Доклад 3. Этапы развития астрономии. Связь астрономии с другими науками

Основные разделы астрономии

Астрономия - наука о Вселенной.

Предмет астрономии

Астрономия-

Астрономия изучает космические объекты, космические явления и космические процессы.

Астрономия изучает основные физические характеристики, происхождение, строение, состав, движение и эволюцию космических объектов. Космические объекты - это космические тела и обладающие определенной организацией системы космических тел. Под космическими телами мы будем понимать все рассматриваемые астрономией физические тела - структурные элементы Вселенной. В число основных типов космических объектов входят планетные тела (планеты и их спутники, астероиды, кометы, метеорные тела), звезды, туманности, космическая среда.

Космические тела, входящие в состав космических систем, обычно имеют общее происхождение, взаимосвязаны гравитационными и магнитными полями и перемещаются в пространстве как единое целое. В число основных типов космических систем входят планетные системы, звездные системы (двойные звезды, звездные скопления), галактики, Метагалактика и вся Вселенная. Системы космических тел обладают новыми качествами, не присущими каждому из отдельно взятых элементов этой системы: новые звезды образуются только внутри гигантских космических систем - галактик; жизнь может существовать лишь на поверхности тел, входящих в планетные системы отдельных звезд и т. д.

Космическими явлениями называются физические явления, возникающие при взаимодействии космических тел и протекании космических процессов. Примерами космических явлений можно назвать существование спутников у массивных космических тел, движение планет, солнечную активность и т.д.

Космические процессы представляют собой совокупность физических процессов, лежащих в основе возникновения, существования и развития космических объектов, основные этапы их эволюции. Они обусловливают главные физические характеристики космических объектов и их систем, а также возникновение и протекание космических явлений. Примерами космических процессов можно назвать образование, существование и эволюцию звезд, планет, галактик и всей Вселенной.

Классическая астрономия объединяет в себе ряд разделов астрономии, основы которых были разработаны задолго до начала ХХ века, но не потеряли своей теоретической и практической значимости до настоящего времени:

Астрометрия включает в себя сферическую астрономию, практическую астрономию и фундаментальную астрометрию.

Сферическая астрономия изучает положение, видимое и собственное движение космических тел и решает задачи, связанные с определением положений светил на небесной сфере, составлением звездных каталогов и карт, теоретическими основами счета времени.

Фундаментальная астрометрия ведет работу по определению фундаментальных астрономических постоянных и теоретическому обоснованию составления фундаментальных астрономических каталогов.

Практическая астрономия занимается определением времени и географических координат, обеспечивает Службу Времени, вычисление и составление календарей, географических и топографических карт; астрономические методы ориентации широко применяются в мореплавании, авиации и космонавтике.

Небесная механика исследует движение космических тел под действием сил тяготения. Исследование движения небесных объектов предусматривает установление общих закономерностей движения и определение для произвольного момента времени положения и скорости изучаемого объекта по отношению к избранной системе координат. Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел и их систем, служит теоретической основой космонавтики.

Современная астрономия включает в себя разделы: астрофизику, звездную статистику, космогонию и космологию.

Астрофизика изучает основные физические характеристики и свойства космических объектов (движение, строение, состав и т.д.), космических процессов и космических явлений, подразделяясь на многочисленные разделы: теоретическая астрофизика; практическая астрофизика; физика планет и их спутников (планетология и планетографии); физика Солнца; физика звезд; внегалактическая астрофизика и т. д.

Космогония изучает происхождение и развитие космических объектов и их систем.

Космология исследует происхождение, основные физические характеристики, свойства и эволюцию Вселенной. Теоретической основой ее являются современные физические теории и данные астрофизики и внегалактической астрономии.

Далее следует изложить материал об основных этапах развития астрономии и связи астрономии с другими науками. При этом учитель постоянно обращает внимание школьников на то, что астрономия возникла и развивалась на основе практических потребностей человека (применение астрономических знаний людьми раскрывается на примерах из разных эпох) и составляет существенную неотъемлемую часть мировой культуры.

Другим, более эффективным методом изложения данного материала может служить рассказ-беседа, в которой ученики принимают непосредственное участие: задают вопросы, просят разъяснить или изложить более подробно заинтересовавший их материал и даже комментируют рассказанное учителем.

Значение астрономии определяется важностью ее вклада в создание научной картины мира, так как астрономические знания лежат в основе системы представлений о наиболее общих законах строения и развития Вселенной. Уровень развития астрономии определяет основы мировосприятия широких масс населения в данную эпоху, формирует базовые идеи науки и особенности мировоззрения ученых.

Более 3,5 тысяч лет назад, в эпоху синкретичности науки и культуры, астрономия не выделялась в особую область познания. Мифологический характер осмысления окружающего мира обусловливался космической взаимосвязью всего сущего. "Земное" и "космическое" было нераздельно-слиянным.

Насущная практическая потребность в астрономических знаниях для определения времени и ориентации на местности, составления географических карт и календарей стимулировала развитие математики, особенно вычислительной, геометрии и тригонометрии. Изобретение угломерных приборов и создание собственного математического аппарата привело к выделению астрономии из общей суммы человеческих знаний об окружающем мире в отдельную, первую из естественных наук.

С эпохи образования государств Древнего мира до позднего Средневековья объекты астрономии предельно идеализируются и обособляются, противопоставлялось объектам земного мира, их характеристики и поведение не рассматриваются в рамках зарождающихся "земных" наук - физики, химии, географии. Астрономия вносит огромный вклад в их развитие (особенно географии), но сами естественные науки оказывают ничтожно малое влияние на развитие астрономии лишь через технологию создания астрономических инструментов.

Доклад 4 Первая революция в астрономии произошла в различных регионах мира в разное время в промежутке между 1,5 тыс. лет до н.э. и II век н.э. и была обусловлена прогрессом математических знаний. Главными ее достижениями стало создание сферической астрономии и астрометрии, универсальных точных календарей и геоцентрической теории, ставшей итогом развития астрономии античного мира и способствовавшей формированию формально-логического мышления и схоластического мировоззрения.

К началу XVI века прогресс научно-технических знаний сократил разрыв в степени развития астрономии и других естественных наук. Уровень знаний об окружающем мире стал выше уровня знаний почти не развивавшейся с начала нашей эры астрономии и перестал вписываться в прежние космологические рамки. Потребность приведения в единую систему всей суммы накопленных знаний вместе с первым мощным влиянием физики на астрономию - изобретением телескопа – привела к краху схоластического мышления и торжеству гелиоцентрической теории.

Доклад 5 Вторая революция в астрономии (XVI-XVII вв.) была обусловлена прогрессом знаний о природе, в первую очередь физических, и сама стимулировала первую революцию естественных наук в XVII-XVIII веках. Для науки того времени характерна теснейшая связь между астрономией и физикой. Все великие физики того времени были астрономами, и наоборот; законы и теории физики выводились и проверялись на основе результатов астрономических наблюдений. Астрономические явления и свойства небесных объектов объяснялись на основе физических знаний. В астрономии стало исследоваться не только видимое расположение, размеры и перемещение небесных светил, но и некоторые физические характеристики: движение, размеры и масса небесных тел. Установление единства законов природы для всей Вселенной, создание классической механики Ньютона и теории Всемирного тяготения уничтожило противопоставление между "земным" и "небесным" и сделало астрономию одной из естественных наук.

Важнейшими достижениями астрономии Нового времени стали: создание, объяснение и подтверждение гелиоцентрической теории, законов движения планетных тел, теории Всемирного тяготения, небесной механики, изобретение оптических телескопов, открытие новых планет, спутников, пояса астероидов, комет, метеороидов, изучение основных характеристик Солнечной системы и входящих в ее состав космических тел, звездных систем и туманностей, создание первых научных космогонических и космологических гипотез.

Эволюция астрономических знаний привела к возникновению и развитию некоторых философских учений: вульгарного (механического) материализма и объективного идеализма Канта и Гегеля.

В дальнейшем бурное развитие и растущая дифференциация естественно-математических наук привели к обособлению физики от астрономии, сопровождающемуся "потребительским" отношением к физике со стороны астрономов и недооценкой физиками роли астрономии в создании общей системы физических знаний.

Доклад 6 Создание новых методов астрономических наблюдений на основе новых физических открытий (спектроскопии, фотографии, фотометрии) и увеличение мощности астрономических инструментов привело к качественному скачку в знаниях о физической природе космических объектов и их систем, космических процессов и явлений и к возникновению нового, самого обширного и многообещающего раздела современной астрономии - астрофизике, а также космохимии. Исследования химического состава космических тел подтвердили материальное единство Вселенной. Был проведен ряд исследований и сделаны открытия, значительно расширившие знания о Вселенной: измерены межзвездные расстояния, открыта межзвездная среда, новые классы космических тел, установлены закономерности в физических характеристиках звезд, исследована структура Галактики. Однако астрономия оставалась в целом "статичной" наукой, изучавшей неизменную во времени Вселенную, отсутствовала генетическая связь между космическими объектами разного типа, верная интерпретация диаграммы Герцшпрунга-Рессела, теории важнейших космических процессов, ответы на вопросы космогонии и космологии. Астрономия была чисто "наблюдательной" и "оптической" наукой, исследовавшей космос лишь в узком диапазоне частот излучения видимого света. Астрономия довольно успешно применяла знания по классической физике, волновой оптике, термо- и электродинамике для объяснения новых открытий и создания инструментов, однако физики практически перестали использовать астрономические данные в своих работах. Возможно, это послужило одной из причин кризиса физики в конце XIX века и отразилось на развитии астрономии в начале ХХ века.

Теоретические основы новой революции в астрономии заложили создание общей теории относительности А. Эйнштейна и теория нестационарной Вселенной А.А. Фридмана. Возникновение и развитие радиофизики, электроники, кибернетики и космонавтики обеспечило ее практические (инструментальные) основы. Огромную роль сыграло создание новых методов исследования: теоретической и экспериментальной физики, современной математики и вычислительной техники (ЭВМ) и вовлечение в астрономию ученых других специализаций, в первую очередь физиков.

Третья революция в астрономии (50-70 гг. ХХ века) целиком обусловлена прогрессом физики и ее влиянием на технологию.

Астрономия стала всеволновой и всекорпускулярной: космические объекты наблюдаются во всем диапазоне электромагнитного излучения и испускания элементарных частиц.

Астрономия становится экспериментальной: средства космонавтики позволяют проводить прямое изучение космических тел, явлений и процессов.

Астрономия приобрела эволюционный характер: космические объекты исследуются на протяжении всей эволюции и во взаимосвязи между собой.

Основные достижения современной астрономии:

1. Объяснение эволюции звезд, основанное на создании их моделей и подтверждающееся данными наблюдений.
2. Исследование общей динамики галактик, объяснение структуры спиральных галактик, открытие активности галактических ядер и квазаров.
3. Установление структуры Метагалактики; достаточно полные представления о процессах во Вселенной в интервале 7-10 миллиардов лет от настоящего времени.
4. Подтверждение теории формирования звезд и планетных систем из газопылевых комплексов и теории нестационарной Вселенной.
5. Значительное расширение сведений о природе и физических характеристиках планетных тел Солнечной системы и Солнца, полученных в результате космических исследований.

Доклад 7 Астрономию и химию связывают вопросы исследования происхождения и распространенности химических элементов и их изотопов в космосе, химическая эволюция Вселенной. Возникшая на стыке астрономии, физики и химии наука космохимия тесно связана с астрофизикой, космогонией и космологией, изучает химический состав и дифференцированное внутреннее строение космических тел, влияние космических явлений и процессов на протекание химических реакций, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, сочетание и миграцию атомов при образовании вещества в космосе, эволюцию изотопного состава элементов. Большой интерес для химиков представляют исследования химических процессов, которые из-за их масштабов или сложности трудно или совсем невоспроизводимых в земных лабораториях (вещество в недрах планет, синтез сложных химических соединений в темных туманностях и т. д.).

Доклад 8 Астрономию, географию и геофизику связывает изучение Земли как одной из планет Солнечной системы, ее основных физических характеристик (фигуры, вращения, размеров, массы и т. д.) и влияния космических факторов на географию Земли: строение и состав земных недр и поверхности, рельеф и климат, периодические, сезонные и долговременные, местные и глобальные изменения в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли - магнитные бури, приливы, смена времен года, дрейф магнитных полей, потепления и ледниковые периоды и т. д., возникающие в результате воздействия космических явлений и процессов (солнечной активности, вращения Луны вокруг Земли, вращения Земли вокруг Солнца и др.); а также не потерявшие своего значения астрономические методы ориентации в пространстве и определения координат местности. Одной из новых наук стало космическое землеведение - совокупность инструментальных исследований Земли из космоса в целях научной и практической деятельности.

Доклад 9 Связь астрономии и биологии определяется их эволюционным характером. Астрономия изучает эволюцию космических объектов и их систем на всех уровнях организации неживой материи аналогично тому, как биология изучает эволюцию живой материи. Все космические объекты и их системы, подобно биологическим, эволюционируют с характерными для них шкалами времени. Эволюция неживой и живой материи идет "от простого к сложному", существование и развитие объектов обусловлено внутренними динамическими процессами; движущими факторами эволюции являются расширение Метагалактики (Вселенной) и гравитационная неустойчивость.

Все остальные естественные науки не являются эволюционными: действие фундаментальных законов физики извечно и не зависит от времени, необратимые процессы исследуются лишь в некоторых разделах физики (термодинамике); законы химии также обратимы и могут рассматриваться как описание физических взаимодействий электронных оболочек атомов; география и геология, в самом широком смысле, являются разделами астрономических наук планетологии и планетографии.

Эволюционный характер астрономии обеспечивает возможность классификации космических объектов и их систем по принципам науки типологии и исследование их в рамках системного подхода, с выявлением общего в объектах и явлениях, ограничения числа возможных вариантов структур и поведения систем, как одно из проявлений действия методологического принципа симметрии.

Взаимосвязь астрономии и биологии обусловлена взаимным влиянием эволюций неживой и живой природы. Астрономию и биологию связывают проблемы возникновения и существования жизни и разума на Земле и во Вселенной, проблемы земной и космической экологии и воздействия космических процессов и явлений на биосферу Земли:

1. Возникновение жизни на Земле подготовлено ходом эволюции неживой материи во Вселенной.
2. Существование жизни на Земле определяется постоянством действия космических факторов: мощностью и спектральным составом солнечного излучения, неизменностью основных характеристик орбиты Земли и ее осевого вращения, наличием магнитного поля и атмосферы планеты.
3. Развитие жизни на Земле во много обусловлено плавными незначительными изменениями в действии космических факторов, сильные изменения ведут к катастрофическим последствиям.
4. На определенном этапе своего развития жизнь становится фактором космического масштаба, оказывающим влияние на физико-химические характеристики планеты: состав и температуру атмосферы, гидросферы и верхних слоев литосферы.
5. В настоящее время деятельность человечества становится фактором космического масштаба, оказывающим воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу Земли и околоземное космическое пространство, а в перспективе - на всю Солнечную систему. Экологические проблемы начинают играть особую роль в существовании человечества; экология становится космической.
6. Разумная деятельность Сверхцивилизаций может оказывать влияние на эволюцию неживой и живой материи в масштабах Галактики и даже Метагалактики.

Вопросами, объяснение которых требует совместных усилий астрономов и биологов, являются:

1. Возникновение и существование жизни во Вселенной (экзобиология: происхождение, распространенность, условия существования и развития, пути эволюции).
2. Процессы, лежащие в основе космическо-земных связей.
3. Практические вопросы космонавтики (космическая биология и медицина), изучающих жизнедеятельность земных организмов в условиях космического пространства, влияние космических полетов на здоровье и работоспособность людей, разработку систем жизнеобеспечения управляемых космических аппаратов и т.д.
4. Космическая экология.
5. Возникновение и существование, пути развития внеземных цивилизаций (ВЦ), проблемы связи и контакта с внеземными цивилизациями.
6. Роль человека и человечества во Вселенной (возможность зависимости космической эволюции от биологической и социальной).

Растущая взаимосвязь астрономии с естественно-математическими науками обусловлена современными тенденциями в развитии познания окружающего мира: разрастанию и укреплению "межнаучных" связей и ликвидации монополизма на исключительно "свои" объекты науки с использование собственных специфических методов исследования.

	1 - гелиобиология 2 - ксенобиология 3 - космическая биология и медицина 4 - математическая география 5 - космохимия А - сферическая астрономия Б - астрометрия В - небесная механика Г - астрофизика Д - космология Е - космогония Ж - космофизика
Рис. 3. Связь астрономии и других естественных наук

Дата добавления: 2014-01-05