Věda | |
Astronomie | |
---|---|
Angličtina Astronomie | |
Téma | přírodní věda |
Předmět studia | Vesmír |
Období původu | 18. století |
Hlavní směry | nebeská mechanika , astrofyzika , kosmologie , planetologie atd. |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Astronomie (z jiného řeckého ἄστρον - "hvězda" a νόμος - "zákon") - věda o vesmíru , studující umístění, pohyb , strukturu, původ a vývoj nebeských těles ( planety , hvězdy , asteroidy atd.) a systémů [1] .
Astronomie studuje zejména Slunce a další hvězdy , planety sluneční soustavy a jejich satelity , exoplanety , asteroidy , komety , meteoroidy , meziplanetární hmotu , mezihvězdnou hmotu , pulsary , černé díry , mlhoviny , galaxie a jejich kupy , kvasary a mnoho dalšího . [1] .
Termín „astronomie“ ( starořecky ἀστρονομία ) je utvořen ze starořeckých slov ἀστήρ, ἄστρον (astra, astron) – „ hvězda “ a νόμος (nomos) – „zvyk, zřízení, zákon“ [1] .
Astronomie je jednou z nejstarších a nejstarších věd . Vzniklo z praktických potřeb lidstva.
Od té doby, co na Zemi byli lidé, vždy se zajímali o to, co viděli na obloze. Už ve starověku si všímali vztahu mezi pohybem nebeských těles na obloze a periodickými změnami počasí. Astronomie byla poté důkladně promíchána s astrologií .
Podle umístění hvězd a souhvězdí určovali primitivní farmáři začátek ročních období. Nomádské kmeny se řídily sluncem a hvězdami. Ke vzniku kalendáře vedla potřeba chronologie. Už pravěcí lidé věděli o hlavních jevech spojených s východem a západem Slunce, Měsíce a některých hvězd. Periodické opakování zatmění Slunce a Měsíce je známo již velmi dlouho. Mezi nejstarší písemné prameny patří popisy astronomických jevů, ale i primitivní výpočtová schémata pro předpovídání času východu a západu slunce jasných nebeských těles, metody počítání času a udržování kalendáře.
Prehistorické kultury a starověké civilizace po sobě zanechaly četné astronomické artefakty , svědčící o jejich znalosti zákonů pohybu nebeských těles. Příklady zahrnují předdynastické starověké egyptské památky a Stonehenge . Již první civilizace Babyloňanů , Řeků , Číňanů , Indů , Mayů a Inků prováděly metodická pozorování noční oblohy .
Astronomie se úspěšně rozvíjela ve starověkém Babylonu, Egyptě, Číně a Indii. Čínská kronika popisuje zatmění Slunce, ke kterému došlo ve 3. tisíciletí před naším letopočtem. E. Teorie, které na základě pokročilé aritmetiky a geometrie vysvětlovaly a předpovídaly pohyb Slunce, Měsíce a jasných planet, vznikly v zemích Středomoří v posledních staletích předkřesťanské éry. Spolu s jednoduchými, ale účinnými nástroji sloužily praktickým účelům až do renesance.
Zvláště velkého rozvoje dosáhla astronomie ve starověkém Řecku. Pythagoras nejprve dospěl k závěru, že Země má kulovitý tvar, a Aristarchos ze Samosu navrhl, že Země obíhá kolem Slunce. Hipparchos ve 2. století před naším letopočtem E. sestavil jeden z prvních hvězdných katalogů. V díle Ptolemaia " Almagest ", napsaném ve II. n. e., nastínil geocentrický systém světa , který byl obecně přijímán téměř jeden a půl tisíce let. Ve středověku dosáhla astronomie významného rozvoje v zemích Východu. V XV století. Ulugbek postavil nedaleko Samarkandu na tehdejší dobu přesnými přístroji observatoř. Zde byl sestaven první katalog hvězd po Hipparchovi.
Od 16. stol začíná rozvoj astronomie v Evropě. Nové požadavky byly kladeny v souvislosti s rozvojem obchodu a plavby a se vznikem průmyslu, přispěly k osvobození vědy od vlivu náboženství a vedly k řadě zásadních objevů.
Ze všech přírodních věd byla astronomie nejvíce napadána papežskou kurií . Až v roce 1822 inkvizice formálně oznámila – na rozdíl od dřívějších názorů katolické církve –, že v Římě je povoleno tisknout knihy, v nichž se soudí o pohybu země a nehybnosti slunce. Poté, při vydání Indexu zakázaných knih v roce 1835, z něj byla vyloučena jména Koperník , Kepler a Galileo [2] .
Ke konečnému oddělení vědecké astronomie došlo během renesance a trvalo to dlouho. Ale teprve vynález dalekohledu umožnil astronomii vyvinout se v moderní nezávislou vědu.
Historicky astronomie zahrnovala astrometrii , hvězdnou navigaci , pozorovací astronomii , kalendář a dokonce astrologii . V dnešní době je profesionální astronomie často považována za synonymum astrofyziky .
Zrod moderní astronomie je spojen s odmítnutím geocentrického systému světa Ptolemaia (II. století) a jeho nahrazením heliocentrickým systémem Mikuláše Koperníka (polovina 16. století), se začátkem studia nebeských těles s tzv. dalekohled (Galileo, počátek 17. století) a objev zákona univerzální přitažlivosti ( Isaac Newton , konec 17. století). XVIII-XIX století byla pro astronomii obdobím hromadění informací a znalostí o sluneční soustavě, naší Galaxii a fyzikální podstatě hvězd, Slunce, planet a dalších vesmírných těles.
Vědeckotechnická revoluce 20. století měla mimořádně velký vliv na rozvoj astronomie a zejména astrofyziky.
Nástup velkých optických dalekohledů, vytvoření radioteleskopů s vysokým rozlišením a provádění systematických pozorování vedly k objevu, že Slunce je součástí obrovského systému ve tvaru disku sestávajícího z mnoha miliard hvězd - galaxií . Na počátku 20. století astronomové zjistili, že tento systém je jednou z milionů podobných galaxií.
Objev dalších galaxií byl impulsem pro rozvoj extragalaktické astronomie. Studium spekter galaxií umožnilo Edwinu Hubbleovi v roce 1929 odhalit fenomén „ recese galaxií “, který byl později vysvětlen na základě obecné expanze vesmíru.
Využití raket a umělých družic Země pro mimoatmosférická astronomická pozorování vedlo k objevu nových typů kosmických těles: rádiových galaxií, kvasarů, pulsarů, zdrojů rentgenového záření atd. Základy teorie vývoje hvězd a kosmogonie sluneční soustavy byly vyvinuty. Úspěchem astrofyziky 20. století byla relativistická kosmologie, teorie vývoje vesmíru.
Astronomie je jednou z mála věd, kde mohou i neprofesionálové hrát aktivní roli: amatérská astronomie přispěla k řadě významných astronomických objevů.
Moderní astronomie je rozdělena do řady oddílů, které spolu úzce souvisí, takže rozdělení astronomie je poněkud libovolné. Hlavní odvětví astronomie jsou:
Tyto tři větve se zabývají především prvním problémem astronomie (studium pohybu nebeských těles) a jsou často označovány jako klasická astronomie .
Řada oborů astrofyziky se vyznačuje specifickými výzkumnými metodami.
V těchto dvou částech jsou řešeny především otázky druhého problému astronomie (stavba nebeských těles).
Na základě všech získaných poznatků o nebeských tělesech řeší poslední dva oddíly astronomie její třetí problém (vznik a vývoj nebeských těles).
Kurz obecné astronomie obsahuje systematický výklad informací o hlavních metodách a hlavních výsledcích dosažených různými odvětvími astronomie.
Jedním z nových směrů, který se zformoval až ve druhé polovině 20. století , je archeoastronomie , která studuje astronomické znalosti starověkých lidí a pomáhá datovat starověké stavby na základě fenoménu zemské precese .
Studium hvězd a hvězdného vývoje je základem našeho chápání vesmíru . Astronomové studují hvězdy pomocí pozorování i teoretických modelů a nově také pomocí počítačových numerických simulací.
K tvorbě hvězd dochází v plynových a prachových mlhovinách . Dostatečně husté oblasti mlhovin mohou být stlačovány gravitací a zahřívají se díky potenciální energii, která se v tomto případě uvolňuje. Když se teplota dostatečně zvýší, začnou v jádru protohvězdy termonukleární reakce a stane se hvězdou [3] :264 .
Téměř všechny prvky těžší než vodík a helium vznikají ve hvězdách .
Hlavní úkoly astronomie jsou [1] :
Řešení těchto problémů vyžaduje vytvoření efektivních výzkumných metod, jak teoretických, tak praktických. První problém je řešen pomocí dlouhodobých pozorování, která začala ve starověku, a také na základě zákonů mechaniky , které jsou známé již asi 300 let. Proto máme v této oblasti astronomie nejbohatší informace, zejména pro nebeská tělesa relativně blízko Zemi : Měsíc , Slunce , planety , asteroidy atd.
Řešení druhého problému bylo možné díky nástupu spektrální analýzy a fotografie . Studium fyzikálních vlastností nebeských těles začalo ve druhé polovině 19. století a hlavní problémy - až v posledních letech.
Třetí úkol vyžaduje akumulaci pozorovaného materiálu. V současnosti jsou taková data stále nedostatečná pro přesný popis procesu vzniku a vývoje nebeských těles a jejich soustav. Znalosti v této oblasti jsou proto limitovány pouze obecnými úvahami a řadou více či méně pravděpodobných hypotéz.
Čtvrtý úkol je největší a nejtěžší. Praxe ukazuje, že stávající fyzikální teorie k jejímu vyřešení nestačí. Je třeba vytvořit obecnější fyzikální teorii schopnou popsat stav hmoty a fyzikální procesy při mezních hodnotách hustoty , teploty , tlaku . K vyřešení tohoto problému jsou zapotřebí pozorovací data v oblastech vesmíru, které se nacházejí ve vzdálenostech několika miliard světelných let. Moderní technické možnosti neumožňují podrobně studovat tyto oblasti. Tento úkol je však nyní nejnaléhavější a úspěšně jej řeší astronomové z řady zemí včetně Ruska .
V astronomii, stejně jako v jiných vědách, existuje mnoho nevyřešených problémů .
Ve 20. století se astronomie rozdělila na dvě hlavní větve:
Tyto dvě větve se vzájemně doplňují: teoretická astronomie hledá vysvětlení pro výsledky pozorování, zatímco observační astronomie poskytuje materiál pro teoretické závěry a hypotézy a možnost jejich testování.
Většina astronomických pozorování je registrace a analýza viditelného světla a jiného elektromagnetického záření [4] . Astronomická pozorování lze rozdělit podle oblasti elektromagnetického spektra, ve které se měření provádí. Některé části spektra lze pozorovat ze Země (tedy jejího povrchu), zatímco jiná pozorování jsou prováděna pouze ve vysokých nadmořských výškách nebo ve vesmíru (v kosmických lodích obíhajících kolem Země). Podrobnosti o těchto studijních skupinách jsou uvedeny níže.
Optická astronomie (také nazývaná astronomie viditelného světla) je nejstarší formou vesmírného průzkumu [5] . Nejprve byla pozorování načrtnuta ručně. Na konci 19. století a větší části 20. století se výzkum prováděl z fotografií. Obrazy jsou dnes získávány digitálními detektory, zejména detektory založenými na nábojově vázaných zařízeních (CCD). Ačkoli viditelné světlo pokrývá rozsah od asi 4000 Ǻ do 7000 Ǻ (400-700 nanometrů) [5] , zařízení používané v tomto rozsahu umožňuje studovat blízkou ultrafialovou a infračervenou oblast.
Infračervená astronomie se zabývá záznamem a analýzou infračerveného záření z nebeských těles. Přestože se jeho vlnová délka blíží vlnové délce viditelného světla, infračervené záření je silně absorbováno atmosférou, navíc v tomto rozsahu zemská atmosféra silně vyzařuje. Observatoře pro studium infračerveného záření by proto měly být umístěny na vysokých a suchých místech nebo ve vesmíru. Infračervené spektrum je užitečné pro studium objektů, které jsou příliš studené na to, aby vyzařovaly viditelné světlo (jako jsou planety a disky plynu a prachu kolem hvězd). Infračervené paprsky mohou procházet prachovými mračny, která absorbují viditelné světlo, což umožňuje pozorovat mladé hvězdy v molekulárních mracích a galaktických jádrech [6] , včetně hvězd v blízkosti středu naší Galaxie . Některé molekuly silně vyzařují v infračervené oblasti, a to umožňuje studovat chemické složení astronomických objektů (například najít vodu v kometách) [7] .
Ultrafialová astronomie se zabývá vlnovými délkami přibližně od 100 do 3200 Å (10-320 nanometrů) [8] . Světlo na těchto vlnových délkách je absorbováno zemskou atmosférou, takže studium tohoto rozsahu se provádí z horní atmosféry nebo z vesmíru. Ultrafialová astronomie je vhodnější pro studium horkých hvězd (třídy O a B), protože většina záření spadá do tohoto rozsahu. To zahrnuje studie modrých hvězd v jiných galaxiích a planetárních mlhovinách, zbytcích supernov a aktivních galaktických jádrech. Ultrafialové záření je však snadno pohlcováno mezihvězdným prachem, a proto by na něj měla být měření korigována.
Radioastronomie je studium záření o vlnové délce větší než jeden milimetr (přibližně) [8] . Radioastronomie se liší od většiny ostatních typů astronomických pozorování v tom, že studované rádiové vlny lze považovat přesně za vlny, a ne za jednotlivé fotony. Je tedy možné měřit jak amplitudu, tak fázi rádiové vlny, ale pro krátké vlny to není tak snadné [8] .
Ačkoli některé rádiové vlny jsou vyzařovány astronomickými objekty jako tepelné záření, většina rádiových emisí pozorovaných ze Země má původ synchrotronové záření, ke kterému dochází, když se elektrony pohybují v magnetickém poli [8] . Některé spektrální čáry jsou navíc tvořeny mezihvězdným plynem, konkrétně spektrální čárou neutrálního vodíku o délce 21 cm [8] .
V rádiovém dosahu je pozorována široká škála vesmírných objektů, zejména supernovy , mezihvězdný plyn, pulsary a aktivní galaktická jádra [8] .
Rentgenová astronomie studuje astronomické objekty v oblasti rentgenového záření. Objekty normálně vyzařují rentgenové záření kvůli:
Vzhledem k tomu, že rentgenové záření je absorbováno zemskou atmosférou, rentgenová pozorování se provádějí hlavně z orbitálních stanic, raket nebo kosmických lodí. Mezi známé zdroje rentgenového záření ve vesmíru patří: rentgenové dvojhvězdy, pulsary, zbytky supernov, eliptické galaxie, kupy galaxií a aktivní galaktická jádra [8] .
Gama-ray astronomie je studium nejkratší vlnové délky záření z astronomických objektů. Gama paprsky lze pozorovat přímo (družicemi jako Comptonův dalekohled ) nebo nepřímo (specializovanými dalekohledy nazývanými atmosférické Čerenkovovy dalekohledy ). Tyto dalekohledy detekují záblesky viditelného světla produkované absorpcí gama paprsků zemskou atmosférou v důsledku různých fyzikálních procesů, jako je Comptonův jev, a také Čerenkovovo záření [9] .
Většina zdrojů gama záření jsou gama záblesky , které vyzařují gama paprsky po dobu pouhých několika milisekund až tisíců sekund. Pouze 10 % zdrojů gama záření je dlouhodobě aktivních. Jedná se zejména o pulsary, neutronové hvězdy a kandidáty na černé díry v aktivních galaktických jádrech [8] .
Ze Země je pozorováno nejen elektromagnetické záření, ale i jiné druhy záření.
V neutrinové astronomii se k detekci neutrin používají speciální podzemní objekty jako SAGE, GALLEX a Kamioka II/III [8] . Tato neutrina pocházejí především ze Slunce, ale také ze supernov. Moderní observatoře navíc dokážou detekovat kosmické záření, protože se jedná o částice s velmi vysokou energií, které při vstupu do zemské atmosféry dávají vzniknout kaskádám sekundárních částic [10] . Navíc některé budoucí neutrinové detektory budou také přímo citlivé na částice produkované při vstupu kosmického záření do zemské atmosféry [8] .
Astronomie gravitačních vln , která se snaží používat detektory gravitačních vln k pozorování kompaktních objektů, se může stát novým směrem v různých metodách astronomie . Několik observatoří již bylo postaveno, například laserový interferometr gravitační observatoře LIGO [11] . Gravitační vlny byly poprvé objeveny v roce 2015.
Planetární astronomie se zabývá nejen pozemním pozorováním nebeských těles, ale také jejich přímým studiem pomocí kosmických lodí, včetně těch, které na Zemi přivezly vzorky hmoty. Mnoho zařízení navíc sbírá různé informace na oběžné dráze nebo na povrchu nebeských těles a některá tam provádějí různé experimenty.
Astrometrie je jedním z nejstarších oborů astronomie. Zabývá se měřením polohy nebeských objektů. Přesná data o poloze Slunce, Měsíce, planet a hvězd hrála kdysi v navigaci mimořádně důležitou roli. Pečlivá měření polohy planet vedla k hlubokému pochopení gravitačních poruch, což umožnilo s vysokou přesností vypočítat jejich minulé polohy a předpovídat budoucnost. Tato větev je známá jako nebeská mechanika. Nyní sledování objektů v blízkosti Země umožňuje předpovídat jejich přiblížení a také možné kolize různých objektů se Zemí [12] .
Měření paralax blízkých hvězd je základem pro určování vzdáleností v hlubokém vesmíru a měření měřítka vesmíru. Tato měření poskytla základ pro určení vlastností vzdálených hvězd; vlastnosti lze porovnat se sousedními hvězdami. Měření radiálních rychlostí a vlastních pohybů nebeských těles umožňuje studovat kinematiku těchto systémů v naší galaxii. Astrometrické výsledky lze použít k měření rozložení temné hmoty v galaxii [13] .
V 90. letech 20. století byly astrometrické metody měření hvězdných oscilací aplikovány k detekci velkých extrasolárních planet (planet obíhajících kolem sousedních hvězd) [14] .
Výzkum pomocí vesmírných technologií zaujímá zvláštní místo mezi metodami studia nebeských těles a vesmírného prostředí. Začátek byl položen vypuštěním první umělé družice Země v SSSR v roce 1957. Kosmická loď umožnila provádět výzkum ve všech pásmech vlnových délek elektromagnetického záření. Proto je moderní astronomie často nazývána vševlnnou astronomií. Mimoatmosférická pozorování umožňují přijímat ve vesmíru záření, které zemská atmosféra pohlcuje nebo se značně mění: rádiové emise určitých vlnových délek se k Zemi nedostanou, stejně jako korpuskulární záření ze Slunce a jiných těles. Studium těchto dříve nepřístupných typů záření z hvězd a mlhovin, meziplanetárního a mezihvězdného prostředí značně obohatilo naše znalosti o fyzikálních procesech ve vesmíru. Zejména byly objeveny dříve neznámé zdroje rentgenového záření – rentgenové pulsary. Mnoho informací o povaze od nás vzdálených těles a jejich systémech bylo také získáno díky studiím prováděným pomocí spektrografů instalovaných na různých kosmických lodích.
Vícekanálová astronomie využívá k jeho studiu současný příjem elektromagnetického záření, gravitačních vln a elementárních částic emitovaných stejným kosmickým objektem nebo jevem.
Teoretickí astronomové používají širokou škálu nástrojů, které zahrnují analytické modely (například polytropy pro přibližné chování hvězd) a numerické simulace. Každá z metod má své výhody. Analytický procesní model je obvykle lepší v tom, aby se dostal k jádru toho, proč se to (něco) děje. Numerické modely mohou naznačovat přítomnost jevů a efektů, které by jinak pravděpodobně nebyly viditelné [15] [16] .
Teoretici v oblasti astronomie se snaží vytvářet teoretické modely a zkoumat důsledky těchto simulací prostřednictvím výzkumu. To umožňuje pozorovatelům hledat data, která mohou vyvrátit model nebo pomáhají při výběru mezi několika alternativními nebo konfliktními modely. Teoretici také experimentují při vytváření nebo úpravách modelu na základě nových dat. V případě nesrovnalostí je obecnou tendencí pokusit se výsledek opravit s minimálními změnami modelu. V některých případech může velké množství konfliktních dat v průběhu času vést k úplnému opuštění modelu.
Mezi témata studovaná teoretickými astronomy patří dynamika hvězd a vývoj galaxií, rozsáhlá struktura vesmíru, původ kosmického záření, obecná teorie relativity a fyzikální kosmologie, zejména strunová kosmologie a astrofyzika částic. Teorie relativity je důležitá pro studium rozsáhlých struktur, pro které gravitace hraje významnou roli ve fyzikálních jevech. To je základ výzkumu černých děr a gravitačních vln. Některé z široce přijímaných a studovaných teorií a modelů v astronomii, které jsou nyní součástí modelu Lambda-CDM , jsou Velký třesk, expanze vesmíru, temná hmota a základní fyzikální teorie.
Astronomie je jednou z věd, kde může být přínos amatérů významný [17] . Celkový objem amatérských pozorování je větší než u profesionálních, i když technické možnosti amatérů jsou mnohem menší. Někdy si staví vlastní zařízení (jako před 2 stoletími). Nakonec většina vědců vyšla z tohoto prostředí. Hlavními objekty pozorování amatérských astronomů jsou Měsíc, planety, hvězdy, komety, meteorické roje a různé objekty hlubokého vesmíru, jmenovitě: hvězdokupy, galaxie a mlhoviny. Jedno z odvětví amatérské astronomie, amatérská astrofotografie, je fotografování částí noční oblohy. Mnoho fandů se specializuje na zvláštní objekty, typy objektů nebo typy událostí [18] [19] .
Většina amatérů pracuje ve viditelném spektru, ale malý počet experimentuje s jinými vlnovými délkami. To zahrnuje použití infračervených filtrů na konvenčních dalekohledech i použití radioteleskopů . Průkopníkem amatérské radioastronomie je Karl Jansky , který začal s pozorováním oblohy na rádiové frekvenci ve 30. letech 20. století. Někteří amatérští astronomové používají jak domácí dalekohledy, tak radioteleskopy, které byly původně postaveny pro astronomické instituce, ale nyní jsou k dispozici amatérům (jako velké výzkumné ústavy) [20] [21] .
Amatérští astronomové k této vědě přispívají i dnes. Jde o jednu z mála disciplín, kde může být jejich přínos významný. Poměrně často pozorují zákryty hvězd asteroidy a tato data se používají ke zpřesnění drah asteroidů. Občas amatéři najdou komety a mnozí z nich pravidelně pozorují proměnné hvězdy. A pokroky v digitální technologii umožnily amatérům dosáhnout působivých pokroků v astrofotografii [22] [23] [24] .
Rok 2009 byl OSN vyhlášen Mezinárodním rokem astronomie . Hlavní důraz je kladen na zvýšení zájmu veřejnosti o astronomii a jejího porozumění. Za stejným účelem se každoročně koná Astronomický den . 24. září 2020 na 15. zasedání a 24. – 25. března 2021 na 16. zasedání Poradní skupiny pro plánování vesmírných misí (SMPAG) [25] [26] a také 30. dubna 2021 na 7. konferenci o ochraně planet [ 27] diskutovali o rozhodnutí požádat sekretariát OSN o vyhlášení roku 2029 Mezinárodním rokem planetární ochrany.
Jako samostatný předmět byla astronomie zavedena na školách SSSR v roce 1932 (v sedmé a deváté třídě), v roce 1935 byla převedena do desáté třídy. Od roku 1993 byla astronomie převedena do volitelných předmětů a vlastně zmizela z učebních osnov. Podle průzkumů VTsIOM se v roce 2007 29 % Rusů domnívalo, že Země se neotáčí kolem Slunce, ale naopak – Slunce se točí kolem Země a v roce 2011 tento názor zastávalo již 33 % Rusů [28] . Od 1. září 2017 je výuka astronomie na ruských školách opět povinná (v desátém nebo jedenáctém ročníku) [29] [30] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Přírodní vědy | |
---|---|
Sedm svobodných umění | |
---|---|
Trivium Gramatika Rétorika Dialektika ( logika ) kvadrivium Aritmetický Geometrie Astronomie Hudba |