Связь астрономии с физикой кратко

Обновлено: 06.07.2024

Далекие потомки наши! Знайте,
Что если вы живете во Вселенной,
Где каждая частица вещества
С другою слита жертвенной любовью,
Где человечеством преодолен
Закон необходимости и смерти –
То в этом мире есть и наша доля!

Физика и астрономия тесно связаны между собой. В течение многих веков астрономия была привязана к Земле.
Так, движение Луны вокруг Земли и падение тел на Землю происходят по одной и той же причине – силе тяготения. Одинаковы процессы, происходящие, например, в недрах Солнца и в ускорителях частиц, установленных на Земле. Развитие физики приводит к новым открытиям и в астрономии. В частности, изучить строение и состав звезд стало возможным благодаря использованию специальных физических методов исследования. Космические полеты стали реальными, когда научились рассчитывать траектории космических кораблей и создавать специальные материалы, обладающие необходимыми свойствами: прочностью, легкостью, жаростойкостью и т.п.

Так в 1576 г. датский король Фридрих II – усердный покровитель науки и искусств – назначил Тихо содержание для астрономических исследований с астрономической щедростью.
Венценосный "спонсор" отвел звездочету целый остров Вен в проливе Зунд для постройки дома и обсерватории, что обошлось королю в бочку золота. В добавление к ежегодному окладу в пользу Тихо отводились доходы от аренды острова местными крестьянами. Это был настоящий средневековый замок со шпилями, бойницами и даже тюрьмой, расположенной в подвале. (рис. 1). Тихо назвал его Ураниборгом (Небесным замком), а по-другому – "Дворцом Урании" (музы – покровительницы астрономии).

Стараясь вспомнить расположение звезд, человек мысленно объединял их в отдельные группы – созвездия. В те далекие времена в сознании людей знания о небе тесно переплетались с мифологией. В расположении звезд различные народы видели очертания того, что их окружало: всевозможных животных, рыб, птиц, предметов своего быта, а также героев легенд и сказаний. На рисунке 2 показана старинная звездная карта.

Рис.2. Старинная звездная карта

Постепенно человек все глубже познавал Вселенную. После великого открытия Н.Коперника (рис.3), предложившего гелиоцентрическую модель, непрерывно расширяются доступные для наблюдения пределы космического пространства. Передовые ученые разных стран продолжали делать выдающиеся открытия.

Рис.3. Николай Коперник

До середины XX века астрономы определяли размеры небесных тел и расстояния между ними, пользуясь телескопом и опираясь на физические законы. Они рассчитали, что от Земли до Солнца примерно 150 млн. км, и назвали эту величину астрономической единицей (а.е.). В а.е. принято измерять разные расстояния в Солнечной системе.
В таблице 1 приведены: среднее расстояние ro от Солнца до ближайших планет, выраженное в астрономических единицах, их период обращения Т и вторая космическая скорость ?2 на этих планетах.

Некоторые характеристики ближайших планет Солнечной системы

Сейчас более точные сведения получают с помощью радаров и космических аппаратов. А за пределами Солнечной системы астрономы измеряют расстояния световыми годами. Свет распространяется со скоростью 300.000 км/с, а значит, световой год – это примерно 10 млрд. км. Так как Млечный путь выглядит дисковидной спиралью, состоящей из множества вращающихся
вокруг его центра звезд, диаметр этого диска около 100.000 световых лет, а толщина в 100 раз меньше. От центра Галактики до Солнца около 33.000 световых лет, т.е. примерно две трети пути к краю диска. А наше Солнце совершает полный оборот вокруг центра своей Галактики за 226 млн. лет.
Для развития астрономии много сделано и делается в нашей стране. Еще в конце XVII века Петр I открыл в Москве в Сухаревской башне школу, где обучали астрономии. Затем в Петербурге открылась обсерватория при Академии наук. Для исследований строения звездного мира в 1839 году на Пулковских холмах под Петербургом, была построена крупнейшая обсерватория, названная астрономической столицей мира, куда приезжали учиться астрономы из Западной Европы и Америки. Наша астрономия занимает виднейшее место в мировой науке.

Рис.5. Ю.А. Гагарин первый в мире летчик-космонавт

ЧТО ИЗУЧАЕТ АСТРОНОМИЯ?

С древних времен и до наших дней астрономия изучает явления, происходящие с небесными телами и их системами. К небесным телам относятся звезды, планеты, в том числе и Земля, спутники планет, например Луна, кометы, метеориты. Системы звезд и их скопления представляют собой галактики. Наша Земля является одной из планет солнечной системы (рис.6), в которую входят и другие планеты с их спутниками.
Астрономия также изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосферах планет, в звездах и в других небесных телах.

Рис.6. Планеты солнечной системы

Астрономия не только раскрывает тайны глубин Вселенной, но и помогает людям в их практической деятельности: в составлении точных карт поверхности Земли, правильном определении курса кораблей и самолетов, Службе точного времени. На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Четыре десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн. Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере.

Современная астрономия включает в себя несколько разделов. Часть астрономии, изучающая происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos – вселенная и genos – происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят изменения.

Рис.9. Американские космонавты на поверхности Луны

В 1969 году американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из корабля на поверхность Луны, и один из них фотографировал другого, который и изображен на рисунке 9. Передвигались они по Луне на вездеходе (рис.10).

Рис.10. Лунный вездеход

Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны, они продолжаются: уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру (рис.11).

Рис.11. Межпланетная станция к Марсу

Изучение возможности высадки на Марсе – главная цель строящееся сейчас международной станции (рис.12). Следующими шагами человека в космосе станет создание лунных марсианских баз и обитаемых космических обсерваторий.

Рис.12. Международная космическая станция

Одна из важнейших задач космонавтики – создать целый комплекс приборов и электронно-вычислительных машин, с помощью которых космонавты могут сами ориентироваться по звездам, находит свое место в космическом пространстве и рассчитывать поправки своей траектории; определять скорость, ускорения и точное направление своего движения; быстро обрабатывать полученные показания. Таким образом, космонавтика, это небесная механика и кинематика тел в физическом поле тяготения, это спектральный анализ, это радиосвязь и лазерная связь, это термодинамика и двигатели, то есть это все разделы физики и химии.
Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

Оказалось, что там присутствуют те же элементы, что и на Земле.
Спектроскоп может разложить пучок света от звезды на его цветовые составляющие. На фотопластинке регистрируется спектр звезды, полученный после разложения света призмой.
Астрономы изучают спектры звезд, чтобы узнать, из каких химических элементов они состоят. Спектральный анализ позволяет определить и скорость, с которой движутся относительно нас звезды, туманности и галактики.
Измерения с помощью спектроскопа показали, что звезды образованы раскаленными газами, а планеты только отражают их свет. Одни туманности оказались разреженными газовыми облаками, другие – звездными скоплениями. А к 1900 г. благодаря спектроскопу астрономы стали астрофизиками, изучающими состав различных объектов Вселенной.
И в настоящее время бурное развитие получила астрофизика. Это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При изучении этой части широко используют физические законы, поэтому она и получила такое название.
Теория относительности Эйнштейна подтвердилось во время солнечного затмения в 1919 году. Из нее следует, что Вселенная расширяется и это доказано наблюдениями астрономов, прежде всего Эдвина Хаббла (1889 – 1953) (рис. 14). Космические аппараты сделали снимки планет Солнечной системы, а новейшие телескопы позволили заглянуть в самые глубины Вселенной. Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например, в глубинах нашего Солнца. Появление нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Физика тесно связана со многими естественными науками.
Физика и астрономия тесно связаны между собой. В течение многих веков астрономия была привязана к Земле.
Так, движение Луны вокруг Земли и падение тел на Землю происходят по одной и той же причине – силе тяготения. Одинаковы процессы, происходящие, например, в недрах Солнца и в ускорителях частиц, установленных на Земле. Развитие физики приводит к новым открытиям и в астрономии. В частности, изучить строение и состав звезд стало возможным благодаря использованию специальных физических методов исследования. Космические полеты стали реальными, когда научились рассчитывать траектории космических кораблей и создавать специальные материалы, обладающие необходимыми свойствами: прочностью, легкостью, жаростойкостью и т. п.

Что на астрономии, что на физике ты будешь решать задачи, причем структура решения задач так ОДИН В ОДИН. (дано/решение). В этом главная схожесть этих предметов, как по мне

Ведущим разделом современной астрономии является астрофизика. Астрофизика — это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При этом широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название

Связь физики с астрономией

Астрономия изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосфере планет, в звездах и других небесных телах. Ведущим разделом современной астрономии является астрофизика.

Астрофизика — это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При этом широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название. Так, с одной стороны, астрофизика занимается разработкой и применением физических методов исследования небесных тел, а с другой — на основании законов физики дает объяснение наблюдаемым во Вселенной явлениям и процессам. Кроме того, астрофизика является важным стимулом для развития современной теоретической физики. Например, вопрос об атомной энергии начал разрабатываться на основе данных об энергетической светимости Солнца и звезд.

Наконец, астрономические наблюдения позволяют изучать поведение вещества в таких условиях, которые искусственным путем в земных условиях неосуществимы. С этой точки зрения Вселенную можно рассматривать как неповторимую и неисчерпаемую природную физическую лабораторию. Например, большинство так называемых элементарных частиц было открыто в космосе. Средняя энергия частиц первичного космического излучения (на верхней границе атмосферы) составляет около 104 МэВ. Отдельные частицы обладают энергией порядка 1012 МэВ, т. е. космические лучи являются источником частиц сверхвысоких энергий, еще не достигнутых в лабораторных условиях. При взаимодействии таких частиц с веществом происходят принципиально новые ядерные реакции, изучение которых углубляет наши знания о свойствах ядер и элементарных частиц.

Космос — это природная физическая лаборатория. В ней интенсивно происходят явления, невозможные в земных условиях (например, нагревание тел до миллионов градусов). В космосе есть небесные тела, подобные Земле, какой она была миллионы лет тому назад или какой она станет в далеком будущем. Поэтому, изучая космос, человек углубляет свои знания о Земле, в том числе и о самом себе.

Земля — это мизерная часть Вселенной. На процессы, протекающие в земной атмосфере, и на жизнедеятельность всех организмов на Земле существенное влияние оказывают другие планеты, а также Солнце и Луна. Это тоже объекты изучения астрофизики — науки, раскрывающей двери перед человечеством в огромнейший, удиви тельный и прекрасный мир звезд, комет, туманностей и галактик, определившей пространственные и временные масштабы этого динамического и сложного мира.

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos — Вселенная и genos — происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят физические изменения и процессы.

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Значительно увеличила возможности изучения Земли и других небесных тел космонавтика (от греч. kosmos + pautike — корабле вождение) — наука о полетах в космическое пространство; совокупность отраслей науки и техники, которые проводят исследования и освоение космического пространства для нужд людей с использованием космических летательных аппаратов. Космонавтика решает следующие проблемы: расчет траектории, конструирование космических ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых комплексов, систем связи и информации, создание бортовых систем обеспечения жизнедеятельности человеческого организма в условиях космического полета.

12 апреля 1961 г. с первым в мире космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным (1934 – 1968) на борту открыл век космических полетов.

В 1969 г. американские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из космического корабля на поверхность Луны. Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны. Уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру. Обсуждается идея совместной экспедиции отечественных и американских астронавтов к планете Марс.

Единство законов природы для земных и космических явлений тесно связывает физику и астрономию. Так, движение планет вокруг Солнца и падение тел на землю происходит под действием одной и той же силы — силы тяготения (гравитационной). Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

Развитие астрономии, в частности астрофизики и космонавтики, способствует развитию физики. Вселенная для ученых представляет собой огромную физическую лабораторию. Вещество в ней находится нередко в таких состояниях, которые нельзя получить в земных условиях. Многие физические открытия были сделаны при анализе явлений в космосе. Так, инертный газ гелий (от греч. helios — Солнце) был открыт при исследовании солнечного света, а затем его обнаружили в атмосфере Земли.

На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно, сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ей атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

В течение многих веков астрономия была привязана к Земле. Так, движение Луны вокруг Земли и падение тел на Землю происходят по одной и той же причине – силе тяготения. Одинаковы процессы, происходящие, например, в недрах Солнца и в ускорителях частиц, установленных на Земле. Развитие физики приводит к новым открытиям и в астрономии. В частности, изучить строение и состав звезд стало возможным благодаря использованию специальных физических методов исследования. Космические полеты стали реальными, когда научились рассчитывать траектории космических кораблей и создавать специальные материалы, обладающие необходимыми свойствами: прочностью, легкостью, жаростойкостью и т. п. Р. Фейнман писал: «Астрономия старше физики. Фактически физика и возникла из неё, когда астрономия заметила поразительную простоту движения звёзд и планет, объяснение этой простоты и стало началом физики. Но самым выдающимся открытием астрономии было открытие того, что звёзды состоят из таких же атомов, что и Земля.

Физика изучает общие законы природы, и поэтому многие естественные науки тесно связаны с физикой. В частности, существуют такие смежные разделы этой науки, как биофизика, геофизика, физическая химия и другие. Но особенно тесно связана с физикой астрономия.

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Основоположником космонавтики является выдающийся отечественный ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857 – 1935), который теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи ракет. На практике это осуществил академик Сергей Павлович Королев (1906 –1966). Начало практической космонавтике было положено 4 октября 1957 г., когда в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Вскоре после этого, в 1959 г., были запущены отечественные межпланетные автоматические станции для исследования Луны и получены фотографии ее обратной, не видимой с Земли, стороны.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в её атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Близость этих наук нашла непосредственное отражение в деятельности многих ученых. Галилео Галилей и Исаак Ньютон известны своими работами и по физике, и по астрономии. Сформулированный Ньютоном в 1666 г. закон всемирного тяготения открыл возможность применения математических методов для изучения движения планет и других тел Солнечной системы. Постоянное совершенствование способов расчета на основе этого закона в XVIII в. вывело эту часть астрономии — небесную механику — на первый план среди других наук той эпохи.

Это интересно.

Все планеты солнечной системы могли бы поместиться внутри планеты Юпитер.

Физика и астрономия — древнейшие науки о природе. Достопримечательности человеческой культуры, найденные в различных уголках земного шара, являются свидетельствами древнего интереса человека к природным явлениям. Наблюдать за природными явлениями заставляли человека жизненные потребности, а также известная каждому из нас любознательность. Особенно людей привлекало звездное небо, которое и до сих пор остается таинственным и неизведанным.

В этой статье мы рассмотрим теоретические и прикладные результаты объяснения механических процессов в природе и технике. Для объяснения многих явлений нужно будет проявить математическую компетентность — применить знания по алгебре и геометрии для объяснения физических процессов!

Возникновение естественных наук

Развитие математики, географии, физики, химии, а также других наук, если не прямо, то косвенно было связан с успехами и запросами астрономии в исследовании небесных тел.

Развитие физики и астрономии

Принцип инерции, открытый Галилео Галилеем, закон всемирного тяготения Исаака Ньютона и общая теория относительности Альберта Эйнштейна — все эти открытия были подтверждены в дальнейшем на основании астрономических данных.

Влияние физики на технический прогресс

Начало XXI в. сопровождается огромным прорывом в области информационных технологий, спутниковой связи, нанотехнологий. Но основой любой области техники и технологий есть законы физики. Астрономия тесно связана с другими фундаментальными и естественными науками.

В астрономических исследованиях применяют все фундаментальные законы физики, широко используют методы физики, математики, химии и других смежных наук. Особенностью астрономии по сравнению с другими естественными науками является то, что она — преимущественно наблюдательный наука. Ее еще можно назвать и потребителем физических достижений и компьютерных технологий. В то же время астрономия — прогрессивная наука, которая обогащает физику и химию результатам исследований вещества при таких физических условиях (температура, давление, магнитное поле и т.п.), которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях.

Заключение

Мировоззренческий потенциал естественных наук огромен. Физика и астрономия — это не просто результат кропотливой и пытливой труда ученых, но и большое достояние человеческой цивилизации, важная составляющая культуры человечества. Прежде всего физика дает систематизированную информацию об окружающем мире вместе с умением получать такую информацию. Поэтому ее методы и теории широко используют другие естественные науки, и больше всего — астрономия.

Читайте также: