения физической 
природы и химического состава звезд предоставило открытие спектрального 
анализа, который в XIX веке становится основным методом в изучении физической природы небесных тел. Раздел астрономии, изучающий физические явле 
10