Тексти окремих параграфів підручника

Тема № 1. Предмет астрономії. Її розвиток і значення в житті суспільства. Короткий огляд об'єктів дослідження в астрономії.

§ 1. Астрономія — наука про Всесвіт

Вивчивши матеріал цього параграфа, Ви серед іншого зможете:

· назвати причини, що обумовили й стимулювали зародження і розвиток астрономії, імена видатних астрономів;

· описати головні віхи у розвитку астрономії;

· формулювати означення астрономії, як науки.

Ви звісно ж бачили зоряне небо! Одних воно зачаровує неймовірною красою, інших наштовхує на думку про таємниці, що приховані за мерехтливим сяйвом зір. Так було завжди — від сивої давнини і до сьогодні. Так буде й у подальшому, аж поки житиме людство й існуватиме наш Світ — величезний у просторі і часі Всесвіт, який ми намагаємось пізнати, зрозуміти і пристосувати для потреб людини силою власного інтелекту.

Мал. 1.1. Вигляд зоряного неба за 200 км від Києва, у місці, де відсутня сильна засвітка неба вуличними вогнями

Зазвичай у побуті під словом "Всесвіт" розуміють "все, що існує". Проте в астрономії термін Всесвіт означає не увесь матеріальний світ, а лише ту його частину, яка доступна нашим спостереженням.
Оскільки засоби астрономічних спостережень постійно розвиваються, то разом з цим може змінюватись й суть зазначеного терміну. Так, в силу певних теоретичних міркувань, про які ми говоритимемо пізніше, в астрономії розрізняють терміни Всесвіт, інший всесвіт (чи всесвіти), Мультиверсум (детальніше про це у §29). Природу Всесвіту, а також небесних тіл, тобто тих, які перебувають за межами Землі, у космічному просторі, вивчає наука астрономія (від грецьких слів: "астрон" — "зоря", "номос" — "закон"). Астрономія — наука про небесні тіла, про закони їхнього руху, будови і розвитку, а також про будову й розвиток Всесвіту в цілому.

1. Місце астрономії серед інших наук. Астрономія належить до числа фундаментальних наук. Це означає, що вона вивчає основні (фундаментальні) питання світобудови. Будь-яка фундаментальна наука здобуває нові знання, що у свою чергу призводить до появи нових напрямків практичної діяльності людей та суттєвих змін в технологіях і техніці. Особливо важливим є те, що астрономія має еволюційний характер, обумовлений еволюцією як окремих небесних тіл, так і Всесвіту в цілому. Еволюцію ми спостерігаємо на усіх рівнях: активні утворення на поверхні Сонця, тіла нашої планетної системи, туманності, зорі, галактики — всі ці об'єкти еволюціонують з характерним для них часом.
Колись, наприклад, у Всесвіті не було зір; не стане їх й у далекому майбутньому. Такий розвиток подій характерний для усіх небесних тіл і в цілому для нашого Всесвіту.

Це важливо!

Астрономія має еволюційний характер, обумовлений еволюцією як окремих небесних тіл, так і Всесвіту в цілому. Еволюцію ми спостерігаємо на усіх рівнях науки про небо.

Астрономія тісно пов'язана з деякими іншими фундаментальними науками. Зокрема в астрономічних дослідженнях широко використовують методи фізики, математики, хімії та інших суміжних наук. У наш час в астрономії також широко застосовують комп'ютерні технології. За допомогою потужніх комп'ютерів моделюють окремі астрономічні процеси (наприклад, еволюцію зір і зоряних систем) з метою визначення закономірностей, що проявляються в реальних об'єктах. Астрономія є споживачем нових технологій. Так, досягнення у галузі матеріалознавства, як і деяких інших прикладних наук, використовують під час будівництва нових телескопів наземного і космічного базування. У свою чергу астрономія, здобуваючи фундаментальні знання про довкілля, збагачує ці науки результатами досліджень речовини за таких фізичних умов (температура, тиск, магнітне поле), які неможливо відтворити в земних лабораторіях. Особливістю астрономії у порівнянні з іншими природничими науками є те, що вона — переважно спостережна наука, бо майже всі об'єкти її досліджень перебувають за межами земної атмосфери.
Очевидно, що фізичний чи хімічний експеримент можна у разі невдачі повторити абож у тому самому вигляді, як і в перший раз, чи навіть у сприятливіших умовах. Повторити ж астрономічне явище ми невзмозі, ми можемо повторити лише спостереження, якщо відбудеться нове астрономічне явище, яке буде точно відповідати першому.
Але таких явищ, строго кажучи, не буває: сонячне затемнення поточного року буде значною мірою не схожим на сонячне затемнення минулого року, плями на Сонці завтра будуть уже не ті, що були сьогодні, і навіть будь-яка з так званих "нерухомих" зір вже через кілька днів зміститься з свого сьогоднішнього місця. Тільки з початком космічної ери (1957 р.), завдяки космічним апаратам (КА), астрономи отримали змогу проводити дослідження та експерименти (як це роблять, наприклад, фізики чи хіміки) безпосередньо на поверхні деяких небесних тіл і в міжпланетному просторі.

Зверніть увагу!

Особливістю астрономії у порівнянні з іншими природничими науками є те, що вона — переважно спостережна наука, бо майже всі об'єкти її досліджень перебувають за межами земної атмосфери.

2. Поділ сучасної астрономії на окремі розділи.Астрономії вивчає різноманітні небесні тіла і явища. Ця обставина спонукала до поділу астрономії на низку окремих розділів.
Серед них чотири основних: 1) астрометрія вивчає положення небесних світил і форму та обертанння Землі, вирішує задачу вимірювання часу,
2) небесна механіка вивчає рух небесних тіл під дією сил тяжіння,
3) астрофізика досліджує походження, будову й розвиток небесних тіл, їхні фізичні властивості та хімічний склад,
4) космологія вивчає походження і розвиток Всесвіту в цілому.
У свою чергу кожний із цих розділів має окремі напрямки, як-от: фізика планет, фізика Сонця, зоряна астрономія, позагалактична астрономія, космогонія (походження небесних тіл) тощо.

Для додаткового вивчення

Таблиця 1

Сучасний поділ астрономії на окремі наукові дисципліни (розділи)

Назва	Час виникнення	Що вивчає
Астрометрія	Від початку астрономічних спостережень.	Астрометрія - найдавніший розділ астрономії. Вивчає положення на небі небесних тіл у певні моменти часу. Де і коли - головні питання на які шукає відповіді астрометрія.
Небесна механіка	ХVII ст.	Вивчає рухи небесних тіл та космічних апаратів під дією сил гравитації, а також атмосферного гальмування і тиску випромінювання. На основі закону всесвітнього тяжіння і законів руху Ньютона небесна механіка розробляє аналітичні теорії, спроможні пояснити і передбачити рухи небесних тіл.
Астрофізика	ХІХ ст.	Вивчає фізичну природу астрономічних об'єктів. Практична астрофізика пояснює електромагнітне випромінювання небесних тіл. Теоретична астрофізика інтерпретує ці спостереження в рамках математичних моделей, які будують на основі відомих законів фізики.
Зоряна астрономія	На межі ХVIIІ і ХІХ ст.	Вивчає власні рухи зір у Галактиці, а також їхній блиск, колір, спектри, просторовий розподіл тощо.
Космогонія	ХІХ ст.	Вивчає походження й еволюцію небесних тіл і їхніх систем.
Космологія	ХХ ст.	Вивчає будову й еволюцію Всесвіту як цілого.

3. Головні віхи розвитку астрономії. Перші астрономічні спостереження люди розпочали задовго до появи письмових історичних документів, а фіксувати астрономічні явища - в часи художників палеоліту. Можна (не без підстави) припустити, що відповідні мітки, вирізані на бивнях мамонтів 15 тис. років тому, були записами фаз Місяця.

Мал. 2.1. Зображення на бивні мамонта де зафіксовано фаз Місяця (знахідка з Гінцівської пізньопалеолітичної стоянки Лубенського району Полтавської області). Вік стоянки оцінюють приблизно в 13 тис. років до н.е.

З часом прийшло розуміння того, що знання зоряного неба допомагає облаштовувати земні справи: вдало ходити безмісячної ночі на полювання, впевнено висівати зерно у весняну землю, без остраху чекати розливу річки, плавати безмежним морем не боячись заблукати тощо. Окремі, розрізнені крихти знань про зоряне небо поступово складались в чітко вибудовані уявлення про Всесвіт в цілому. На цих уявленнях, які значною мірою були помилковими, зростала — відкидаючи на шляху свого розвитку хибні уявлення — одна з найперших наук людства — астрономія.
Було принаймні три причини, що обумовили й стимулювали зародження і розвиток астрономії. Перша — це практичні потреби людей; спершу мисливців і збирачів плодів, а згодом й хліборобів. Друга — астрологічні завбачення, що спонукали спостерігати зоряне небо, а відтак сприяли накопиченню астрономічних знань і розвитку астрономії. Третя — нестримне бажання людської думки проникнути в суть речей, усвідомити справжнє положення Землі й людини у Всесвіті, пізнати закони, за якими рухаються світила і які визначають їхнє народження, будову та подальший розвиток.
Вже кілька тисяч років тому людина виокремила світила, що рухаються сузір'ями серед "нерухомих" зір. Стародавні греки назвали їх планетами. Це були Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн. Цікаво, що в ті часи планетами вважали Сонце й Місяць, адже вони також здійснюють рух по небу. На підставі знань, отриманих зі спостережень цих світил, було розроблено перші календарі, а також виявлено періодичність сонячних та місячних затемнень.
З II ст. н.е. в науці міцно затвердилася геоцентрична система світу давньогрецького вченого Клавдія Птолемея (87—165 рр. н.е.). У своїй енциклопедичній праці "Мегасте синтаксис" ? "Найвеличніший твір", або на арабський манер — "Альмагест", він розвинув і довів до витонченої довершеності думку своїх попередників Піфагора (570—500 рр. до н.е.), Платона (427—347 рр. до н.е.), Аристотеля (384—322 рр. до н.е.) та інших про кулясту Землю в центрі Всесвіту, навколо якої рухаються всі небесні світила.
У геоцентричній картині світу тільки кулястість Землі і те, що Місяць рухається навколо неї, відображали істину. Знань того часу було недостатньо для того, щоб розібратися в справжній будові Всесвіту на великих відстанях від Землі. Але геоцентрична система Птолемея була опрацьована математично так ретельно, що задовольняла практичні (передобчислення положення планет) і світоглядні (будова світу) потреби Західної цивілізації впродовж майже півтори тисячі років.

Мал. 3.1. К. Птолемей (а) та геоцентрична система світу (б)

Лише у XVI ст. польський астроном Микола Коперник (1473—1543 рр.) у своїй праці "Про обертання небесних сфер" заявив про помилковість геоцентричної системи світу. Спираючись на погляди окремих давньогрецьких філософів, зокрема Філолая (V ст. до н.е.) та Аристарха Самоського (310-230 рр. до н.е.), він обґрунтував геліоцентричну систему світу, в основі якої лежить твердження про те, що в центрі нашої планетної системи міститься не Земля, а Сонце.

Мал. 4.1. М. Коперник (а) та геліоцентрична система світу (б)

Значний крок у розвитку уявлень про Всесвіт зробив послідовник вчення М. Коперника італієць Джордано Бруно (1548—1600). Наприкінці XVI ст. він виступив з твердженням про те, що Всесвіт нескінчений, а зорі — це далекі сонця. Вони заповнюють весь Всесвіт, навколо багатьох з них кружляють планети, а на деяких з планет може існувати розумне життя.
Італійський учений Галілео Галілей (1564—1642) на початку XVII ст. виконав перші телескопічні спостереження небесних світил. Він спостерігав гори на поверхні Місяця, фази Венери, темні плями на Сонці. Він також відкрив 4 супутники Юпітера, а Молочний Шлях у його телескоп розсипався на міріади дуже слабких зір. Тоді ж німецький астроном Йоган Кеплер (1571—1630) відкрив три закони руху планет навколо Сонця, а англієць Ісаак Ньютон (1643—1727) згодом довів, що ці закони є наслідком відкритого ним закону всесвітнього тяжіння.
1718 р. англійський астроном Едмонд Галлей (1656—1742) виявив власні рухи зір у космічному просторі. На той час вже стало зрозумілим, що зорі — це надзвичайно далекі розжарені тіла, подібні до Сонця. Тому виникло питання про можливий рух Сонця у просторі, який і було виявлено в 1783 р. англійським астрономом Вільямом Гершелем (1738—1822).
Довгий час численні спроби визначити відстані до зір залишалися невдалими. Лише в першій половині XIX ст. було виміряно відстані до найближчих із них. Найближчою до нас виявилася найяскравіша зоря у сузір'ї Кентавра. Її назвали Проксимою, що у перекладі означає "найближча". Але й вона, як з'ясувалося, перебуває в 270 000 разів далі від Землі, ніж Сонце.
На початку XX ст. остаточно було встановлено, що Всесвіт має острівну будову: мільярди зір утворюють окремі системи, ізольовані одна від одної, — галактики. В одній з таких зоряних систем — нашій Галактиці — досить далеко від її центра, міститься Сонце. Основну частину зір Галактики ми бачимо на зоряному небі як сріблясту смугу — Молочний Шлях. За межами нашої Галактики є величезна кількість інших галактик.
Німецький вчений Альберт Ейнштейн (1879—1955) на самому початку ХХ ст. створив загальну теорію відносності, що узагальнила теорію тяжіння І. Ньютона. Спираючись на теорію Ейнштейна, радянський математик Олександр Фрідман (1888—1925) у 20-х роках ХХ ст. створив моделі будови Всесвіту в цілому. Ці роботи започаткували сучасну наукову космологію.
Астрономічні знання від давніх часів культивувались й на сучасних українських землях. Підтвердженням цьому є залишки капищ-обсерваторій, окремих предметів, які викристовували для примітивних астрономічних спостережень. Українська народна астрономія.
У середньовічній Європі було відомим ім'я Юрія Дрогобича (Котермака), який стояв на чолі Болонського універстиету в той час, коли там навчавсь М. Коперник. Новий поштовх у розвитку астрономічних знань відбувсь від часу появи в Україні перших університетів, у складі яких функціонували астрономічні обсерваторії.
В астрономічному світі відомі імена українських астрономів М.П. Барабашова (1894—1971), який тривалий час очолював астрономічну обсерваторію Харківського університету і є піонером вивчення поверхні Місяця, С.К. Всехсвятського (1905—1984) — професора Київського університету, який зробив значний внесок у вивчення комет, С.Я. Брауде (1911—2002), під керівництвом якого організовано першу в Україні радіоастрономічну обсерваторію.

Мал. 5.1. Ю. Дрогобич (а), М.П. Барабашов (б), С.К. Всехсвятський (в), С.Я. Брауде (г)

В цілому ж Україна є великою астрономічною державою, у якій діють відомі астрономічні установи та працюють наукові колективи.
Особливо бурхливо астрономія почала розвиватись у другій половині XX ст. Це пов'язано зі створенням нових потужних наземних телескопів та винесенням астрономічних приладів у космос. У 1995 р. було відкрито першу екзопланету (планету поблизу іншої зорі), а у 1998 р. встановлено, що наш Всесвіт розширюється з прискоренням і видима нами речовина становить заледве 4 % від його загальної маси.
Отже, до сьогодні астрономія отримала обґрунтовані дані про фізичні властивості, будову та розвиток різних небесних тіл та їх систем — від окремих зір і планет до Всесвіту в цілому і разом з тим підтвердила — попереду ще безліч небесних таємниць.

4. Астрономія і світогляд.Дослідження Всесвіту належать до магістрального напрямку науково-технічного прогресу, а їх значимість для людства в цілому неухильно зростає. Астрономія, як відомо, наука фундаментальна. Проте впродовж всієї історії вона сприяє вирішенню практичних потреб людини. Щоправда, окремі практичні питання зараз вирішують вже без допомоги астрономії, як то: визначення часу, орієнтація у просторі тощо.
Але можна навести нові приклади того, як астрономічні дослідження стимулюють сучасні технологічні й технічні розробки. Так, вивчаючи Сонце, астрономи виявили новий, невідомий до цього четвертий стан речовини — плазму — газову суміш з атомів, що втратили частину електронів — іонів, вільних електронів і деякого числа нейтральних атомів. Виявилося, що плазма широко поширена у Всесвіті: вона є в атмосферах планет Сонячної системи, у кометних хвостах і в міжзоряному просторі. А сьогодні плазма служить людині. Створено плазмові пальники для зварювання різноманітних виробів, плазмові двигуни для космічних апаратів, плазмові магнітогідродинамічні генератори для прямого перетворення теплової енергії в електричну...
Завдяки астрономії сьогодні Всесвіт фактично перетворився на величезну наукову лабораторію, в якій відпрацьовуються технологічні і технічні рішення на благо людини.
Водночас, як наголошував астрофізик І.С. Шкловський,: "...астрономія завжди посідала абсолютно особливе місце в "інтелектуальній історії" людства. Хоча значення астрономічних знань для суспільної практики за всіх часів було дуже велике (згадаймо усі світові календарі, способи навігації тощо) головне значення астрономії полягало в тому, що вона насамперед визначала основи світогляду різних епох і народів".

Понад 4000 років тому зародиласьастрологія (від грец. "астрон" — "зоря", "логос" — "слово") — необґрунтоване з позицій сучасної науки намагання за положенням планет на небі передбачати хід подій на землі: погоду та урожай, мир чи війну для держави, долю правителя, а згодом — і кожної людини.
Астрологія була тісно пов'язана з астральними культами. В елліністичну епоху стали складати гороскопи, за якими начебто можна було завбачити долю людини згідно положень небесних світил у момент її народження.
З моменту свого зародження і до сьогодні астрологія — псевдонаука, оскільки ґрунтується на бездоказових фактах (вигадках) і не володіє науковими методами пізнання природи і людини. Проте варто зауважити: для складання гороскопів треба було знати положення світил, і це змушувало астрологів спостерігати за планетами і зорями, а отже, накопичувати астрономічні знання. Окремі відомі астрономи минулих часів (наприклад, І. Кеплер) в силу тих чи інших обставин приділяли певну увагу астрології. Хоча в міру накопичення знань про природу Всесвіту і психологію людини була визнана ненауковість астрології, й у наш час є люди, які вірять в астрологічні завбачення.

Зверніть увагу!
Відіграючи величезну роль у пізнанні фундаментальних знань про Всесвіт, а відтак і розвитку земної технології, астрономія мала і має вирішальне значення для формування світогляду як окремої людини, так і людства в цілому.

Очевидно також, що астрономічна наука, будучи складовою науки в цілому, як форми суспільної свідомості, є частиною загальнолюдської культури. Адже астрономічні знання впродовж всієї історії нашої цивілізації впливали, а деякі їхні елементи проникали й у інші форми суспільної свідомості: філософію, релігію, мистецтво й естетику. У цьому зв'язку згадаймо, що астрономія в Стародавній Греції належала до мистецтва і мала свою музу — Уранію. Фактично вся історія людства пройшла рука об руку з астрономією, яка сьогодні є органічною, нерозривною частиною загальнолюдської культури.

ВИСНОВКИ: Всесвіт — це навколишній макросвіт, доступний нам для вивчення: небесні тіла, їх системи, космічний простір і все те, що його заповнює: газ, електромагнітні та гравітаційні поля, випромінювання тощо. Вивчає Всесвіт фундаментальна наука астрономія. Астрономія (від грецьких слів: "астрон" — "зоря", "номос" — "закон") — наука про небесні тіла, про закони їхнього руху, будови й розвитку, а також про будову й розвиток Всесвіту в цілому.

Запитання для самоперевірки
Початковий рівень
1. Що вивчає астрономія?
2. Що означає слово "астрономія"?
3. Чи є спостереження основою астрономії?
4. Чи існує поділ астрономії на окремі розділи?
5. Що таке астрологія?
Середній рівень
1. Поясніть, чим саме астрономія відрізняється від інших природничих наук.
2. Назвіть кілька розділів, на які поділено сучасну астрономію.
3. Поясніть, у чому вбачали спорідненість між Сонцем, Місяцем та планетами в давні часи.
4. Поясніть, що вдалося зробити грецькому вченому Клавдію Птолемею.
5. Наведіть приклад використання астрономічних знань у житті людини.
Достатній рівень
1. Сформулюйте означення астрономії як науки.
2. Проаналізуйте причини, що обумовили і стимулювали зародження і розвиток астрономії.
3. Поясніть, які чинники спонукали появі геоцентричної моделі світу.
4. Назвіть імена українських астрономів та наведіть приклад їх внеску в астрономію
5. Поясніть тезу про те, що астрономія завжди посідала чільне місце в духовному житті людства.
Високий рівень
1. Поясніть, чому астрономія суттєво відрізняється від інших природничих наук.
2. Чому, на Вашу думку, астрологія на є наукою?
3. Поясніть, як астрономічні знання використовують у повсякденному житті людини.
4. Оцініть роль і значення астрономії у формуванні наукової картини світу.
5. Обґрунтуйте взаємозв'язок астрономічних знань і культури.

За результатами вивчення §1 Ви маєте:
назвати чотири основних розділи астрономії;
три причини, що обумовили й стимулювали зародження і розвиток астрономії;
не менше п'яти імен видатних астрономів.
навести приклади зв'язку астрономії з іншими науками;
внеску видатних вчених світу та України в астрономічну науку;
використання астрономічних знань в життєдіяльності людини.
характеризувати астрономію, як спостережну науку.
описати головні віхи у розвитку астрономії.
пояснити значення астрономії у формуванні світогляду людини.
формулюватиозначення астрономії, як науки.
обґрунтовуватипрактичне значення астрономії.
виносити судженняпро хибність та ненауковість астрології.