Какими способами изучают вселенную кратко

Обновлено: 01.07.2024

Основные методы изучения Вселенной с давних пор и до настоящего времени базируются на знании и использовании основных свойств электромагнитных волн - интерференции, дифракции, дисперсии, отражении, поглощении, преломлении, свободном прохождении, так как эти свойства в сильной степени зависят от свойств взаимодействующей с ними среды.

Те длины волн, от которых нас заботливо защищают многочисленные оболочки Земли, являются, как правило, опасными для человека (или пока опасными). Поэтому при возбуждении этих волн искусственным путем и использовании их самим человеком следует быть предельно осторожными.

По мере развития науки и техники совершенствовались методы изучения Вселенной, в частности, был разработан метод спектрального анализа. С выходом человека и созданных им приборов за пределы плотной земной атмосферы, непроницаемой для многих длин волн, осваивались новые диапазоны, например, инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазон.

Метод спектрального анализа основан, как известно, на зависимости интенсивности излучения (поглощения) от длины волны. Из особенностей спектра, например, звезды извлекают информацию об ее свойствах, поскольку спектральные линии своим происхождением обязаны процессам испускания и поглощения волн той или иной длины отдельными атомами. О параметрах звездной атмосферы и вращении звезды рассказывает форма и ширина спектральных линий. По ним определяют температуру, ускорение силы тяжести, давление газа в атмосфере звезды и ее химический состав.

Следует напомнить, что ультрафиолетовое излучение способствует мутациям живых организмов. Поэтому, возможно, оно ионизирует (изменяет форму, строение) не только частиц межзвездного вещества, но и клетки живого организма.

Рентгеновские наблюдения - это наблюдения на волнах оченьмалой длины, но с большой энергией квантов. Рентгеновские лучи свободно проходят через слои бумаги, картона, дерева и даже через тонкие листы металла, но свинец для них труднопреодолим (видимо потому, что из-за большой плотности расстояния между образующими его элементами слишком малы даже для столь коротких длин волн). Рентгеновские лучи используются при изучении кристаллов (межатомные расстояния в кристаллах близки к длинам волн рентгеновских лучей). Рентгеновское излучение Солнца почти полностью экранируется земной атмосферой. Мощными источниками рентгеновского излучения являются ядра галактик с признаками высокой активности, квазары и разреженный горячий газ, заполняющий межзвездное пространство

Гамма наблюдения - это наблюдения на волнах с еще большей энергией квантов и еще более коротких, чем рентгеновские (стотысячные доли микрометра и даже меньше). Если видимые световые лучи порождаются атомами, то гамма-лучи порождаются в основном атомными ядрами. Они из-за очень малой длины волны гораздо больше похожи по поведению на поток частиц, чем на волны. Поэтому их, как правило, характеризуют не длиной волны, а энергией квантов. Источниками гамма-излучения служат частицы очень горячего (миллиарды градусов) газа или заряженные частицы, разогнавшиеся до невероятно больших скоростей в природных ускорителях. Гамма-лучи на поверхности Земли уловить невозможно — мешает атмосфера, которая является для них прочной броней. Однако отдельные гамма-кванты регистрируются специальными приборами. Самым близким источником гамма-лучей является Солнце при мощных солнечных вспышках. Далекими — активные ядра галактик и квазары.

Радиолокационная астрономия исследует тела Солнечной системы по отраженным радиосигналам. Радиолокация Меркурия показала, например, что он отнюдь не обращен к Солнцу одной стороной, как считали раньше, а медленно поворачивается, совершая три оборота вокруг своей оси за два меркурианских года.

С помощью электромагнитных волн были открыты квазары, пульсары, межзвездные мазеры, реликтовое радиоизлучение, обнаружены взрывы новых звезд, столкновения целых звездных систем — галактик и многое другое. Электромагнитные волны, как известно, излучает любое нагретое тело. Чем выше температура, тем более короткие волны преобладают в его спектре. При температуре 6000К максимум излучения приходится на оптический диапазон. Звезда, более горячая, чем Солнце, излучает большую часть энергии в ультрафиолетовом диапазоне. Менее горячая — в инфракрасном. Для того, чтобы спектр имел максимум излучения в сантиметровом диапазоне волн, температура источника должна быть всего 3К (-270 0С). Самые короткие из изученных волн - это гамма-лучи, которые, как было сказано, по своим свойствам больше похожи на частицы. Это можно объяснить тем, что они столь малы, что для них прозрачно почти любое известное вещество и поэтому они являются, скорее, свободными, а не бегущими (взаимодействующими) волнами. Но вполне возможно, что существуют еще меньшие частицы-волны, которые почти не взаимодействуют ни с одним из веществ на изученном сегодня уровне.

Будучи одой из самых древних и увлекательных наук, астрономия позволяет человечеству познать космическое пространство. Ученые-астрономы изучают небесные тела Вселенной, причем не только их настоящее, но и далекое прошлое. А полученные знания дают возможность создать научное представление о будущем окружающего макромира.

План урока:

Что такое астрономия

Астрономия изучает как Вселенную в целом, так и ее объекты по отдельности. Это звезды, кометы, планеты, созвездия, галактики и т.д. Кроме этого ученые-астрономы посвящают свое время изучению черных дыр, туманности, системе небесных координат.

Связь астрономии с другими науками

Прослеживается тесная связь астрономи с другими науками. Математика, физика, химия, география, биология, механика, радиоэлектроника – это только часть наук, без которых не обходятся современные ученые-астрономы. Знания, полученные в процессе изучения этих предметов, обязательно облегчат и овладение астрономией как предметом.

Для осуществления астрономических исследований, расчета координат, траекторий небесных тел, необходимо владеть математическими, географическими знаниями. Знания химии нужны для определения химического состава небесных светил, объяснения химических процессов, происходящих в космическом пространстве. Не обойтись без физики, которая поможет разобраться в физических процессах, которые осуществляются на звездах, а также изучить форму небесных светил. Исследовать значение и происхождение названий созвездий, звезд, планет поможет лингвистика. Научиться пользоваться телескопом, изучить его строение и производить исследования в космосе поможет радиоэлектроника, механика. Как влияет солнечный свет на все живое на планете, объясняет биология. История перенесет нас в далекое прошлое и поможет разобраться в происхождении небесных тел, познакомит с древними астрономами.

Вселенная и ее масштабы

Современная наука доказала, что Вселенная имеет свои границы. Ученые измеряют ее размер световыми годами и насчитывают их около 45.7 миллиардов. Если представить, что один световой год равен 10 триллионам километров, то попробуйте представить себе масштабы Вселенной.

Какие тела заполняют Вселенную

Вселенную наполняют различные небесные тела. Их еще называют космическими телами Вселенной. Среди них выделяют:

астероиды.
кометы;
метеороиды;
звезды;
планеты;

Размеры небесных тел вселенского пространства могут быть как микроскопическими, так и гигантскими. Метеориты, астероиды и кометы относятся к малым телам Вселенной. Ученые продолжают изучать небесные тела и открыли самое большое тело во Вселенной. Им стала звезда UY Scuti. Ее радиус в 1700 раз превышает радиус Солнца.

Познакомимся поближе с небесными телами и определим их характеристики.

Астероиды – это глыбы из камня, которые образуют астероидный пояс. Он находится между орбитами Юпитера и Марса. Форма у астероидов неправильная, диаметр тел начинается от 30 метров и может достигать десятки километров. На данный момент ученые открыли более 97 853 768 этих малых космических тел Вселенной. Движение астероидов происходит по орбите вокруг Солнца.

Кометы – состоят из твердого ядра. Приближаясь к Солнцу, ядро начинает нагреваться и происходит испарение веществ, из которых оно состоит. В результате этого происходит образование газовой оболочки, а потом возникает хвост. По мере удаления от Солнца хвост и оболочка исчезают. Изредка кометы можно наблюдать невооруженным взглядом. Последней кометой, которая за последние 7 лет четко просматривалась на ночном небе, была C/2020 F3 NEOWISE. Это произошло в июле 2020 года. В основном же эти небесные тела ученые изучают с помощью телескопа.

Метеороиды – твердые небесные тела, размер которых больше атома, но меньше астероида. Они могут быть как первичными объектами, так и представлять собой фрагменты космических объектов, причем не только астероидов. Небесные тела, попавшие в атмосферу, называют метеорами. К ним относят осколки комет или астероидов.

Часть метеороида, достигшая земной поверхности, принято называть метеоритом. Другими словами, метеорит – это любое тело космического происхождения, упавшее на поверхность другого небесного объекта.

После падения метеориты оставляют след – кратер. На сегодняшний день крупнейший кратер Уилкса имеет диаметр 500 км.

Кратер от метеорита

Планеты – достаточно большие шарообразные объекты, вращающиеся вокруг Солнца по определенной оси и не являющиеся спутником другого космического тела. В Солнечной системе 8 планет:

Меркурий;
Венера;
Земля;
Марс;
Юпитер;
Сатурн;
Уран;
Нептун.

Телескопы: наземные и космические

Специальный прибор, который используют для наблюдения за космическими объектами, называется телескоп. Главная его задача – собрать как можно больше света от небесного тела и увеличить угол зрения, под которым это небесное тело можно изучать. Улавливаемый прибором свет пропорционален его объективу. Следовательно, чем больше объектив у телескопа, тем мельче объекты он может уловить.

Первый телескоп появился благодаря ученому Галилео Галилею в 1609 году. Принцип его работы практически ничем не отличался от уже имеющихся на то время подзорных труб. Для своего прибора ученый использовал более мощные линзы, которые позволили увеличить изображение в 20 раз. Телескоп помог сделать первые важные открытия в космосе. Сейчас он хранится в одном из музеев Флоренции.

С помощью наземных телескопов можно наблюдать за Солнцем, планетами, спутниками. Но вот изучить детально звезды не получится. Даже в самый мощный прибор они видны как маленькие мерцающие точки.

Более детально познакомиться с космосом и Вселенной позволяют космические телескопы, расположившиеся на орбите. Это настоящие гиганты, они помогают даже в изучении истории Вселенной. Первый космический телескоп подняли в воздух в августе 1957 года. На высоте 25 км он сделал съемку Солнца в высоком расширении.

Современные космические и наземные телескопы оснащены компьютерными программами. Они передают картинку на монитор, что позволяет увидеть изображение в таком виде, в каком оно представлено в действительности, без каких-либо искажений.

Где находятся самые крупные оптические телескопы

Как правило, телескопы устанавливают в отдаленных местах от городской суеты. Для этого подходят горные местности, либо бескрайние пустыни. К числу крупнейших телескопов мира относят:

FAST – наибольший наземный телескоп на всем земном шаре. Его диаметр достигает 500 метров. Расположен на территории Китая. Прибор предназначен для изучения всего космоса и поиска инопланетного разума.

Аресибо – одна из крупнейших обсерваторий, на территории которой расположен телескоп диаметром 305 м. Находится в Пуэрто-Рико. С помощью телескопа изучают планеты и Солнце.

Эффельсбергский радиотелескоп – еще один прибор диаметром около 100 м. Находится в западной части Германии.

Радиотелескоп имени Б. Ловелла – прибор был создан в середине ушедшего столетия. Название получил в честь своего создателя. Диаметр телескопа – 76 м.

Самый крупный телескоп России БТА (Большой Телескоп Альт-Азимутальный) расположен в горах на высоте 2070 м в Карачаево-Черкесии. Диаметр его зеркала составляет 6 метров.

Всеволновая астрономия

Первые ученые-астрономы для изучения космического пространства использовали исключительно оптические телескопы. Следовательно, изучить и описать они могли лишь то, что непосредственно улавливал их взор. Сегодня же астрономия достигла значительных высот, ведь ученые могут вести свои наблюдения на различных длинах волн. Новые знания и технологии способствовали выделению совершенно новых дисциплин, таких как гамма-астрономия, радиоастрономия и рентгеновская астрономия.

Каждый космический объект излучает ряд волн, невидимых для человеческого глаза. Но их можно измерить специальными приборами. Необходимость таких измерений неоценимо важна. Например, гамма- или рентгеновское излучение, которое приходит из космоса на Землю, рассказывает о грандиозных процессах, происходящих в самых глубинках Вселенной. Из-за гигантских расстояний человек не может наглядно изучить все космические объекты. Все знания человечества о космосе базируются на излучении, которое исходит от небесных тел. Так удалось определить расстояние между объектами во Вселенной, их состав, возраст, размер и т.д.

Как развивалась отечественная космонавтика

История развития отечественной космонавтики берет свое начало с середины ХХ столетия. В 1946 году основали Опытно-конструкторское бюро №1, его задачей стала разработка спутников, ракет-носителей и баллистических ракет. Спустя 10 лет силами бюро была спроектирована первая ракета-носитель, с помощью которой в космос был запущен первый искусственный спутник планеты Земля.

После запуска искусственного спутника развитие космонавтики приобрело совершенно другие темпы. Спустя некоторое время в космическое пространство был запущен еще один спутник, но на его борту уже находилось живое существо – собака по имени Лайка.

Запуски межпланетных станций позволили заняться исследованием Луны, а уже в 1959 году космический аппарат достиг поверхности спутника Земли. В это время Советский Союз получил снимки обратной стороны Луны, что позволило ученым присвоить названия практически всем основным формам рельефа на спутнике.

Первая фотография обратной стороны Луны

До 1991 года отечественная космонавтика радовала множеством открытий и достижений:

Запуск первого искусственного спутника Земли

4 октября 1957 года стал знаменательным для всей мировой космонавтики. В этот день был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Это событие стало началом изучения космического пространства и открыло новые возможности в развитии не только отечественной, но и мировой космонавтики.

Космодром Байконур, находящийся в Казахстане, стал площадкой для первого запуска первого искусственного спутника Земли. Для этого использовалась ракета-носитель Р-7. Спутник пребывал в космическом пространстве 92 дня, 1440 раз облетел вокруг Земли, что позволило ученым впервые произвести изучение верхних слоев ионосферы. Также была получена достаточно важная информация о работе аппаратуры в космических условиях и произведена проверка расчетов.

Первый искусственный спутник Земли

Современная космонавтика и ее достижения

Огромный прорыв сделала современная космонавтика в своем развитии. Сегодня о космосе говорится как о реальном, а не как о чем-то сказочно далеком. Запуск современного космического корабля, полеты в космическое пространство стали хоть и дорогостоящими, но обычными явлениями в жизни российского государства.

Не вызывает ни у кого удивления космический туризм, когда за определенную плату можно полетать на космическом корабле. На высоком уровне проходят космические исследования. Современные ученые работают над созданием солнечных электростанций, разрабатывают технологи влияния на климат Земли.

Приоритетной задачей для России стало дальнейшее развитие отечественной космонавтики, изучение возможностей современной космической отрасли и выведение ее на передовые мировые рубежи.

Древнейшая наука астрономия занимается изучением Метагалактики, однако даже она не может строго ответить на вопрос, что такое Вселенная. Это понятие имеет две ипостаси — философскую и материальную. Их можно различать, как две разные сущности или рассматривать в совокупности. Если считать, что наблюдаемая Вселенная — это обозначение всего пространства, то эквивалентным ей термином будет космос.

Определение в космологии и важные факты

Определением Вселенной в космологии будет область мира, за которой можно наблюдать. Именно в этом смысле синонимичным ей понятием является Метагалактика. За этим широким определением кроется множество секретов, ведь космические эксперименты начались очень давно, продолжаются до сих пор и нет никаких оснований предполагать, что завершатся в ближайшем будущем.

Во время научных изысканий было открыто несколько фактов о Вселенной, которые подтверждены с высокой долей вероятности.

Среди них:

Химический состав. Космическое пространство на три четверти состоит из водорода, также в нём присутствует гелий с кислородом, углеродом и другими более редкими примесями.
Вселенная линейно расширяется, а все объекты, соответственно, удаляются друг от друга. Из-за этого у Метагалактики нет чётко обозначенного центра (как у надуваемого воздушного шара). Приблизительно 5 миллиардов лет назад этот процесс стал ускоряться, поэтому учёные строят различные гипотезы о том, что может произойти с ней в ближайшем будущем.
Метагалактику равномерно заполняет тепловое излучение, называемое реликтовым фоном. Однозначные причины его существования неизвестны, поскольку исследователи не нашли массовых источников, которые бы могли его вызвать. Однако есть предположение, что излучение было высвобождено в момент образования атомов водорода.
Пространственное распределение галактик Вселенной можно представить как ячеистую структуру. Однако из-за того, что в ней постоянно происходит движение, сеть постепенно растягивается.
Самые яркие в видимой области объекты (квазары) характеризуются многократным повторением спектра Лаймана. Изучение этого явление дало возможность смоделировать крупномасштабную структуру Вселенной.

Происхождение и эволюция

Расширение космического пространства удаляет друг от друга звёзды, галактики и их скопления. В связи с этим существует теория, согласно которой в далёком прошлом они не просто располагались ближе друг к другу, а вообще были перемешаны и сжаты в единое вещество. Однако оно было настолько плотным и горячим, что началось общее расширение, в итоге и приведшее к образованию Вселенной.

С тех пор прошло приблизительно 14 миллиардов лет. За это время совершилось такое развитие:

сформировалось гравитационное взаимодействие;
зародились первые фундаментальные частицы;
материя стала прозрачной для излучения;
образовались ядра первичных элементов;
появились звёзды, галактики, планетарные системы.

В итоге Вселенная сформировалась такой, какой человечество знает её сейчас. Её краткая модель выглядит следующим образом:

4,9% обычного вещества, знакомого на Земле.
26,8% тёмной материи, состоящей из тяжёлых частиц. Она не испускает электромагнитное излучение, что делает её прямое наблюдение практически неосуществимым.
68,3% тёмной энергии, инициирующей расширение пространства.

Образованная этими компонентами структура имеет гигантскую территорию. Реальный размер Вселенной современной наукой не установлен. Многие учёные настаивают на том, что она бесконечна. Однако если за условную границу принять расстояние до самого далёкого от Земли видимого объекта, то её масштабы составляют 45,7 миллиарда световых лет. Эта величина носит название радиуса Хаббла. Он не тождественен понятию конца мироздания, а только обозначает, что при прохождении этого расстояния быстрота удаления объекта от наблюдателя начинает превышать скорость света.

Исчерпывающей информации нет и о форме Метагалактики. Последние измерения астрономического спутника Планк позволяют сделать вывод, что она плоская, но исследования на этом этапе ещё не заканчиваются, и, возможно, в ближайшем будущем откроются новые факты, противоречащие всему тому, что известно людям сейчас.

Внутреннее устройство

Несмотря на всю необъятность, строение Вселенной представляется достаточно простым. Она однородна по плотности, изменяется во времени по строго определённым законам, поэтому однозначно постоянной считаться не может.

В них группируются галактики Вселенной. Они представлены в огромном количестве порядка двух триллионов. Человечество проживает в Млечном пути, который расположен в стене, называемой комплексом сверхскоплений Рыб-Кита. Другие звёздные системы расположены чрезвычайно далеко от этой галактики. Тем не менее несколько из них можно рассмотреть невооружённым глазом. Они носят следующие названия:

Туманность Андромеды ближе всех расположена к Млечному пути и содержит звёзд в несколько раз больше, чем в нём. Её можно увидеть на небе, если находиться на северном полушарии Земли.
Магеллановы Облака — две своеобразные галактики-спутники Млечного пути. Они просматриваются в южном полушарии.
Галактика Треугольника меньше Млечного Пути и по массе, и по диаметру. Так же, как и Туманность Андромеды, видна на северном полушарии.

Все они, как и Млечный путь, относятся к спиральному классу. Также во Вселенной есть эллиптические и неправильные галактики.

Методы изучения

Так как же была получена вся эта интересная информация о тайнах Вселенной? Учёные пользуются сразу несколькими методами изучения мироздания:

Оптический, с помощью телескопа. Устройство собирает свет — один из самых информативных источников сведений о космических процессах, и это позволяет наблюдать отдалённые объекты.
Спектральный анализ. В этом методе также используется телескоп, но на сей раз усовершенствованный спектрографом. Прибор разлагает спектр на составные части, расшифровав которые, можно получить данные о химическом составе объекта и скорости его движения, а также определить температуру источников излучения.
Космическое радиоизлучение. Для такого метода необходим телескоп, регистрирующий радиоволны. Их посылают объекты из самых удалённых областей Вселенной, а также ионизированный горячий газ и нейтральный водород межзвёздного пространства. По данным радиотелескопа делаются выводы о расстоянии до небесных тел и скорости их движения.
Нейтринная астрофизика. В рамках этого метода нейтринные телескопы регистрируют частицы малой энергии, рождающиеся во время термоядерных реакций, которые являются источником энергии Солнца. Вычисление величины потока нейтрино позволяет определять характер физических процессов, протекающих в недрах звезды.
Внеатмосферная астрономия. Её отличие от других методов заключается в том, что вся аппаратура выносится в межпланетное пространство. Это позволяет устранить атмосферные помехи в виде неоднородностей, вызывающих дрожание изображения в телескопе, и довести пространственное разрешение прибора до дифракционных значений.
Инфракрасная, ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма-астрономия. Соответствующие телескопы устанавливаются на ракеты и спутники Земли, так как данные виды излучения поглощаются атмосферой планеты и зарегистрировать их на её поверхности не представляется возможным. С их помощью изучаются тусклые остывшие звёзды, экзопланеты, молекулярные облака, скопления галактик, чёрные дыры и другие объекты.

Возможно, вскоре будут открыты и другие методы изучения Вселенной. Человечество узнает о ней что-то совсем необычное, и это навсегда перевернёт представления о мироздании.

Но даже предположить трудно, чтобы когда-нибудь люди смогли полностью изучить космическое пространство. На его территории колоссальных размеров, кажется, всегда будет оставаться место для тайн.

Астрономия является одной из древнейших наук. Первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н.э. Однако известно, что еще за 3 тысячи лет до н. э. египетские жрецы подметили, что разливы Нила, регулировавшие экономическую жизнь страны, наступали вскоре после того, как перед восходом Солнца на востоке появлялась самая яркая из звезд, Сириус, скрывавшаяся до этого около двух месяцев в лучах Солнца. Из этих наблюдений египетские жрецы довольно точно определили продолжительность тропического года.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3
I ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ 4 – 16
II МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ 17 – 19
III ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ 20 –
§1. Наземные 20 – 24
§2. Космические 25 – 27
§3. Что такое о БАК? 28 – 31
IV ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
V СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 33
VI ПРИЛОЖЕНИЯ 34 – 37

Работа содержит 1 файл

МОЙ РЕФЕРАТ по К.С.Е..docx

gn="justify"> В настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: Общей теорией относительности и Стандартной Моделью элементарных частиц. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания квантовой теории гравитации.

В научном мире, среди учёных существует точка зрения, что Вселенная никогда не возникала, а существовала вечно и будет существовать вечно, изменяясь лишь в своих формах и проявлениях.

Многие полагают, что уже на самых ранних стадиях эволюции Вселенной существовали незначительные отклонения от однородности и изотропии, которые привели в конце концов к образованию наблюдаемой сейчас пространственной структуры в виде галактик и их скоплений:

со второй половины 20 столетия начинается эра космических исследований .Подтвердились теории о распределении вещества во Вселенной (в Метагалактике), 95 % которого приходится на "таинственные" темные энергию и темную материю. Создаются новые теории(струнная, петлевая и М-теория) и основанные на них модели Вселенной – бесконечной в пространстве и времени.

Построена Стандартная Модель элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабые и сильное взаимодействия.

Эти и ряд других открытий создали базу для новых ,в том числе интуитивных, идей о строении и свойствах Вселенной – такой какая она есть, была и будет вечно,основе всего сущего, в том числе звездно- планетарных миров, эволюционирующих и преходящих.

Наука, изучающая мегамир, называется астрономией. Астрономия – составная часть естествознания. Она является самой древней из естественных наук. Из потребностей астрономии возникла математика. Астрономия стимулировала появление физики. Так, астроном Г.Галилей является основоположником механики. С другой стороны в XIX веке физические методы исследования проникли в астрономию, и возникла симбиотическая наука – астрофизика, которая изучает физические свойства космических тел. В настоящее время Вселенную изучают представители разных наук.

Самым общим понятием, охватывающим весь материальный мир, является понятие "Вселенная". Наблюдаемая область Вселенной называется Метагалактикой

В настоящее время радиус Метагалактики равен 10 миллиардов световых лет, то есть расстоянию, которое электромагнитные волны проходят за 10 миллиардов лет (скорость света 300000 км/с).

Основные сведения о мегамире могут быть получены двумя путями: экспериментальным и теоретическим.

Последний подход не является полностью независимым, так как любая теоретическая модель опирается на экспериментальные факты, а вот для ее исследования используют более подробный математический аппарат. Экспериментальное изучение космических объектов и всего мирового пространства базируется также на двух основах: непосредственное исследование свойств объектов при помощи лабораторного оборудования и наблюдение объекта, то есть исследование его электромагнитного излучения. Контактное (лабораторное) исследование вещества космических тел не является чем-то исключительным. В лабораториях Земли исследовались горные породы с Луны, доставленные пилотируемыми аппаратами "Аполлон" и автоматическими станциями "Луна-16" и "Луна-20", многочисленные метеориты, по современным воззрениям являющиеся обломками астероидов. Контактное изучение при помощи соответствующей аппаратуры проводились на поверхностях Луны, Венеры, Марса. Многочисленные искусственные научные спутники и автоматические межпланетные станции непосредственно изучали при помощи приборов физические свойства околоземного и межпланетного пространства. Этот метод исследования будет расширяться, ему будут доступны для изучения другие планеты Солнечной системы и многочисленные спутники этих планет.

основной метод исследования объектов мегамира – изучение их электромагнитного излучения. Это обусловлено тем, что контактное исследование неприменимо для раскаленных объектов (звезд). К тому же объекты, более удаленные от Земли, чем тела Солнечной системы, очевидно, останутся и в настоящем и в будущем недоступными для контактного исследования.

Изучение Вселенной началось и продолжается в течение нескольких тысячелетий; вплоть до середины XX века, это происходило почти исключительно оптическими методами.

Первые астрономические научные наблюдения являлись астрометрическими; изучалось только расположение светил и их видимое движение на небесной сфере.

Такие наблюдения с использованием угломерных инструментов позволили сформулировать первые научные модели мира – Птолемея и Коперника. Сейчас астрономы научились определять расстояния, как до тел Солнечной системы, так и более удаленных объектов: звезд и галактик. Тем самым удалось представить геометрическую структуру мира.

Оптические наблюдения и в настоящее время не потеряли своего значения.

Так, радиоволны принесли информацию об активных галактиках, о строении ядер галактик, в том числе и нашей Галактики, тогда как оптическое излучение от центра Галактики полностью задерживается космической пылью.

Наблюдения в других спектральных диапазонах позволили сделать важные открытия. Наблюдения в рентгеновском и g-диапазонах позволяли исследовать космические объекты на поздних стадиях их жизни (пульсары, черные дыры и т.д.).

Приборы для собирания и исследования космического электромагнитного излучения называются телескопами. Главной частью телескопа является объектив, который воспринимает поток излучения. Данная физическая величина прямо пропорциональна квадрату диаметра объектива телескопа и, следовательно, во много раз больше потока регистрируемого человеческим глазом. В зависимости от диапазона регистрируемого космического излучения телескопы могут быть оптическими, радиотелескопами, рентгеновскими, g-телескопами и т.д.

Первым астрономическим инструментом можно считать вертикальный шест, закрепленный на горизонтальной площадке, – гномон, позволявший определять высоту Солнца, многих столетий. Зная длину гномона и тени, можно определить не только высоту Солнца над горизонтом, но и направление меридиана, устанавливать дни наступления весеннего и осеннего равноденствий и зимнего и летнего солнцестояний.

К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант – плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Около центра этого круга вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы – модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т.

Браге. Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.

Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения

Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом. Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Так появились огромные инструменты, вроде того, который в 1664 г. был построен во Франции А. Озу. Этот телескоп имел длину 98 м и в этом отношении остался чемпионом и доныне. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться в середине 18 века Д. Доллондом в Англии. В 1668 г.И. Ньютон построил телескоп-рефлектор, который был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам.

Позже совершенствованием этой системы телескопов занимались М.В. Ломоносов и В. Гершель.

В XX в. получили распространение зеркально- линзовые телескопы, конструкции которых были разработаны немецким оптиком Б. Шмидтом (1931) и советским оптиком Д.Д. Максутовым (1941).

В 1974 г. закончилось строительство самого большого в мире советского зеркального телескопа с диаметром зеркала 6 м.

Этот телескоп установлен на Кавказе в Специальной астрофизической обсерватории. Возможности этого инструмента огромны. Уже опыт первых наблюдений показал, что этому телескопу доступны объекты 25-й звездной величины, т.е. в миллионы раз более слабые, чем те, которые наблюдал Галилей в свой телескоп.

К числу астрономических инструментов относятся универсальный инструмент – теодолит; меридианный круг, используемый для составления точных каталогов положений звезд;

Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и Вингерферометры, а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии, гаммастрономии, инфракрасной астрономии.

Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп, коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль, спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.

Для фотографических наблюдений используются астрографы. Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма, астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и других наблюдений.

Повысить проницающую силу телескопа удается путем применения в наблюдениях телевизионной техники – телевизионного телескопа, а также фотоэлектронных умножителей.

Важный прибор, необходимый для наблюдений – астрономические часы.

В настоящее время применяются три основных типа оптических телескопов: линзовые телескопы, или рефракторы, зеркальные телескопы, или рефлекторы, и смешанные, зеркально-линзовые системы. Мощность телескопа непосредственно зависит от геометрических размеров его объектива или зеркала, собирающего свет. Поэтому в последнее время все большее применение получают телескопы-рефлекторы, так как по техническим условиям возможно изготовление зеркал значительно больших диаметров, чем оптических линз.

Современная техника позволила создать целый ряд приспособлений и устройств, намного расширивших возможности астрономических наблюдений: телевизионные телескопы дают возможность получать на экране четкие изображения планет, электронно-оптические преобразователи позволяют вести наблюдения в невидимых инфракрасных лучах, в телескопах с автоматической корректировкой компенсируется влияние атмосферных помех. В последние годы все более широкое распространение получают новые приемники космического излучения – радиотелескопы, позволяющие заглянуть в недра Вселенной намного дальше, чем самые мощные оптические системы.

Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашего столетия.

Существует также целый ряд астрономических инструментов, имеющих специфическое назначение и применяемых для определенных исследований. К числу подобных инструментов относится, например, солнечный башенный телескоп, построенный советскими учеными и установленный в Крымской астрофизической обсерватории.

Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях. Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах. Как правило, такие места находят в горах. Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (не более чем в несколько сотен раз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длинных волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений. На вершинах гор воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные.

В течение десятилетий ученые отправляли всевозможные космические корабли за пределы Земли для сбора информации о нашей Солнечной системе. Но не каждая космическая миссия была одинакова. Рассказываем о главных методах исследования космоса.

Облет

Суть этого метода заключается в том, что космический корабль проходит мимо небесного объекта, но не удерживается на его орбите. Пролетая мимо, корабль с помощью своих инструментов наблюдает за исследуемым объектом и отправляет полученную информацию на Землю. Этот метод используется как быстрая начальная разведка чего-либо, что может быть в дальнейшем исследовано в более дорогих и технически сложных миссиях.

Орбитальный полет

Этот метод изучения космоса предполагает, что космический корабль выходит на орбиту планеты и остается на ней. Во время нахождения на орбите аппарат делает фотографии и видео, измеряет расстояния и температуру, а также собирает другие данные.

Преимущество орбитального полета заключается в том, что можно собрать гораздо больше данных и получить более подробную информацию об исследуемом космическом объекте. Но корабль не может сесть на поверхность планеты, чтобы провести более серьезные научные эксперименты.

Запуск ровера

Более серьезным методом изучения дальнего космоса является запуск ровера. Ровер или марсоход — это космический аппарат, который может приземлиться на поверхность исследуемого объекта, чтобы делать детальные снимки, собирать образцы почвы и выполнять другие задачи в научных целях.

Как и другие методы изучения космоса запуск ровера имеет свои плюсы и минусы. Преимущество передвижных космических кораблей заключается в том, что они могут делать невероятные вещи, в том числе проводить химические эксперименты, которые могут дать нам очень подробное представление о той или иной планете. Недостатком этого метода является его большая стоимость. Например, миссия Mars Exploration Rover, стартовавшая в 2003 году, была оценена в 2,5 миллиарда долларов.

Читайте также: