Космические процессы это кратко
Обновлено: 02.07.2024
Понятийный аппарат школьной астрономии: космические объекты, процессы и явления
Понятийный аппарат астрономии обладает своей классификацией - системой соподчинения понятий (классов объектов), используемой как средство для установления связей между ними и выражающей систему законов, присущих отображенным в ней объектам Вселенной.
В числе основных групп астрономических понятий мы выделяем объекты познания науки: космические объекты (космические тела и системы), космические процессы и космические явления.
Космические объекты могут рассматриваться как системы определенным образом организованных взаимосвязанных вещественных тел и полевых элементов.
Космические тела - физические тела, рассматриваемые в рамках понятийного аппарата науки астрономии как структурные единицы (элементы) Вселенной; в ряде случаев возможна упрощенная геометрическая интерпретация космических тел как ограниченных участков пространства вместе с их границами.
Системы космических тел - некоторые количества (множества) находящихся в определенных отношениях, физически взаимосвязанных космических тел, образующих некую качественно отличную от составляющих их элементов структуру.
Космические объекты классифицируются по существенным признакам, в качестве которых выступают их фундаментальные физические характеристики (масса, размеры и т.д.), структура и характер физических процессов, обеспечивающих их возникновение, существование и развитие.
В основе классификации лежат принципы таксономии и основные методы типологии и систематики. В них выделяются иерархические категории понятий, которые мы с некоторыми оговорками будем далее использовать для классификации астрономических понятий: вид => группа => класс => тип.
В качестве основной структурной и классификационной единицы в системах объектов астрономических исследований мы выделяем некоторую совокупность отдельных объектов, обладающих рядом общих существенных признаков по фундаментальным физическим характеристикам - группы космических тел.
Некоторое число групп космических тел, обладающих помимо единого общего признака (свойства), общностью структуры, строения и происхождения, объединяются в классы космических тел.
На основе единого, общего для ряда классов космических тел признака, определяющего все остальные физические свойства и характеристики, единый план строения, структуру, образование и эволюцию, а также характер космических процессов, лежащих в основе существования, выделяются типы космических тел.
Некоторое элементарно-эмпирическое "донаучное" разделение космических объектов на отдельные классы по их основным физическим характеристикам происходит при изучении соответствующего астрономического материала еще в начальной школе.
Выбор основания для классификации космических объектов, изучаемых в школьном курсе астрономии (физики и астрономии), затрудняется отсутствием единой классификации в "большой науке", возрастными особенностями мышления учащихся и недостатком у них соответствующих физико-математических знаний.
Пространственные характеристики (линейные размеры, объем и т.д.) космических тел неудобны для основ их классификации, поскольку несколько неопределенны (размыты) даже в пределах отдельных интуитивно выделяемых типов космических тел (так, размеры планет лежат в пределах от 10 4 до 10 6 м, а размеры звезд - от 10 4 до 10 8 м) и пригодны лишь в качестве второстепенного (дополнительного) признака каждого класса объектов.
Временные характеристики (продолжительность существования и т.д.) также могут быть лишь дополнительными признаками космических тел, и не могут быть основой их классификации, поскольку существенно различны даже внутри отдельных групп и классов объектов; в системах космических тел время существования отдельных объектов зависит от характера их взаимодействия.
Классификация космических тел по одной из их главных физических характеристик - типам и мерам фундаментальных взаимодействий - представляется нам наиболее удобной.
В курсе физики современной российской школы изучаются все 4 вида фундаментальных физических взаимодействий, однако сильное (ядерное) рассматривается в самых общих чертах лишь в XI классе, где о слабом взаимодействии по сути только упоминается; электромагнитное и гравитационное изучаются на протяжении ряда лет, причем не только в средней, но и в основной 9-летней школе.
Наиболее подробно и традиционно глубоко рассматривается гравитационное взаимодействие - единственное понятие, которое формируется в сознании учащихся в VII - IX классах в относительно полном и обобщенном виде, и связанный с ним комплекс физических процессов и явлений, описываемых в рамках исторически первой физической теории Всемирного тяготения.
В качестве основания для единой классификации космических тел по общему существенному признаку мы выделяем массу - фундаментальную физическую величину, меру гравитационных, инертных свойств и энергии материальных объектов, определяющую практически все физические свойства и характеристики космических тел, их структуру, строение, образование и развитие, "время жизни", характер космических процессов, лежащих в основе их существования и природу значительной части порождаемых ими космических явлений.
Мы выделяем следующие типы и классы космических тел: планетные тела (метеороиды, планетоиды, планеты); звезды (нормальные звезды и вырожденные звезды: белые карлики, нейтронные звезды); туманности (диффузные газопылевые туманности и галактические молекулярные облака); в особый класс космических тел выделяются черные дыры.
На границе значений масс разных классов космических тел происходит значительное изменение физических свойств объектов; на границе значений масс разных типов космических тел изменения приобретают характер качественного скачка. Последовательность классификации дополняется включением в нее отдельных "короткоживущих переходных звеньев" - классов и групп космических тел, являющихся продуктами, начальными или конечными этапами развития основных типов космических тел (протозвезды, планетезимали, волокнистые и планетарные туманности и т.д.).
Выделение отдельных групп космических тел внутри каждого класса может осуществляться на основе второстепенных, дополнительных к основному признаков: для туманностей - на основе понятий плотности и условий образования объекта; для планетных тел - по их размерам, форме, степени дифференцированности внутреннего строения и химическому составу; для звезд - по их светимости, температуре, спектру, плотности, размерам и т.д.
Понятия об энергетических характеристиках объектов, мерами которых выступают их светимость и температура (кинетическая и эффективная), могут, наравне с понятием массы, стать основанием для классификации космических тел в старшем звене средней общеобразовательной школы, особенно в физико-математических классах.
В качестве основания для единой классификации космических систем мы предлагаем уровень сложности их организации, определяемый богатством видового состава, численностью и характером взаимодействия космических тел, формирующих структуру данного объекта; в числе второстепенных признаков выступают масса и размеры объектов.
Мы выделяем следующие классы и группы космических систем: звездные системы (планетные системы; двойные звезды; кратные звезды); звездные скопления (звездные ассоциации; рассеянные и шаровые скопления; звездные комплексы); галактики (эллиптические, неправильные, линзовидные, спиральные и т.д.) и их скопления; Метагалактика; Мини-Вселенная; Вселенная.
Системы космических тел с низким уровнем организации выступают в качестве отдельных составных элементов систем космических тел с более высоким уровнем организации (так, планетные системы и двойные звезды входят в состав звездных скоплений, которые в свою очередь входят в состав галактик и т.д.). Предельной по степени общности и объему, обладающей структурностью на всех своих уровнях системой космических объектов выступает Метагалактика - доступная нашим наблюдениям часть Мини-Вселенной (Вселенной) - системы космических объектов (метагалактик) наивысшей масштабности и степени сложности организации материи.
Космические процессы - последовательные изменения или смены состояний (этапов) эволюции космических объектов (космических тел и их систем); физические процессы, обусловливающие возникновение, существование и эволюцию, основные физические характеристики космических объектов и их систем, и механизм возникновения и протекания космических явлений. Понятия, определяемые как "космические процессы", одновременно входят в понятийный аппарат двух наук - астрономии и физики - и могут классифицироваться по астрономическим и физическим теориям, наиболее полно и всесторонне объясняющим их природу; полное определение космических процессов дается через их описание.
В зависимости от глубины, масштабов и значимости космических процессов мы выделяем среди них:
1. Эволюцию космических объектов: возникновение, существование и развитие основных структурных элементов Вселенной - космических тел и их систем: планетных систем, звезд и галактик, описываемые в рамках соответствующих частных астрофизических и космогонических теорий (формирования планетных систем, звездообразования и т.д.).
2. Эволюцию Вселенной: возникновение и развитие Метагалактики, описываемое в космологической теории нестационарной Вселенной; эволюция материи, возникновение и развитие жизни и разума во Вселенной.
Формирование данных понятий высокой степени общности в средней школе требует глубокой физико-математической подготовки учащихся и широкого использования межпредметных связей с курсами всех естественно-математических наук, в первую очередь химии и биологии.
Космические явления - физические явления, возникающие в результате или обусловленные протеканием космических процессов и (или) взаимодействием космических объектов. Классифицируются по типу фундаментального физического взаимодействия, лежащего в основе данного явления.
Астрономические явления (или Космические явления) - это природные явления, формирующиеся за пределами нашей планеты, в космосе. И тем не менее они способны оказывать прямое воздействие на Землю.
Солнечные и лунные затмения Солнечные и лунные затмения - это космические явления, представляющее собой сокрытие Солнца или Луны от взора людей на Земле. Происходит это в случае затмения Солнца Луной (солнечное затмение) и в случае попадания Луны в конус тени от Земли (лунное затмение).
Солнечный ветер Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, излучаемый Солнцем в окружающее космическое пространство и движущийся на огромной скорости.
Вспышки на Солнце Солнечные вспышки - это взрывной процесс высвобождения огромного количества энергии и частиц Солнцем. Подобные вспышки оказывают влияние и на нашу планету, вызывая геомагнитные бури.
Геомагнитные бури Геомагнитной бурей называют возмущение магнитного поля Земли, что происходит под воздействием сильного потока частиц солнечного ветра.
Звездопад Метеорный поток (звездопад) - это вторжение в земную атмосферу роя метеорных тел. Сгорая в атмосфере, они даруют наблюдающим прекрасное по зрелищности астрономическое явление.
Метеоритный дождь Метеоритный дождь - это падение множества метеоритов на планету (когда они не сгорают в атмосфере, а достигают земной поверхности). Очень опасное астрономическое явление.
Падение метеорита Столкновение с земной поверхностью небольшого фрагмента астероида - это и есть астрономическое явление, называемое падением метеорита. Подобное изредка случается и особой опасности в себе не таит, ровно до тех пор, пока речь идёт о небольшом метеорите.
Парад планет Представляет собой интересное космическое явление, при котором некоторое количество планет оказывается в небольшом секторе по одну сторону от центральной звезды.
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 составкосмических 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 явленияминазываются 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.
Основные разделы астрономии
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.
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.
"Земное" и "космическое" тесно взаимосвязано; космические объекты, явления и процессы обусловливают или оказывают влияние на протекание процессов на поверхности Земли, на ее биосферу и человечество. Жизнь является закономерным этапом развития материи и фактором космического порядка. Законы классических наук - физики, химии, географии являются частными (предельными) случаями, следствиями действия законов более высокого порядка, действующими во Вселенной.
В настоящее время взаимоотношения между физикой и астрономией нормализовались. Обе науки вместе вышли на единый рубеж исследований. Появление новых методов исследований и инструментов (создание системы радиоинтерферометров космического масштаба, космических оптических телескопов, нейтринной астрономии, исследования Солнечной системы средствами космонавтики) определяется уровнем развития технологии и сопровождается резким удорожанием и возрастающей сложностью их проведения, требует координации усилий, сотрудничества ученых всего мира.
Астрономия использует физические знания для объяснения космических явлений и процессов, установления природы и основных характеристик и свойств космических объектов и их систем. Уровень современных физических знаний достаточен для объяснения большинства явлений и процессов в макро- и микромире, основанных на взаимодействиях атомных ядер, электронных оболочек атомов и квантов электромагнитного излучения (возникновение, состав, строение, энергетика, движение и эволюция, взаимодействие звезд, туманностей, планетных тел и их систем).
Физика использует данные астрономических наблюдений для корректировки известных физических законов и теорий; открытия новых физических явлений, процессов и закономерностей; экспериментального подтверждения законов и теорий; исследований принципиально невоспроизводимых или трудновоспроизводимых в земных лабораториях физических явлений, процессов и объектов (термоядерные реакции, поведение горячей плазмы в магнитном поле, эффекты релятивистской теории и т. д.).
Быстро развивается процесс интеграции физики и астрономии, объединенных в астрофизику. Предметами изучения в современной астрофизике и физике элементарных частиц стала область субъядерных взаимодействий, некоторые аспекты взрывов звезд, активности галактических ядер и квазаров, нейтронные звезды и черные дыры, проблема "скрытой массы", сингулярности и осцилляций Вселенной. Создается единый понятийный аппарат: астрофизические понятия, являясь понятиями астрономическими, в то же время могут рассматриваться как физические, отнесенные к космическим объектам, явлениям и процессам. Физика высоких энергий и космология совместно разрабатывают теорию Великого объединения, сводящую виды физических взаимодействий к единому началу и объясняющей антропный принцип и перспективы развития материального мира в целом.
Взаимодействие этих наук привело к коренному изменению многих прежних способов применения астрономических знаний. Необходимость в точном определении моментов и промежутков времени стимулировала развитие астрономии и физики: вплоть до середины ХХ века астрономические способы измерения, хранения времени и эталоны времени лежали в основе мировой Службы Времени. В настоящее время развитие физики привело к созданию более точных способов определения и эталонов времени, которые стали использоваться астрономами для исследования явлений, лежавших в основе прежних способов измерения времени.
До середины ХХ века основными способами определения географических координат местности, морской и сухопутной навигации были астрономические наблюдения. С появлением радиофизики и космонавтики, широким применением радиосвязи и навигационных спутников в астрономических методах отпала нужда, и сейчас вышеупомянутые разделы физики и технологии позволяют астрономам и географам уточнять фигуру и некоторые другие характеристики Земли.
Взаимодействие астрономии и физики продолжает оказывать влияние на развитие других наук, технологии, энергетики и различных отраслей народного хозяйства. Хрестоматийным примером стало создание и развитие космонавтики. Разрабатываются способы удержания плазмы в ограниченном объеме, концепция "бесстолкновительной" плазмы, МГД-генераторы, квантовые усилители излучения (мазеры) и т. д.
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.).
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.
В начале XX века научно-технический прогресс быстро набирал обороты , и параллельно с ним развивались разнообразные философские футурологические течения. Одним из таких направлений философской мысли стал космизм — стремление познать законы Вселенной , теорию ее возникновения и место человека в эволюции всемирного пространства. Взаимосвязи макрокосма и микрокосма легли в основу нового течения в искусстве , которое стремилось показать зрителю величие межзвездных пространств и красоту человеческой души.
Одним из идейных основателей русского космизма стал религиозный мыслитель-футуролог Николай Федоров ( 1829 — 1903). Главная концепция Федорова заключалась в том , что грядущее телесное воскрешение ушедших в мир иной , предреченное Христом осуществится с помощью научных достижений. А это , по мнению мыслителя , станет возможным только после мирового единения человечества , при торжестве разума и доброй воли. Те же , кто воскреснет из мертвых , не смогут все поместиться на Земле — отсюда и возникла идея освоения космического пространства , новых планет.
Читайте также: