Методи астрономічних спостережень

Лекція №1

Предмет астрономії. Зв’язок астрономії з іншими науками

Методи астрономічних спостережень

Мета: сформувати поняття астрономії як науки про небесні тіла; показати зв’язок астрономії з іншими науками; сформувати уявлення про астрономічні спостереження та їхні особливості. Основні поняття: астрономія, небесні тіла, телескоп, рефрактор, рефлектор, радіотелескоп, обсерваторія. Студенти повинні мати уявлення про розвиток астрономії як науки та її зв’язок з іншими науками; способи та інструменти астрономічних досліджень. Студенти повинні знати: основні типи телескопів та відмінності між ними.

Однією з найдавніших наук вважають астрономію. Найдревніші людські цивілізації закладали її основи, збагачували результатами спостережень. Елементарні астрономічні відомості вже тисячі років тому мали народи Вавілону, Єгипту, Китаю і застосовували їх для вимірювання часу та орієнтування за сторонами горизонту. Розвиток цієї науки зумовлений не тільки природною цікавістю людини до непізнаного, а й повсякденними практичними потребами. Спостерігаючи за зорями, планетами, Місяцем та Сонцем, люди намагалися встановити причинно-наслідкові зв’язки між небесними явищами та подіями на Землі. Результатом багатовікових спостережень за зоряним небом є відкриття закономірностей руху і взаємодії, походження та еволюції зір, планет та інших тіл і їхніх систем у Всесвіті.

Слово «астрономія» грецького походження і складається із двох слів: astron – зоря і nomos – знання. Сучасна астрономія – це наука про закони руху, будову та розвиток небесних тіл та їхніх систем.

Астрономія вивчає всю сукупність небесних світил: планети та їхні супутники, комети і меторні тіла, Сонце, зорі, ззоряні сукупчення, туманності, галактики, а також речовину та поля, які заповнюють простір між світилами.

І в наш час астрономію використовують для визначення точного часу й географічних координат (у навігації, авіації, космонавтиці, геодезії, картографії). Астрономія допомагає досліджувати й освоювати космічний простір, розвивати космонавтику й вивчати нашу планету з космосу. Однак цим далеко не вичерпую ться завдання, які вона розв'язує.

Залежно від того, які об’єкти вивчають та які методи для цього застосовують, астрономія поділяється на багато розділів.

Астрометрія (від грецького astron – зоря і metron – міра) – найдавніший розділ астрономії, що займається побудовою систем небесних координат та визначенням координат світил; визначенням часу та побудовою календарів; вивченням руху Землі.

Небесна механіка вивчає рух небесних тіл під дією гравітації, а також займається визначенням орбіт космічних апаратів.

Астрофізика вивчає фізичні процеси у надрах та на поверхні небесних тіл, їх хімічний склад.

Горяна астрономія займається дослідженням будови та розвитку нашої зоряної системи – Галактики.

Космогонія (від грецьких kosmos – космос і gone – народжений) – розділ астрономії, що вивчає походження об’єктів космосу і, зокрема, проблему походження Сонячної системи.

Вивчення походження та еволюції Всесвіту в цілому – основна задача космології.

Нагромадженням та обробкою значної кількості інформації про певні об’єкти Всесвіту займаються такі розділи астрономії, як фізика Сонця, фізика планет, фізика зір і туманностей, кометна астрономія, метеорна астрономія, метеоритика.

Астрономія перебуває в тісному зв’язку з іншими науками. Набуті астрономами протягом тисячоліть знання, часто ставали у нагоді представникам інших наук і, навпаки, досягнення фізики, математики, космонавтики суттєво вплинули на розвиток астрономії. Вивчаючи астрономію, ви переконаєтесь у цьому.

Основним методом дослідження в астрономії є спостереження. Астрономічні спостереження пасивні, тобто в астрономів практично немає можливості впливати на спостережувані об’єкти. Процеси у Всесвіті відбуваються дуже повільна за земними мірками. Спостерігаючи за деякими небесними тілами протягом багатьох років, не вдається помітити змін. Тому дуже цінними є дані, отримані древніми вченими, хоча за сучасними критеріями вони дуже неточні. Слід також зазначити, що, перебуваючи на Землі, ми разом із нею беремо участь у багатьох рухах (обертання навколо осі та навколо Сонця, рух усієї Сонячної системи навколо центра Галактики, рух самої Галактики). Проводячи спостереження, необхідно розуміти та враховувати це.

Найважливішими астрономічними приладами є телескопи (від грецьких слів tele – далеко, scopeo – дивлюся). Ці оптичні прилади використовують для візуальних та фотографічних спостережень небесних тіл. Перший телескоп збудував Галілео Галілей (1564-1642 р.) у 1609 році. Вдосконалюючи конструкцію, учений довів збільшення своїх телескопів від триразового до 35-ти разового.

Основними частинами телескопа є об’єктив, окуляр, тубус (труба-корпус) і система монтування.

Телескопи поділяють на три групи:

• рефрактори (від латинського рефрактус – заломлений), або лінзові (об’єктивом є лінза або система лінз) (рис. 1);

• рефлектори (від латинського рефлекто – відбиваючий), або дзеркальні (об’єктивом є увігнуте дзеркало) (рис. 2);

• меніскові, або комбіновані дзеркально-лінзові (рис. 3).

Діаметр об’єктива значно більший від зіниці ока і тому джерела світла при спостереженні їх через телескоп здаються значно яскравішими. Слабкі зорі, які неозброєним оком побачити неможливо, добре видно в телескоп:

Телескоп Галілея був рефрактором (діаметр лінзи 5, 3 см). Найбільший рефрактор у світі, що має лінзу-об’єктив діаметром 102 см, знаходиться в Йєрській обсерваторії (Чикагський університет, США). Перший рефлектор побудував у 1668 році І. Ньютон (діаметр дзеркала 2, 5 см). У найбільшого у світі рефлектора – увігнуте дзеркало діаметром 605 см (Ставропольський край, Росія). Радянський оптик Д. Д. Максутов (1896-1964) створив менісковий телескоп.

Сучасні телескопи дають 500-разове збільшення. Усі великі телескопи змонтовані на спеціальних пристроях, які повертаються в напрямку обертання неба з тією ж швидкістю (~ 15° за годину) з якою обертається Земля навколо своєї осі. Це дозволяє проводити тривале спостереження за однією і тією ж ділянкою неба.

Крім світла, зірки випромінюють електромагнітні хвилі інших частот, зокрема радіохвилі. Для приймання та реєстрації радіовипромінювання небесних об’єктів використовують радіотелескопи. Радіотелескоп складається з антени і надчутливого радіоприймача з підсилювачем. Антеною може бути металеве параболічне дзеркало або каркас параболічної форми, вкритий металевою сіткою. Антени діаметром до 100 м встановлюють на спеціальні опори, які можуть повертатися. Такий радіотелескоп можна навести на будь-яку ділянку неба. Більші антени складають з окремих частин, використовуючи при цьому особливості рельєфу. На початку 70-х років XX століття був побудований 300 метровий нерухомий радіотелескоп у кратері згаслого вулкана в Пуерто-Рико. У 1976 році в СРСР побудований радіотелескоп РАТАН-600 діаметром 600 метрів (складається з 895 окремих дзеркал розміром 2x7, 4 м). Нерухомими радіотелескопами можна досліджувати лише вузьку смугу, неба, яка проходить перед ними під час видимого добового обертання неба, але якість спостережень є дуже високою.

Один із найбільших у світі повноповоротних радіотелескопів установлений у Криму біля Євпаторії у 1978 році. Діаметр його антени – 70м.

Астрономічні спостереження переважно проводяться у спеціально об
ладнаних науково-дослідних установах – обсерваторіях.

Одну з перших обсерваторій побудував на острові Родос давньогрецький астроном Гіппарх (бл. 190-125 pp. до н.е.). Саме тут був створений перший каталог, до якого занесено 1022 зорі.

Обсерваторія султана Улугбека, побудована у XV столітті на околиці Самарканда, містила величезний кутомірний прилад – секстант, радіус дуги якого перевищує 40 м. В обсерваторії Улугбека вперше була виміряна доволі важлива в астрономії величина – нахил екліптики до екватора, і складені астрономічні каталоги для зір та планет.

Відома в науковому світі Пулковська обсерваторія (Росія) відкрита у 1839 poці. За точність робіт її назвали «астрономічною столицею світу».

Найбільшими в Україні є Кримська астрофізична обсерваторія (КрАО), Астрономічна обсерваторія Академії наук, а також університетські обсерваторії в Києві, Харкові, Львові, Одесі.

Проходячи через земну атмосферу, слабкі сигнали від космічних об’єктів спотворюються, поглинаються та розсіюються і їх неможливо реєструвати наземними приладами. У 1957 році в СРСР- було запущено штучний супутник Землі. Це започаткувало дослідження Всесвіту за допомогою космічної техніки.

Інтенсивний розвиток космонавтики спричинив створення і запуск штучних супутників Землі, Місяця та планет, дозволив відправляти автоматичні апарати до тіл Сонячної системи та здійснювати пілотовані польоти на Місяць, 12 землян побували на Місяці. Зараз на навколоземній орбіті працює потужний телескоп «Габбла», за допомогою якого проводяться доволі якісні спостереження космічних об’єктів.

Астрономічна Обсерваторія на горі Піп Іван. Урочисте відкриття обсерваторії відбулося 29 липня 1938 року. Після початку другої світової війни працівники обсерваторії евакуювали найцінніше обладнання: п'ять лінз великого діаметру, дві лінзи меншого діаметру, два мікрометри та два хронометри. Ці предмети потрапили у листопаді 1939 року до Будапештської астрономічної обсерваторії, а під кінець війни - до Відня, звідки повернулися до Польщі у перші повоєнні роки. Змонтований трилінзовий об'єктив знаходиться в Шльонському планетарії. Об'єктив рефрактора служив кілька років в Островіку для візуального спостереження слабих змінних зірок.
Будинок обсерваторії на г. Піп Іван та залишки обладнання наприкінці 1939 року перейшли у власність радянських властей. До останніх чисел червня 1941 року тут проводились метеорологічні спостереження, запускалися радіозонди і кулі-пілоти. Після нападу Німеччини на СРСР до пізньої осені 1941 року у будинку обсерваторії розміщувався підрозділ угорських військ. Металеві частини астрографа були перевезені до Львова, де до останнього часу зберігалися у фізичному корпусі Львівського державного університету на вулиці Кирила і Мефодія. Надалі приміщення було покинуте і місцеві мешканці розтягли з неї все, що являло хоч якусь цінність, у тому числі мідні листи з куполу та даху обсерваторії. Після цього діяльність обсерваторії більше не відновлювалась.

Основним астрономічним інструментом обсерваторії був 33-сантиметровий астрограф виробництва фірми " Sir Howard Hrabb Parson Co", з Ньюкасла, Великобританія.