Астрономических исследовательских центров и космических обсерваторий». Cms значение исследований для астрономии
Международный год астрономии
Ефрем Левитан,доктор педагогических наук, действительный член Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского«Наука и жизнь» №1, 2009
И если все науки возвышают дух человеческий, то больше всехэто свойственно астрономии, не говоря уж о величайшемдуховном наслаждении, связанном с ее изучением.Н. Коперник
20 декабря 2007 года 62-я Генеральная Ассамблея ООН объявила 2009 год Международным годом астрономии (МГА-2009). С инициативой его проведения выступила Италия — родина великого Галилео Галилея, который в 1609 году (то есть 400 лет назад) открыл эру телескопической астрономии. Он первым увидел Солнце, Луну, планеты и звёзды в телескоп, созданный собственными руками, и сделал ряд замечательных открытий. Сейчас они известны каждому школьнику, изучающему астрономию. Галилей открыл пятна на Солнце, четыре из 63 ныне известных спутника Юпитера, увидел горы на Луне и множество звезд, из которых, как оказалось, состоит Млечный Путь. Значение каждого из этих открытий трудно переоценить, потому что с них началась новая астрономия, развитие которой спустя века привело к современной картине мироздания.
Почему астрономией заинтересовалась Организация Объединенных Наций? Ответ на этот вопрос дает Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН от 29 февраля 2008 года. В ней, в частности, сказано:
«Астрономия является одной из старейших фундаментальных наук... она вносила и продолжает вносить существенный вклад в развитие других наук и прикладных исследований в широком круге областей»;«Астрономические наблюдения оказывают глубокое влияние на развитие науки, философии, культуры и общей концепции Вселенной»;«В каждом обществе сложились легенды, мифы и традиции, связанные с небом, планетами и звездами, являющиеся частью его культурного наследия».
Кроме того, в Резолюции отмечалось, что проведение МГА-2009 «могло бы сыграть чрезвычайно важную роль, в частности, в повышении информированности общественности о значении астрономии и фундаментальных наук для устойчивого развития».
Резолюция обращает внимание мирового сообщества на астрономию как на совершенно необходимую науку, которую надо изучать начиная с детского возраста.
Предмет астрономии — необъятная Вселенная. Мы всё дальше проникаем в ее глубины благодаря современным наземным и космическим телескопам. В распоряжении астрономов уже имеются фотографии галактик и квазаров, удаленных от нас на расстояние более 10 миллиардов световых лет. Но главное, недавно выяснилось, что основная часть Вселенной вообще недоступна наблюдениям. Об этом мы узнали после открытия невидимых темной энергии и темной материи. Поразительно не только это. В конце прошлого — начале нынешнего века было сделано немало замечательных открытий в Солнечной системе и в системах сравнительно недалеких от нас звезд. Среди них — обнаружение водяного льда на Луне и Марсе, фотографирование почти всей поверхности Меркурия, открытие нескольких сотен экзопланет (планет, вращающихся вокруг звезд).
Девиз МГА-2009 — «Вселенная твоя: открой ее». Первый шаг на пути собственного познания Вселенной — наблюдение звездного неба — каждый может сделать самостоятельно. Надо только захотеть! Кто-то из астрономов заметил, что шейный отдел позвоночника здорового человека (в отличие от некоторых животных) устроен так, что он может легко поднять голову и полюбоваться красотой звездного неба. Однако большинству людей это ни к чему. Вероятно, когда они были детьми, никто из взрослых не пытался развить у них интерес к познанию окружающего мира. А делать это необходимо своевременно, когда закладывается фундамент личности человека.
Астрономия способна дарить людям радость. Многие наверняка помнят солнечное затмение 1 августа 2008 года. Его можно было наблюдать в некоторых восточных регионах России. Увидеть это великолепное зрелище всем остальным помогло телевидение. Почти все каналы многократно показывали ход затмения, за ним с интересом наблюдало большинство населения на всех континентах.
В Программу мероприятий МГА-2009 разработчики включили массовые наблюдения самого продолжительного в XXI веке полного солнечного затмения, которое состоится 22 июля 2009 года. К сожалению, его не будет видно на территории России (область наилучшей видимости — экваториальные и тропические широты Северного полушария). Максимальная продолжительность полной фазы затмения составит 6 минут 39 секунд. Это очень много. Мне посчастливилось трижды наблюдать полное затмение Солнца (в 1954, 1965 и 1981 годах), но продолжительность полной фазы каждого из них не превышала трех минут.
В 2009 году большинство стран планируют, используя ресурсы интернета и телевидения, круглосуточно передавать изображения некоторых небесных тел, получаемые из различных обсерваторий мира с помощью крупнейших телескопов и сопровождать эти трансляции комментариями профессиональных астрономов. Кроме того, будут организованы передвижные астрономические выставки, а в школах появятся комплекты инструментов для астрономических наблюдений.
С каким же багажом вступает в Международный год астрономии Россия? К сожалению, у нас сложилась неблагоприятная ситуация как с преподаванием астрономии, так и с популяризацией достижений науки о Вселенной. Между тем преподавание астрономии в нашей стране имеет давнюю историю.
Трудно точно указать, когда в России появилась «школьная астрономия». Хотя доподлинно известно, что еще в Киевской Руси (IX — начало XII века) изучали семь греко-римских классических дисциплин — грамматику, риторику, диалектику, арифметику, геометрию, музыку и астрономию. Отметим также, что при крестителе Руси, князе Владимире, и основателе Новгорода, Ярославе Мудром, образование было не церковным, а светским. В петровские времена астрономию преподавали в школах и училищах. В немалой степени этому способствовал личный интерес Петра I к изучению Вселенной. Одиннадцати лет от роду будущий великий правитель России познакомился с астрономией благодаря книге Я. Гевелия «Селенография», из которой он узнал, в частности, о телескопических открытиях. Спустя пять лет Петр научился работать с астролябией и имел представление о достижениях астрономии. В дальнейшем он немало способствовал развитию «математических и навигацких» наук, переводу книг о мироздании, изданию настенных карт и так далее.
В открытой в 1725 году Санкт-Петербургской академии наук впервые в России начали готовить специалистов новой профессии — астрономов. Занятия наукой, преподавание и распространение астрономических знаний — таким был круг обязанностей астрономов-профессионалов. Преподавание этого предмета предусматривалось уставами народных училищ и средних школ конца ХVIII — начала XIX века.
А какой была школьная астрономия в начале XX века, всего за несколько десятилетий до космической эры? На преподавание астрономии отводились один или два часа в неделю в зависимости от типа учебных заведений. Не будем забывать, что астрономическая картина мира начала XX века была бесконечно далека от той, которая сформировалась за последующие сто лет.
Запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) означал, что человек от пассивного наблюдения Вселенной (астрономия всегда была наблюдательной наукой) перешел еще и к активному (экспериментальному) исследованию, открывающему путь к освоению околоземного космического пространства и близлежащих к Земле небесных тел. Многих простых людей охватил прилив невиданного ранее интереса к Вселенной и ее тайнам. Взрослые и дети устремились в Московский планетарий, чтобы в переполненном зале, затаив дыхание, следить за тем, как на искусственном звездном небе быстро перемещается самая главная «звездочка» — первый искусственный спутник Земли.
Казалось, на волне всенародного интереса к астрономии на родине практической космонавтики наука о Вселенной станет одним из основных школьных предметов. Но ничего подобного не произошло, даже несмотря на то, что в середине XX века астрономическая наука, и прежде всего астрофизика, шагнули далеко вперед. Тем не менее в начале 1960-х годов удалось добиться утверждения новой школьной программы по астрономии, которая отличалась от предыдущих тем, что в ней делался акцент на изучение астрофизики, внегалактической астрономии и космологии.
Появление гигантских наземных и космических оптических, радио- и рентгеновских телескопов превратило астрономию из оптической во всеволновую — теперь она изучает астрономические объекты во всём диапазоне электромагнитных волн: от гамма- до радиоизлучения. Космические исследования на таком уровне преобразили астрономию. Получено множество новых важнейших данных о небесных телах Солнечной системы, Галактики и за ее пределами. Речь идет не о «добавках» к наземным наблюдениям. (Последние, разумеется, не утратили своей актуальности и, более того, получили дальнейшее развитие.)
Данные космических наблюдений и экспериментов существенно изменили наши представления не только о природе различных типов небесных тел и их систем, но и о Вселенной в целом. Без преувеличения можно сказать, что прогресс в области наземных и космических наблюдений привел к формированию новой астрономической картины мира. Она включает основанные на наблюдениях данные об экзопланетах, рождении и эволюции звезд, всемирной антигравитации и даже о возможном существовании ансамбля вселенных.
Можно предположить, что мы являемся свидетелями уже «четвертой» революции в астрономии (первую обычно связывают с утверждением идей гелиоцентризма, вторую — с открытием Галактики, третью — с открытием расширения Вселенной, которое, как выяснилось, происходит с ускорением). Эти знания дают большие перспективы для развития школьного астрономического образования. Однако теперь астрономию, которая всегда была в школе обязательным самостоятельным предметом, превратили в предмет по выбору. Абсурдность такого решения очевидна. Трудно придумать что-нибудь более несвоевременное, чем ликвидация учебного предмета «астрономия» на пике небывалого прогресса астрономической науки.
Опыт показывает, что астрономия — чрезвычайно интересный предмет для школьников. Она дает представление о современной астрономической и тесно связанной с ней физической картине мира. Изучение астрономии помогает выработать иммунитет к восприятию повсеместно насаждаемых астрологами, уфологами, колдунами и магами более чем сомнительных «знаний». Международный год астрономии — прекрасный повод для того, чтобы добиться изменения к лучшему в преподавании астрономии в школах России.
Другой путь ликвидации астрономической безграмотности — широкая популяризация достижений астрономии и космонавтики. Многие астрономы заинтересовались в свое время наукой о Вселенной, прочитав прекрасные книги выдающегося французского популяризатора астрономии К. Фламмариона. Кто-то «заболел» астрономией в Московском планетарии или пришел в эту науку благодаря книгам Я. И. Перельмана, Б. А. Воронцова-Вельяминова, Ф. Ю. Зигеля, а затем — И. С. Шкловского, И. А. Климишина, Ю. Н. Ефремова, А. М. Черепащука, А. Д. Чернина или Стивена Хокинга.
Время от времени книги переиздаются, но выходят в свет очень малыми тиражами и доступны в основном жителям крупных городов. Еще хуже обстоят дела с научно-популярными журналами по этой тематике. Строго говоря, в настоящее время в России осталось одно издание, посвященное астрономии, — журнал президиума РАН «Земля и Вселенная». Да и на телевидении дела обстоят не лучше. С основных телевизионных каналов практически исчезли научно-популярные и учебные программы по астрономии. Если говорить о планетариях, то их у нас очень мало, да и те, что есть, выживают с трудом. Что касается Московского планетария, то он, возможно, наконец, откроется в 2009 году, к своему 80-летию.
Провозглашение и проведение Международного года астрономии вселяет надежду на то, что некоторые из затронутых в статье вопросов будут решены. И тогда сообщество астрономов пополнится новыми людьми, стремящимися заглянуть в глубины Вселенной и разгадать хотя бы одну из ее бесчисленных тайн.
elementy.ru
Данные CMS помогут разобраться с недавно появившейся загадкой космических лучей
Прелесть фундаментальной физики в том, что одно и то же явление может проявляться в совершенно разных процессах. Пожалуй, самый впечатляющий пример — это тесная связь физики микромира и эволюции Вселенной: один и тот же процесс с элементарными частицами может влиять и на поведение частиц в коллайдере, и на строение ранней горячей Вселенной. Есть много примеров этой взаимосвязи между астрофизическими и микроскопическими измерениями, и с некоторыми из них пытается разобраться Большой адронный коллайдер.
Один из них — это связь между распределением частиц, рождающихся на LHC в столкновениях протонов, и формой широкого атмосферного ливня, который порождают частицы космических лучей сверхвысокой энергии. Космические лучи — это, в основном, протоны, разогнанные в астрофизических катаклизмах до больших энергий и случайно попавшие на Землю. Столкнувшись с ядром высоко в атмосфере, они порождают широкий ливень — поток вторичных частиц, развивающийся в атмосфере и порождающий атмосферные мюоны. И сами эти мюоны, достигшие поверхности Земли, и свечение, вызываемое ливнем в атмосфере, регистрируются современными детекторами космических лучей, рекордсменом среди которых является обсерватория им. Пьера Оже (Pierre Auger Observatory).
Форма ливня и величина мюонного потока зависят от микроскопических фундаментальных характеристик: от того, как протоны сверхвысоких энергий взаимодействуют с ядрами, какие частицы при этом рождаются и в каких направлениях они предпочитают вылетать. Но тот же самый процесс можно изучать и на Большом адронном коллайдере. Только вместо эффектов Новой физики и прочей экзотики надо сфокусироваться на частицах, вылетающих «вперед», то есть близко к оси столкновений. На LHC есть специальные форвард-детекторы, которые как раз изучают такие частицы. Их измерения позволят лучше разобраться с этим процессом в лаборатории и, следовательно, построить более точные модели для описания атмосферных ливней. Измерения ливней от космических лучей, в свою очередь, позволят протестировать предсказания этих моделей в той области энергии, до которой LHC самостоятельно добраться не может.
Это симбиотическое исследование ведется довольно давно, но в конце прошлого года здесь стала вырисовываться загадочная несостыковка. Результаты новых измерений обсерватории им. Пьера Оже, опубликованные в конце октября, показали примерно полуторакратное превышение адронной составляющей ливней по сравнению со всеми моделями (см. Pierre Auger Collaboration, 2016. Testing Hadronic Interactions at Ultrahigh Energies with Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory). Непосредственного конфликта с данными коллайдера тут нет, поскольку энергетические диапазоны слегка различаются. Но всё равно ситуация некомфортная: выходит, адронные модели, тщательно настроенные на данные LHC на энергии столкновений 8 ТэВ (сеанс Run 1), дают сбой при экстраполяции.
Сейчас, когда физики вовсю анализируют результаты сеанса Run 2 на энергии 13 ТэВ, появляется шанс улучшить описание моделей и разобраться с причиной расхождения. Именно с этой целью коллаборация CMS провела недавно тщательный анализ частиц, вылетающих в направлениях, очень близких к оси столкновений. Поток таких частиц измеряется не основным детектором CMS, а специальным «дочерним» детектором CASTOR, вынесенным за пределы основного детектора и как бы охватывающим вакуумную трубу, по которой движутся протоны. Эти данные были набраны еще в 2015 году, пока светимость коллайдера оставалась низкой. Анализ завершился только на днях, и его результаты были представлены в статье Measurement of the inclusive energy spectrum in the very forward direction in proton-proton collisions at sqrt(s) = 13 TeV (arXiv:1701.08695), появившейся в архиве препринтов.
На рисунке показан характерный пример полученных распределений. Здесь черными точками показано сечение этого процесса в зависимости от полной энергии частиц, попавших в детектор CASTOR. Разноцветные гистограммы — результаты моделирования на основе программы PYTHIA8 с теми параметрами, которые используются в физике космических лучей. Видно, что расхождение между моделями существенное и усиливается с ростом энергии. Например, красная пунктирная гистограмма даже близко не совпадает с данными в области выше 1 ТэВ. Это вариант модели с искусственно отключенным многопартонным рассеянием (так называют процесс, когда в соударении двух протонов реально сталкивается друг с другом не одна пара встречных кварков или глюонов, а больше). Получается, что свойства многокилометрового атмосферного ливня кардинально зависят от того, сколько кварков или глюонов внутри протона сталкиваются со встречным ядром!
Другие, более реалистичные варианты модели всё равно недостаточно хорошо совпадают с данными. Причем выяснилось, что с электромагнитной составляющей этого потока частиц (фотоны, пи-нуль-мезоны, электрон-позитронные пары) всё более-менее в порядке — а вот адронная составляющая сильно отличается для всех вариантов. Поскольку именно адронная часть атмосферного ливня порождает мюоны, то, видимо, она и была источником расхождения между данными обсерватории им. Пьера Оже и теоретическими моделями. Сейчас, благодаря этим данным CMS, физики надеются построить новые, более реалистичные модели развития атмосферных ливней и тем самым разрешить возникшую загадку.
elementy.ru
Астрономических исследовательских центров и космических обсерваторий»
(к теме 2.4 Современные исследования в астрофизике)
1. Используя ресурсы сети Интернет, найдите сайты современных астрономических исследовательских центров мира. Заполните таблицу:
| Название научно-исследовательского центра | Важнейшие открытия | Направление исследований |
1. Используя ресурсы сети Интернет, изучите структуру и содержание сайта «МКС он-лайн». Заполните таблицу:
| Особенности структуры сайта | |
| Информация сайта для использования на уроках астрономии |
1. Изучите содержание и структуру сайта CERN http://bak-cern.ru/ . Ниже представлен текст о структуре БАК. Вставьте недостающие слова и поясните астрофизические основы наблюдаемых явлений:
__________________________ земля вблизи от Женевы поднимается на 25 см, увеличивая протяженность БАК на 1 мм и изменяя энергию пучка на 0,02%. Экспериментаторы должны учитывать этот эффект: необходимо контролировать энергию пучка с точностью до 0,002%
Заполнив таблицу, охарактеризуйте специфику информации, получаемой с использованием указанных детекторов:
| Название детектора | Назначение | Значение исследований для астрономии |
| LHC | ||
| CM | ||
| LHCb | ||
| ATLAS |
1. Изучите содержание и структуру сайтов следующих обсерваторий, используя соответствующие ссылки:
1. Главная (Пулковская) Астрономическая обсерватория http://www.gao.spb.ru/russian/
2. Крымская астрофизическая обсерватория http://craocrimea.ru/ru/
3. Кавказская горная обсерватория ГАИШ МГУ им. М.В.Ломоносова http://lnfm1.sai.msu.ru/kgo/main.php
Заполните таблицу:
| Название обсерватории | Особенности структуры и содержания сайта | Новейшие открытия |
| Главная (Пулковская) Астрономическая обсерватория | ||
| Крымская астрофизическая обсерватория | ||
| Кавказская горная обсерватория |
Список вопросов и заданий для подготовки к текущему контролю.
Новейшие исследования в области физики звезд и звездных систем.
1. Опишите основные характеристики белых карликов, нейтронных звезд.
2. Почему цефеиды называют «маяками Вселенной»? Чем отличаются цефеиды от затменно-переменных звезд?
3. Почему в спектре сверхновых звезд отмечаются очень широкие линии излучения?
4. Перечислите, какие объекты рассматриваются как конечные стадии эволюции звезд в зависимости от исходной массы.
5. Охарактеризуйте основные методы поиска экзопланет.
6. Сформулируйте собственную позицию относительно значимости поиска жизни и разума во Вселенной.
Список вопросов и заданий для подготовки к текущему контролю.
Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной.
1. Охарактеризуйте структуру Галактики. Из каких наблюдений можно сделать вывод о существовании межзвездной пыли, молекулярных и атомарных газов в межзвездном пространстве?
2. Перечислите факты, подтверждающие, что Вселенная непрерывно эволюционирует.
3. Приведите факты, подтверждающие существование темной материи и темной энергии во Вселенной.
4. Перечислите и раскройте содержание открытий, подтверждающих современную теорию происхождения и эволюции Вселенной.
Список вопросов и заданий для подготовки к текущему контролю.
Проектирование и конструирование урока астрономии.
1. Охарактеризуйте структуру уроков астрономии различного типа и решаемые в ходе реализации данных уроков методические задачи.
2. Опишите основные виды деятельности учащихся на уроке астрономии и их соответствие возрастным особенностям учащихся.
3. Раскройте особенности методики использования «Школьного астрономического календаря» на учебный год на уроках астрономии.
Практическая работа №3 «Методика введения фундаментальных понятий, законов и закономерностей курса астрономии старшей школы»
(к теме 3.1 Проектирование и конструирование урока астрономии)
1. В процессе формирования понятийного аппарата целесообразно использовать планы обобщенного характера (методические разработки по физике выполнены Г.В.Оспенниковой, А.Ю. Румянцевой, А.В.Усовой). Ниже представлены отдельные элементы данных планов. Внесите недостающие элементы и завершите каждый из представленных планов:
План описания астрономического объекта
- Признаки объекта, условия его существования.
- Структура объекта, его возможные состояния.
- ….
- ….
- Зависимость свойств объекта от внешних факторов.
- Теоретическая модель объекта, объяснение его основных свойств с позиции.
- ….
- ….
План описания астрономической величины
- Признаки явления, условия его наблюдения.
- Примеры проявления явления во Вселенной, разновидности явления.
- ….
- ….
- Законы, описывающие явление, их математическое выражение.
- Астрофизическая сущность явления, механизмы его проекания.
- ….
План описания астрономической величины
- Характеризуемое величиной явление или процесс.
- Определение величины.
- ….
- ….
- Связь данной величины с другими величинами.
План описания астрономического закона
- Краткие сведения истории открытия, автор открытия закона.
- Словесная формулировка закона.
- ….
- ….
- Опыты, подтверждающие справедливость закона.
- Границы применимости закона.
- ….
- ….
План описания астрономической теории
- Краткие сведения истории возникновения теории.
- Научные факты, лежащие в основе теории, общенаучные и естественнонаучные принципы.
- ….
- ….
- Система математических уравнений теории (заменяющие их качественные утверждения), описывающие модель (идеализированный объект теории)э
- Следствия теории.
- ….
1. Приведите примеры:
- одной из групп космических объектов – космических тел;
- одной из групп космических объектов – космических систем;
- астрономических явлений;
- астрономических явлений, наблюдаемых в атмосфере Земли;
- астрономических законов;
- астрономических теорий.
1. Составьте обобщенную схему структуры астрономической науки, классифицирующей элементы в последовательности «вид – род – семейство – группа – класс – тип».
2. Используя учебник Б.А.Воронцов-Вельяминова, Е.К.Страута и рабочую программу к учебнику, заполните таблицу:
| Раздел/тема курса астрономии | Законы, закономерности и понятия, изученные ранее учащимися в курсе физики, химии, биологии, географии | Вновь вводимые законы, закономерности, понятия, ранее учащимися не изученные |
Список вопросов и заданий для подготовки к текущему контролю.
cyberpedia.su
Значение астрономии как науки | Астрономия
Астрономия - одна из важнейших наук об окружающем нас мире, изучающая наиболее глубокие законы мироздания, процессы гигантских космических масштабов.
Человека всегда интересовало, что представляет собой мир, в котором мы живем, какие явления скрываются за великолепной россыпью звезд, украшающей ночное небо Земли. В ходе астрономических исследований перед людьми не раз возникали удивительные загадки. А поиски ответа не только расширяли и углубляли наши знания о Вселенной, но и помогали успешно решать чисто земные задачи.
Уже в глубокой древности астрономические наблюдения играли весьма существенную роль в жизни человечества. С помощью небесных светил наши предки находили путь в океане, измеряли время, составляли календари, определяли наиболее благоприятные сроки сельскохозяйственных работ. Астрономические наблюдения помогли людям измерить Землю, составить географические карты.
Но особо важное значение астрономия приобрела в наше время, в эпоху так называемой научно-технической революции. Без нее оказались бы невозможными многие достижения науки и техники, в том числе успехи современного человечества в освоении космоса.
Наука, научное познание мира является основой всей нашей практической деятельности. Для успешного решения тех больших задач, которые стоят перед нашей страной, необходимо, чтобы усилия «большой науки» были сосредоточены на ключевых народнохозяйственных вопросах, на открытиях, способных внести революционные изменения в производство.
Особенно возросла роль фундаментальных исследований. Именно такие исследования, приводят к наиболее значительным изменениям в технике, открывают новые области человеческой деятельности.
Важнейшее направление фундаментальных исследований - все более глубокое изучение строения материи, происходящих в природе физических процессов. Но для того чтобы открыть в этой области что-то принципиально новое, изучить неизвестные физические явления, обычных исследований, которые вполне удовлетворяли ученых в прежние годы, сегодня уже недостаточно. Необходимо изучать вещество, материю в предельных, как говорят физики - экстремальных состояниях.
Сверхвысокие температуры в десятки и сотни миллионов градусов, чудовищные давления в сотни миллионов атмосфер, колоссальные энергии, огромные плотности до сотен миллионов и миллиардов тонн вещества в кубическом сантиметре, космический вакуум - вот далеко не полный перечень тех явлений и условий, которые как воздух нужны современному физику.
Поэтому взгляд ученых все чаще устремляется в глубины Вселенной. Ведь что такое Вселенная с точки зрения физика? Это бесконечно разнообразная физическая лаборатория, созданная природой. Лаборатория, в которой можно изучать такие явления, состояния материи, физические процессы и условия, такие источники энергии, которые мы не имеем возможности, по крайней мере при существующем уровне науки и техники, воспроизвести в наших земных лабораториях.
Вселенная во все большей и большей степени превращается в лабораторию современного естествознания, в которой наука черпает новые сведения о физических явлениях. Разумеется, астрономы продолжают заниматься и традиционными наблюдениями, но все же ведущую роль приобрели астрофизические исследования.
Эти исследования не только расширяют наши представления о строении мира, но и служат дальнейшему развитию физики, которую ныне считают естественной наукой номер один. Конечно, нужны и математика, и биология, и химия, но именно физика открыла и поставила на службу человеку важнейшие законы мироздания, именно ее достижения получили наибольшее число практических приложений в технике и производстве, и от ее будущих успехов во многом зависит дальнейшее развитие научно-технического прогресса.
Еще в довоенные годы астрономы пришли к заключению, что Солнце и звезды светят потому, что в их недрах происходят ядерные реакции. Это открытие натолкнуло ученых на мысль о возможности практического использования атомной и термоядерной энергии. И теперь могучая атомная энергия, укрощенная человеком, рождается в многочисленных атомных реакторах, вырабатывает электрический ток, приводит в движение фабрики и заводы, мощные ледоколы. Вот-вот должны появиться и управляемые термоядерные реакторы.
При исследовании Солнца было обнаружено и новое, неизвестное до этого четвертое состояние вещества - плазма: газовая смесь из атомов, потерявших часть электронов - ионов, свободных электронов и некоторого числа нейтральных атомов. В дальнейшем оказалось, что плазма довольно широко распространена во Вселенной: мы находим ее в атмосферах планет Солнечной системы, в кометных хвостах, в межзвездном пространстве. А сегодня плазма служит человеку. Созданы плазменные горелки для сварки различных изделий, плазменные двигатели для космических аппаратов, плазменные магнитогидродинамические генераторы для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую...
А сколько существует в космосе других явлений, которые со временем также будут изучены и использованы человеком!
При современном уровне развития естествознания существенно продвинуться в познании природных закономерностей, совершать открытия можно, как правило, лишь применяя весьма сложные исследовательские средства. Ушли в прошлое времена, когда ученым удавалось достигнуть впечатляющих результатов с помощью самых простых приспособлений - чуть ли не консервных банок, проволочек и веревочек. Ученому наших дней требуются куда более внушительные устройства: гигантские телескопы и радиотелескопы, ускорители элементарных частиц, лазерные и термоядерные установки, космические станции, искусственные спутники Земли, быстродействующие электронно-вычислительные машины. А сам исследователь должен обладать глубоким знанием предмета, огромным опытом наблюдателя и экспериментатора.
Что может в такой ситуации сделать любитель? Как будто ничего. В лучшем случае любительские занятия наукой в наше время - это развлечение, способное принести пользу и моральное удовлетворение лишь самому любителю. Однако существуют исключения, в том числе и в астрономии.
В 50-е годы в Московском планетарии можно было встретить высокого, худощавого, скромно одетого человека, чем-то напоминавшего Пата из знаменитой некогда пары киногероев Пат и Паташон. Каждое утро минута в минуту в одно и то же время он появлялся в дверях планетария и неторопливо поднимался по лестницам под самую крышу, где располагался диапозитивный фонд. Это был Алексей Петрович Моисеев, заведующий фондом.
Помимо совершенно удивительной, редчайшей аккуратности и пунктуальности, Алексей Петрович обладал еще одним замечательным даром: он способен был день за днем, год за годом на протяжении десятилетий выполнять одну и ту же на первый взгляд однообразную и потому утомительную работу. Моисеев не раздражался, не уставал от бесчисленных повторений, ни на кого не начинал сердиться - он спокойно и размеренно делал свое дело, ни на минуту не снижая требовательности к себе... Одним словом, это был прирожденный идеальный наблюдатель.
В науке, как и в театре, есть свои амплуа. Кто-то выдвигает новые идеи, кто-то проводит удивительные эксперименты, кто-то специализируется на сложных математических расчетах, а кто-то должен следить за приборами, из раза в раз повторять одинаковые измерения. И только в постоянном содружестве этих несхожих индивидуальностей может рождаться новое знание.
Алексей Петрович Моисеев наблюдал. Начиная с 1919 года он наблюдал Солнце. В каждый ясный день, на протяжении нескольких десятков лет. В свободное от основной работы время.
У Моисеева не было мощного телескопа - всего лишь небольшая зрительная труба, которой он, однако, очень дорожил и которую не согласился бы променять ни на один другой астрономический инструмент. Но именно благодаря этому его наблюдения приобретали особую ценность. Он вел их тщательно, аккуратно, ничего не пропуская, и сводки его наблюдений регулярно печатались в «Бюллетене коллектива наблюдателей Всесоюзного астрономо-геодезического общества», активным членом которого он являлся.
Был у Моисеева и свой особый интерес - грозы. Много лет он со свойственной ему скрупулезностью сопоставлял данные о солнечной активности со сведениями о количестве гроз, стараясь обнаружить связь между этими явлениями. Его данными широко пользовались ученые.
Так скромный наблюдатель Солнца Алексей Петрович Моисеев вносил свой вклад в изучение великой проблемы солнечно-земных связей...
Оказывается, и в наше время можно довольно скромными средствами осуществлять наблюдения некоторых небесных явлений, представляющие интерес не только для наблюдателя-любителя, но и для астрономической науки. Такова счастливая особенность (счастливая для многочисленных любителей астрономии) науки о Вселенной.
Отчасти это объясняется тем, что количество заслуживающих внимания небесных явлений и космических объектов весьма велико, а число профессиональных обсерваторий и профессиональных астрономов ограничено, и они просто не в состоянии охватить все. Разумеется, наиболее важные наблюдения требуют применения самых современных технических средств. Но все же и для любителей кое-что остается.
Курс астрономии учащиеся средней школы проходят в десятом классе. Однако любительскими астрономическими наблюдениями вы можете заняться и гораздо раньше. И даже если в будущем вы не станете ни астрономами, ни физиками, это увлечение откроет перед вами окно в необъятный мир космоса, поможет лучше понимать природу, сделает вашу жизнь насыщенней и интересней.
Не исключено, что полученные вами данные пригодятся ученым. Но если этого и не произойдет, сами занятия астрономией принесут вам большую радость. Ведь для любителя важно не только получение конкретного результата, но и приобщение к процессу научного исследования, познания нового, процессу, доставляющему огромное эстетическое наслаждение. Такие занятия, кроме всего прочего, способствуют приобретению весьма ценных для современного человека качеств и навыков, которые могут оказаться чрезвычайно полезными в самых различных сферах деятельности.
Потому что основные правила и приемы научных наблюдений и исследований одинаковы, независимо от того, что именно наблюдается и изучается - живой организм, химическая реакция, новый механизм или далекая звезда.
Наряду с советами, обращенными к начинающим любителям астрономии, здесь приведены рекомендации и для тех, кто уже в какой-то мере знаком с астрономическими наблюдениями и располагает более совершенными инструментами, а также для участников школьных астрономических кружков. Поскольку астрономией увлекаются учащиеся разных классов, обладающие различным уровнем общеобразовательной подготовки, каждый юный астроном должен подобрать себе занятие по силам и исходить из своих реальных возможностей.
astronom-us.ru
Календарь событий на «Элементах»
18–22 октября 2010 года, Санкт-Петербург.
Организаторы:Оптическое общество им. Д. С. Рождественского (ООР),Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО),Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова (ГОИ),Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ),Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ),Открытое акционерное общество «ЛОМО», Санкт-Петербург,Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург (ФТИ).
Конференция проводится при участии Оптического общества Америки (OSA), Международного общества по оптической технике (SPIE) и Международной комиссии по оптике (ICO)
Секции конференции:
- оптика фемто- и аттосекундных импульсов,
- квантовая оптика и фундаментальная спектроскопия,
- когерентные процессы взаимодействия света с веществом
- новые принципы оптической передачи, обработки и хранения информации.
- оптика для биологии и медицины.
Языки конференции: русский и английский.
В ходе проведения конференции состоятся семинары «Терагерцовая оптика и спектроскопия», председатель семинара А. П. Шкуринов (МГУ) и «Оптические метаматериалы, фотонные кристаллы и наноструктуры» сопредседатели семинара П. А. Белов (НИУ ИТМО), А. П. Виноградов (ИТПЭ РАН), К. Р. Симовский (School of Science and Technology at Aalto University, Finland).
Последний срок представления тезисов докладов и регистрационных форм: 24 мая 2010 г.
Контакты:197101, Санкт-Петербург, Кронверский пр., 49 , ауд. 307, Оргкомитет ФПО-2010;тел/факс: (812) 232-14-67;E-mail: [email protected].
Сайт конференции
0
Написать комментарий
Вход в систему
elementy.ru
Методы астрономических исследований
Испокон веков основным методом исследований, применявших астрономы для своей работы, были наблюдения. Сначала они проводились исключительно невооруженным глазом, почти без применения другого вспомогательного принадлежности. Ведь простейшие измерения на небе можно осуществлять, ориентируясь на собственные «эталоны» для сравнения. Например, известно, что угловое расстояние между большим пальцем руки и мизинцем взрослого человека (если руку распрямить) будет равняться примерно 18 угловым градусам. Также можно использовать для сравнения известны расстояния между яркими звездами.
Шкала звездных величин прежде всего также базировалась на чисто визуальных сравнениях. Надо сказать, что наш глаз — это очень чувствительный прибор, который замечает колебания блеска и цвета почти с такой же точностью, как и точные приборы современности. Однако мы не можем с помощью только нашего зрения измерить, насколько изменилась та или иная характеристика, мы можем только сказать, что это произошло.
С совершенствованием методов и технологий астрономического приборостроения астрономы получили возможность с высокой точностью измерять не только координаты и яркость, а и спектры звезд и других объектов звездного неба, а также малейшие отклонения от измеренной величины во времени. Так, например, стало известно об изменяемости нашего Солнца (амплитуда колебаний его блеска настолько незначительна, что это невозможно было зарегистрировать ранее).
При этом совершенствование приемников астрономических изображений сделало возможным исследование все менее и менее ярких объектов. Теперь человечество точные звездные каталоги, насчитывающие информацию о миллиардах звезд со многими их характеристиками.
Но прогресс не только предоставил нам возможность постоянно уточнять полученные ранее данные и продвигаться в глубины едва заметных источников света в бескрайних просторах Вселенной. Разработка приемников нового типа позволила значительно расширить диапазон электромагнитного спектра, который мы можем наблюдать. Таким образом, родилась астрономия невидимого, и ученые начали наблюдать инфракрасное и ультрафиолетовое излучение небесных объектов, а также проникли в глубины радиодиапазона.
Эти новые горизонты открыли перед астрономами еще неизвестные возможности по изучению областей звездообразования и скоплений газа и пыли, активно излучают в инфракрасном диапазоне. Новый толчок получили также исследования радиогалактик и других радиоисточников и связанных с ними активных объектов — крупных сверхмассивных черных дыр, квазаров, пульсаров и т.д.. Открытие на пороге становления радиоастрономии реликтового излучения сыграло важную роль в понимании механизма образования Вселенной.
Однако какое бы исключительное значение в астрономии не было свойственно именно наблюдением, как и в любой другой науке, здесь есть место и эксперимента и модельным исследованиям. Так, еще в первые годы, когда на Землю были доставлены образцы лунного грунта, ученые широко применяли экспериментальные методы для его исследований. В конце 70- х годов XX века очень интересные модельные эксперименты были осуществлены американскими астрофизиками. Они исследовали возможную роль комет в рождении и переносе жизни во Вселенной. Так, было изготовлено миниатюрную модель кометы, состоящая исключительно из неорганических веществ и простейшей органики. Ее подвергли жестким условиям, близким к реальным, имеющихся в межпланетном пространстве. После окончания эксперимента ученые сделали вывод о наличии сложных органических молекул в модельной «комете».
В последнее время значительно возросла информативность и объемы работы, выполняемые непосредственно на объектах исследования. То есть люди чаще стали отправлять автоматические межпланетные станции, часто оборудованы посадочными модулями. Наиболее исследуемой планете сегодня, бесспорно, является Марс. На его поверхности в настоящее время находятся два американских зонды, выполняющих широкий спектр научных задач.
Конечно, любой эксперимент проходит гораздо лучше и является более информативным, если в непосредственной близости находится сам экспериментатор. Пока уровень развития космической техники позволил человечеству исследовать таким способом только Луна, на который человек впервые высадилась еще в далеком 1969 году. Однако современные астрофизики возлагают большую надежду на то, что в недалеком будущем станет реальной пилотируемая экспедиция на Марс. Не исключено, что интерес к посещению Луны ближайшее время тоже вырастет — сейчас отрабатываются проекты по созданию на его поверхности первых опытных поселений.
Теги: Астрономия, вселенная, галактика, космос, наблюдение за космосом, небесные тела, небесные тела рефератbagazhznaniy.ru
Астрономия – это что за наука?
Некоторое время в школьной программе вообще не было такого предмета, как астрономия. Сейчас же эта дисциплина входит в обязательный учебный курс. Астрономию начинают изучать в разных школах по-разному. Иногда эта дисциплина впервые появляется в расписании у семиклассников, а в некоторых учебных заведениях ее преподают только в 11 классе. У школьников возникает вопрос о том, зачем нужно учить этот предмет, астрономию? Давайте узнаем, что это за наука и как знания о космосе могут пригодиться нам в жизни?
Понятие науки астрономии и предмета её изучения
Астрономия – это естественная наука о Вселенной. Предметом её изучения являются космические явления, процессы и объекты. Благодаря этой науке мы знаем, что такое звёзды, планеты, спутники, кометы, астероиды, метеориты. Также астрономические знания дают понятие о космосе, расположении небесных тел, их движении и образовании их систем.
Астрономия – это та наука, которая объясняет непонятные явления, составляющие неотъемлемую часть нашей жизни.
Зарождение и развитие астрономии
Самые первые представления человека о Вселенной были очень примитивными. Они основывались на религиозных убеждениях. Люди думали, что Земля – это центр мироздания, и что к твёрдому небу крепятся звёзды.
В дальнейшем развитии этой науки выделяют несколько этапов, каждый из которых называют астрономической революцией.
Первый такой переворот происходил в разное время в различных регионах мира. Приблизительное начало его осуществления – 1500 лет до нашей эры. Причиной первой революции стало развитие математических знаний, а результатом – возникновение сферической астрономии, астрометрии и точных календарей. Основное достижение этого периода – возникновение геоцентрической теории мира, ставшей итогом античных знаний.
Вторая революция в астрономии происходила в период с XVI по XVII век. Она была вызвана бурным развитием естественных наук и появлением новых знаний о природе. В этот период для объяснения астрономических процессов и явлений стали использоваться законы физики.
Главные достижения данного этапа развития астрономии – это обоснование законов движения планет и всемирного тяготения, изобретение оптического телескопа, открытие новых планет, астероидов, звёздных систем, возникновение первых космологических гипотез.
Далее развитие науки о космосе ускорилось. Была изобретена новая техника, помогающая в астрономических исследованиях. Появившаяся возможность изучения химического состава небесных тел, подтвердила единство всего космического пространства.
Третья астрономическая революция происходила в 70-90-х годах ХХ столетия. Обусловлена она была прогрессом техники и технологии. На этом этапе появляется всеволновая, экспериментальная и корпускулярная астрономия. Это значит, что теперь все объекты космоса могут рассматриваться с помощью излучаемых ими электромагнитных волн, корпускулярного излучения.
Подразделы астрономии
Как мы видим, астрономия – это древняя наука, и в процессе долгого развития она приобрела разветвлённую, отраслевую структуру. Концептуальную основу классической астрономии составляют три её подраздела:
- Теоретическая астрономия — это наука, изучающая движение небесных тел по орбитам. Она определяет положение орбит по текущему местонахождению планеты.
- Астрометрия в основу своих учений берёт пространство и время. С помощью математических методов она определяет видимые положения и движение космических объектов. Изучает изменение координат космических тел.
- Небесная механика рассматривает законы движения объектов в космосе и их построение в системы.
Помимо этих основных разделов существуют ещё:
- астрофизика;
- звёздная астрономия;
- космогония;
- космология.
Новые течения и современные направления в астрономии
В последнее время в связи с ускорением развития многих наук стали появляться прогрессивные отрасли, занимающиеся довольно специфическими исследованиями в области астрономии.
- Гамма-астрономия исследует космические объекты по их излучению.
- Рентгеновская астрономия аналогично предыдущей отрасли берёт за основу исследований рентгеновские лучи, которые исходят от небесных тел.
Основные понятия в астрономии
Что же является базовыми понятиями этой науки? Для того чтобы мы могли глубже изучать астрономию, нужно ознакомиться с основами.
Космос – это совокупность звёзд и межзвёздного пространства. По сути, это и есть Вселенная.
Планета – это специфическое небесное тело, которое вращается по орбите вокруг звезды. Такое название дают только тяжеловесным объектам, которые способны приобретать округлую форму под воздействием собственной гравитации.
Звезда – это массивный шарообразный объект, состоящий из газов, внутри которого происходят термоядерные реакции. Самой близкой и известной звездой для нас является Солнце.
Спутник в астрономии — это небесное тело, вращающееся вокруг объекта, который больше по размеру и удерживается гравитацией. Спутники бывают естественными – например Луна, а также искусственно созданными человеком и запущенными на орбиту для трансляции необходимой информации.
Галактика – это гравитационная связка звёзд, их скоплений, пыли, газа и тёмной материи. Все объекты галактики движутся относительно её центра.
Туманность в астрономии – это межзвёздное пространство, которое имеет характерное излучение и выделяется на общем фоне неба. До появления мощных телескопических приборов галактики часто путали с туманностями.
Склонение в астрономии – это характеристика, присущая каждому небесному телу. Так называют одну из двух координат, отражающую угловое расстояние от космического экватора.
Современная терминология науки астрономии
Инновационные методы изучения, о которых шла речь раньше, способствовали появлению новых астрономических терминов:
«Экзотические» объекты – источники оптического, рентгеновского, радио- и гамма- излучений в космосе.
Квазар – простыми словами, это звезда, обладающая сильным излучением. Её мощность может быть больше, чем у целой галактики. Такой объект мы видим в телескоп даже на огромном расстоянии.
Нейтронная звезда – последняя стадия эволюции небесного тела. Этот космический объект имеет невообразимую плотность. Для примера, вещество, из которого состоит нейтронная звезда, умещающееся в чайной ложке, будет весить 110 миллионов тонн.
Связь астрономии с другими науками
Астрономия – это наука, которая тесно связана с различными знаниями. В своих исследованиях она пользуется достижениями многих отраслей.
Проблематика распространения на Земле и в космосе химических элементов и их соединений – вот связующее звено между химией и астрономией. Кроме того, у учёных большой интерес вызывают исследования химических процессов, происходящих в космических просторах.
Земля может рассматриваться как одна из планет Солнечной системы – в этом выражается связь астрономии с географией и геофизикой. Рельеф земного шара, происходящие климатические и сезонные изменения погоды, магнитные бури, потепления, ледниковые периоды – для изучения всех этих и ещё многих явлений географы используют астрономические знания.
Что стало основой для зарождения жизни? Это вопрос общий для биологии и астрономии. Общие труды двух указанных наук направлены на решение дилеммы возникновения живых организмов на планете Земля.
Ещё более тесная взаимосвязь астрономии с экологией, которая рассматривает проблему влияния космических процессов на биосферу Земли.
Способы наблюдений в астрономии
Основой для сбора информации в астрономии является наблюдение. Какими же способами можно наблюдать за процессами и объектами в космосе и какой инструментарий сейчас применяется для этих целей?
Невооружённым взглядом мы можем заметить на небосклоне несколько тысяч звёзд, но иногда кажется, что мы видим целый миллион или миллиард светящихся ярких точек. Это зрелище само по себе захватывающее, хотя с помощью увеличивающих приборов можно заметить больше интересного.
Даже обычный бинокль с возможностью восьмикратного увеличения даёт шанс увидеть несметное количество небесных тел, а обычные звёзды, которые мы видим и невооружённым взглядом, становятся намного ярче. Самый интересный объект для созерцания в бинокль – это Луна. Уже при небольшом увеличении можно увидеть некоторые кратеры.
Телескоп же даёт возможность увидеть не просто пятна морей на Луне. Наблюдая за звёздным небом с помощью этого прибора, можно изучить все особенности рельефа земного спутника. Также взору наблюдателя открываются невидимые до этого момента кольца Сатурна, отдалённые галактики и туманности.
Созерцание звёздного неба в телескоп – не только очень увлекательное занятие, но иногда и достаточно полезное для науки. Многие астрономические открытия совершались не исследовательскими институтами, а простыми любителями.
Значение астрономии для человека и общества
Астрономия – это наука интересная и полезная одновременно. В наше время астрономические методы и инструменты используются для:
- прогнозирования погоды;
- осуществления морской и авиационной навигации;
- установления точных дат исторических событий;
- картографического изображения территории планеты, построения топографических карт.
Вместо послесловия
Учитывая всё вышесказанное, усомниться в полезности и необходимости астрономии не сможет никто. Эта наука помогает лучше понять все аспекты существования человека. Она дала нам знания о зарождении жизни на Земле и открыла доступ к интересной информации.
С помощью астрономических исследований мы можем детальнее изучить свою планету, а также постепенно продвигаться вглубь Вселенной, чтобы узнавать всё больше об окружающем нас пространстве.
fb.ru
