 |
Ультрафиолетовая астрономия
|
|
|
|
Содержание
[убрать]
· 1 Этимология
· 2 Структура астрономии как научной дисциплины
o 2.1 Звёздная астрономия
· 3 Предметы астрономии
· 4 Задачи астрономии
· 5 История астрономии
· 6 Астрономические наблюдения
o 6.1 Оптическая астрономия
o 6.2 Инфракрасная астрономия
o 6.3 Ультрафиолетовая астрономия
o 6.4 Радиоастрономия
o 6.5 Рентгеновская астрономия
o 6.6 Гамма-астрономия
o 6.7 Астрономия, не связанная с электромагнитным излучением
o 6.8 Астрометрия и небесная механика
o 6.9 Внеатмосферная астрономия
· 7 Теоретическая астрономия
· 8 Любительская астрономия
· 9 См. также
· 10 Коды в системах классификации знаний
· 11 Примечания
· 12 Литература
· 13 Ссылки
Этимология[править | править вики-текст]
Термин «астроно́мия» (др.-греч. ἀστρονομία) образован от древнегреческих слов ἀστήρ, ἄστρον (астер, астрон), «звезда» и νόμος (номос), «обычай, установление, закон»[1].
Структура астрономии как научной дисциплины[править | править вики-текст]
Лунная астрономия: большой кратер на изображении — Дедал, сфотографированный экипажем «Аполлона-11» во время обращения вокругЛуны в 1969. Кратер расположен рядом с центром невидимой стороны Луны, его диаметр около 93 км
Внегалактическая астрономия:гравитационное линзирование. Видно несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются многократными изображениями одной галактики, размноженными из-за эффектагравитационной линзы от скопления жёлтых галактик возле центра фотографии. Линза создана гравитационным полем скопления, которое искривляет световые лучи, что ведёт к увеличению и искажению изображения более далёкого объекта
|
|
|
Современная астрономия делится на ряд разделов, которые тесно связаны между собой, поэтому разделение астрономии в некоторой мере условно. Главнейшими разделами астрономии являются:
· Астрометрия — изучает видимые положения и движения светил. Раньше роль астрометрии состояла также в высокоточном определении географических координат и времени с помощью изучения движения небесных светил (сейчас для этого используются другие способы). Современная астрометрия состоит из:
· фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений и определение числовых значений астрономических параметров, — величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;
· сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;
· Теоретическая астрономия даёт методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
· Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их систем.
Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии (исследование движения небесных тел), и их часто называют классической астрономией.
· Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую (наблюдательную) астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой, на основании законов физики, даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.
|
|
|
Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам исследования.
· Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи с учётом их физических особенностей.
· Космохимия изучает химический состав космических тел, законы распространённости и распределения химических элементов во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. Иногда выделяют ядерную космохимию, изучающую процессы радиоактивного распада и изотопный состав космических тел. Нуклеогенез в рамках космохимии не рассматривается.
В этих двух разделах в основном решаются вопросы второй задачи астрономии (строение небесных тел).
· Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
· Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.
На основании всех полученных знаний о небесных телах последние два раздела астрономии решают её третью задачу (происхождение и эволюция небесных тел).
Курс общей астрономии содержит систематическое изложение сведений об основных методах и главнейших результатах, полученных различными разделами астрономии.
Одним из новых, сформировавшихся только во второй половине XX века, направлений является археоастрономия, которая изучает астрономические познания древних людей и помогает датировать древние сооружения, исходя из явления прецессии Земли.
Звёздная астрономия [править | править вики-текст]
Основная статья: Звезда
Планетарная туманность Муравья — Mz3. Выброс газа из умирающей центральной звезды симметричен, в отличие от хаотических выбросов обычных взрывов
Изучение звёзд и звёздной эволюции имеет фундаментальное значение для нашего понимания Вселенной. Астрономы изучают звёзды с помощью и наблюдений, и теоретических моделей, а сейчас и с помощью компьютерного численного моделирования.
Формирование звёзд происходит в газопылевых туманностях. Достаточно плотные участки туманностей могут сжиматься силой гравитации, разогреваясь за счёт высвобождаемой при этом потенциальной энергии. Когда температура становится достаточно большой, в ядре протозвезды начинаются термоядерные реакции и она становится звездой[2].
|
|
|
Почти все элементы, более тяжелые чем водород и гелий, образуются в звёздах.
Предметы астрономии[править | править вики-текст]
· Астрометрия
· Созвездия
· Небесная сфера
· Системы небесных координат
· Время
· Небесная механика
· Астрофизика
· Эволюция звёзд
· Нейтронные звёзды и чёрные дыры
· Астрофизическая гидродинамика
· Галактики
· Млечный путь
· Строение галактик
· Эволюция галактик
· Активные ядра галактик
· Космология
· Красное смещение
· Реликтовое излучение
· Теория Большого взрыва
· Тёмное вещество
· Тёмная энергия
· История астрономии
· Астрономы
· Любительская астрономия
· Астрономические инструменты
· Астрономические обсерватории
· Астрономические символы
· Освоение космоса
· Планетология
· Космонавтика
Задачи астрономии[править | править вики-текст]
Радиотелескопы — одни из множества различных инструментов, используемыхастрономами
Основными задачами астрономии являются[1]:
1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.
3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.
Решение этих задач требует создания эффективных методов исследования — как теоретических, так и практических. Первая задача решается путём длительных наблюдений, начатых ещё в глубокой древности, а также на основе законов механики, известных уже около 300 лет. Поэтому в этой области астрономии мы располагаем наиболее богатой информацией, особенно для сравнительно близких к Земле небесных тел: Луны, Солнца, планет, астероидов и т. д.
|
|
|
Решение второй задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии. Изучение физических свойств небесных тел началось во второй половине XIX века, а основных проблем — лишь в последние годы.
Третья задача требует накопления наблюдаемого материала. В настоящее время таких данных ещё недостаточно для точного описания процесса происхождения и развития небесных тел и их систем. Поэтому знания в этой области ограничиваются только общими соображениями и рядом более или менее правдоподобных гипотез.
Четвёртая задача является самой масштабной и самой сложной. Практика показывает, что для её решения уже недостаточно существующих физических теорий. Необходимо создание более общей физической теории, способной описывать состояние вещества и физические процессы при предельных значениях плотности, температуры, давления. Для решения этой задачи требуются наблюдательные данные в областях Вселенной, находящихся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Современные технические возможности не позволяют детально исследовать эти области. Тем не менее, эта задача сейчас является наиболее актуальной и успешно решается астрономами ряда стран, в том числе и России.
История астрономии[править | править вики-текст]
Основная статья: История астрономии
С тех пор как на Земле существуют люди, их всегда интересовало то, что они видели на небе. Ещё в глубокой древности они заметили взаимосвязь движения небесных светил по небосводу и периодических изменений погоды. Астрономия тогда была основательно перемешана с астрологией. Окончательное выделение научной астрономии произошло в эпоху Возрождения и заняло долгое время.
Астрономия — одна из старейших наук, возникшая из практических потребностей человечества. По расположению звезд и созвездий первобытные земледельцы определяли наступления времен года. Кочевые племена ориентировались по Солнцу и звездам. Необходимость в летоисчислении привела к созданию календаря. Есть доказательства, что ещё доисторические люди знали об основных явлениях, связанных с восходом и заходом Солнца, Луны и некоторых звезд. Периодическая повторяемость затмений Солнца и Луны была известна уже очень давно. Среди древнейших письменных источников встречаются описания астрономических явлений, а также примитивные расчетные схемы для предсказания времени восхода и захода ярких небесных тел и методы отсчета времени и ведения календаря. Астрономия успешно развивалась в Древнем Вавилоне, Египте, Китае и Индии. В китайской летописи описывается затмение Солнца, которое состоялось в 3-м тысячелетии до н. э. Теории, которые на основе развитых арифметики и геометрии объясняли и предсказывали движение Солнца, Луны и ярких планет, были созданы в странах Средиземноморья в последние века дохристианской эры и вместе с простыми, но эффективными приборами, служили практическим целям вплоть до эпохи Возрождения.
|
|
|
Особенно большого развития достигла астрономия в Древней Греции. Пифагор впервые пришел к выводу, что Земля имеет шарообразную форму, а Аристарх Самосский высказал предположение, что Земля вращается вокруг Солнца. Гиппарх во 2 в. до н. э. составил один из первых звездных каталогов. В произведении Птолемея «Альмагест», написанном в 2 ст. н. э., изложена геоцентрическая система мира, которая была общепринятой на протяжении почти полутора тысяч лет. В средневековье астрономия достигла значительного развития в странах Востока. В 15 в. Улугбек построил вблизи Самарканда обсерваторию с точными в то время инструментами. Здесь был составлен первый после Гиппарха каталог звёзд. С 16 в. начинается развитие астрономии в Европе. Новые требования выдвигались в связи с развитием торговли и мореплавания и зарождением промышленности, способствовали освобождению науки от влияния религии и привели к ряду крупных открытий.
Рождение современной астрономии связывают с отказом от геоцентрической системы мира Птолемея (II век) и заменой её гелиоцентрической системой Николая Коперника (середина XVI века), с началом исследований небесных тел с помощью телескопа (Галилей, начало XVII века) и открытием закона всемирного притяжения (Исаак Ньютон, конец XVII века). XVIII—XIX века были для астрономии периодом накопления сведений и знаний о Солнечной системе, нашей Галактике и физической природе звёзд, Солнца, планет и других космических тел. Появление крупных телескопов и осуществления систематических наблюдений привели к открытию, что Солнце входит в состав огромной дискообразной системы, состоящей из многих миллиардов звезд — галактики. В начале XX века астрономы обнаружили, что эта система является одной из миллионов подобных ей галактик. Открытие других галактик стало толчком для развития внегалактической астрономии. Исследование спектров галактик позволило Эдвину Хабблу в 1929 году выявить явление «разбегания галактик», которое впоследствии получило объяснения на основе общего расширения Вселенной.
В XX веке астрономия разделилась на две основные ветви: наблюдательную и теоретическую. Наблюдательная астрономия — это получение наблюдательных данных о небесных телах, которые затем анализируются. Теоретическая астрономия ориентирована на разработку моделей (аналитических или компьютерных) для описания астрономических объектов и явлений. Эти две ветви дополняют друг друга: теоретическая астрономия ищет объяснения результатам наблюдений, а наблюдательная астрономия даёт материал для теоретических выводов и гипотез и возможность их проверки.
Научно-техническая революция XX века имела чрезвычайно большое влияние на развитие астрономии в целом и особенно астрофизики. Создание оптических и радиотелескопов с высоким разрешением, применение ракет и искусственных спутников Земли для внеатмосферных астрономических наблюдений привели к открытию новых видов космических тел: радиогалактик, квазаров, пульсаров, источников рентгеновского излучения и т. д.. Были разработаны основы теории эволюции звезд и космогонии Солнечной системы. Достижением астрофизики XX века стала релятивистская космология — теория эволюции Вселенной в целом.
Астрономические наблюдения
Бо́льшая часть астрономических наблюдений — это регистрация и анализ видимого света и другого электромагнитного излучения[3]. Астрономические наблюдения могут быть разделены в соответствии с областью электромагнитного спектра, в которой проводятся измерения. Некоторые части спектра можно наблюдать с Земли (то есть её поверхности), а другие наблюдения ведутся только на больших высотах или в космосе (в космических аппаратах на орбите Земли). Подробные сведения об этих группах исследований приведены ниже.
Оптическая астрономия
Основная статья: Оптическая астрономия
Оптическая астрономия (которую ещё называют астрономией видимого света) — древнейшая форма исследования космоса[4]. Сначала наблюдения зарисовывали от руки. В конце XIX века и большей части ХХ века исследования осуществлялись по фотографиям. Сейчас изображения получают цифровыми детекторами, в частности детекторами на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Хотя видимый свет охватывает диапазон примерно от 4000 Ǻ до 7000 Ǻ (400—700 нанометров)[4], оборудование, применяемое в этом диапазоне, позволяет исследовать ближний ультрафиолетовый и инфракрасный диапазон.
Инфракрасная астрономия
Основная статья: Инфракрасная астрономия
Инфракрасный космический телескоп «Гершель»
Инфракрасная астрономия касается регистрации и анализа инфракрасного излучения небесных тел. Хотя длина его волны близка к длине волны видимого света, инфракрасное излучение сильно поглощается атмосферой, кроме того, в этом диапазоне сильно излучает атмосфера Земли. Поэтому обсерватории для изучения инфракрасного излучения должны быть расположены на высоких и сухих местах или в космосе. Инфракрасный спектр полезен для изучения объектов, которые слишком холодны, чтобы излучать видимый свет (например, планеты и газопылевые диски вокруг звёзд). Инфракрасные лучи могут проходить через облака пыли, поглощающие видимый свет, что позволяет наблюдать молодые звезды в молекулярных облаках и ядер галактик[5]. Некоторые молекулы мощно излучают в инфракрасном диапазоне, и это даёт возможность изучать химический состав астрономических объектов (например, находить воду в кометах)[6].
Ультрафиолетовая астрономия
Основная статья: Ультрафиолетовая астрономия
Ультрафиолетовая астрономия имеет дело с длинами волн примерно от 100 до 3200 Ǻ (10—320 нанометров)[7]. Свет на этих длинах волн поглощается атмосферой Земли, поэтому исследование этого диапазона выполняют из верхних слоев атмосферы или из космоса. Ультрафиолетовая астрономия лучше подходит для изучения горячих звёзд (классов O и B), поскольку основная часть излучения приходится именно на этот диапазон. Сюда относятся исследования голубых звезд в других галактиках и планетарных туманностей, остатков сверхновых, активных галактических ядер. Однако ультрафиолетовое излучение легко поглощается межзвёздной пылью, поэтому в результаты измерений следует вносить поправку на неё.
Радиоастрономия
Основная статья: Радиоастрономия
Сверхбольшой массив радиотелескопов (Very Large Array) в Сирокко, Нью-Мексико, США
Радиоастрономия — это исследование излучения с длиной волны, большей чем один миллиметр (примерно)[7]. Радиоастрономия отличается от большинства других видов астрономических наблюдений тем, что исследуемые радиоволны можно рассматривать именно как волны, а не как отдельные фотоны. Итак, можно измерить как амплитуду, так и фазу радиоволны, а для коротких волн это не так легко сделать[7].
Хотя некоторые радиоволны излучаются астрономическими объектами в виде теплового излучения, большинство радиоизлучения, наблюдаемого с Земли, является по происхождению синхротронным излучением, которое возникает, когда электроны движутся в магнитном поле[7]. Кроме того, некоторые спектральные линии образуются межзвездным газом, в частности спектральная линия нейтрального водорода длиной 21 см[7].
В радиодиапазоне наблюдается широкое разнообразие космических объектов, в частности сверхновые звезды, межзвездный газ, пульсары и активные ядра галактик[7].
Рентгеновская астрономия
Основная статья: Рентгеновская астрономия
Рентгеновская астрономия изучает астрономические объекты в рентгеновском диапазоне. Обычно объекты излучают рентгеновское излучение благодаря:
· синхротронному механизму (релятивистские электроны, движущиеся в магнитных полях)
· тепловое излучение от тонких слоёв газа, нагретых выше 107 K (10 миллионов кельвинов — так называемое тормозное излучение);
· тепловое излучение массивных газовых тел, нагретых свыше 107 K (так называемое излучение абсолютно чёрного тела)[7].
Поскольку рентгеновское излучение поглощается атмосферой Земли, рентгеновские наблюдения в основном выполняют из орбитальных станций, ракет или космических кораблей. К известным рентгеновским источникам в космосе относятся: рентгеновские двойные звезды, пульсары, остатки сверхновых, эллиптические галактики, скопления галактик, а также активные ядра галактик[7].
Гамма-астрономия
Основная статья: Гамма-астрономия
Гамма-астрономия — это исследование самого коротковолнового излучения астрономических объектов. Гамма-лучи могут наблюдаться непосредственно (такими спутниками, как Телескоп Комптон) или опосредованно (специализированными телескопами, которые называются атмосферные телескопы Черенкова). Эти телескопы фиксируют вспышки видимого света, образующиеся при поглощении гамма-лучей атмосферой Земли вследствие различных физических процессов вроде эффекта Комптона, а также черенковское излучение[8].
Большинство источников гамма-излучения — это гамма-всплески, которые излучают гамма-лучи всего от нескольких миллисекунд до тысячи секунд. Только 10 % источников гамма-излучения активны долгое время. Это, в частности, пульсары, нейтронные звезды и кандидаты в чёрные дыры в активных галактических ядрах[7].
|
|
|
