|
Меню сайта
Статистика
|
Астрономия и другие наукиАстрономия и другие наукиАстрономия во все времена развивалась и теперь развивается в тесной связи с другими науками, особенно с математикой и физикой. Математика и физика, так же как и астрономия, зародились в глубокой древности. В Египте, Вавилонии уже за много веков до нашей эры были достигнуты известные успехи в арифметике и геометрии. Там же складывались первоначальные, еще крайне примитивные представления и о некоторых физических явлениях. В древней Греции и ее колониях начиная с VI в. до н. э., а потом и в эллинистических государствах математика и астрономия развивались быстрее физики. В то время физику рассматривали как науку о природе вообще, в том числе и о живой природе. Греческие астрономы стремились объяснить наблюдаемые закономерности и отклонения от них в движениях Солнца, Луны, планет, определить размеры этих небесных тел и расстояния до них. Для этого знаний по математике, заимствованных главным образом из Египта, было недостаточно. Необходимо было научиться решать многообразные геометрические задачи на плоскости и на сфере, с достаточной точностью измерять углы, площади, объемы. Уже в VI—IV вв. до н. э. греческие ученые разработали основы геометрии, а в III в. н. э. крупнейший греческий ученый Евклид дал систематическое изложение ее. Благодаря этому александрийские астрономы приобрели большие знания и опыт в решении геометрических задач на небесной сфере. Греческие ученые овладели и действиями с очень большими числами. В III в. н. э. Архимед решил такую задачу: если Вселенная — шар, «замыкаемый» сферой неподвижных звезд, а размеры ее такие, как предполагал Аристарх Самосский1, старший современник Архимеда, то сколько песчинок вместит этот шар? Речь шла о заведомо огромном числе, а с такими большими числами математики никогда еще дела не имели. Архимед разработал систему последовательно увеличивающихся чисел и показал, что числа как бы уходят в бесконечность. После этого он уже легко высчитал, что количество песчинок, вмещаемое Вселенной, равно единице с 63 нулями. Таким образом, астрономия ставила перед математикой новые задачи и тем самым способствовала ее развитию. Со своей стороны успехи математики помогали прогрессу астрономии. Конечно, было бы ошибочно думать, что математика развивалась только под влиянием запросов астрономии. Математика была необходима и для торговли, и для ремесла, и для других нужд. Без глубокого понимания пропорций и объемов невозможны были бы и замечательные достижения греческой архитектуры и скульптуры. Другая наука, которая в древности (а потом и в средние века) называлась физикой, в то время не помогала прогрессу астрономии и даже задерживала его. В сущности это и не была физика в ее настоящем понимании. Общеизвестно, что в изучении природы наблюдение и опыт играют решающую роль. Только при их помощи можно достоверно узнать, как происходят те или иные явления в природе. Физика в наше время — одна из основных наук о природе, она исследует общие свойства вещества и движения. Современная физика располагает мощными средствами для «испытания» природы путем сложнейших и многообразных опытов. Ученые же древности и средневековья, следуя умозрительным взглядам Аристотеля, не придавали никакого значения наблюдению и опыту. Ученые размышляли о том, как должны совершаться те или иные явления в природе, но не проверяли опытом, так ли они совершаются в действительности. Ученые древности обычно принимали видимое в природе за действительное: если нам на Земле кажется, что Солнце, планеты и звезды движутся вокруг Земли, значит, так и есть на самом деле. При этом они считали, что небесным телам присущи только круговые движения и только вокруг Земли, так как Земля — центральное неподвижное тело во Вселенной и все тела должны «тяготеть» к ней как к самому тяжелому телу. Считали, что если бы Земля двигалась, то все находящееся на ней, а также и окружающий ее воздух должны были бы «слететь» с нее и отстать, а сама Земля при движении рассыпалась бы на части. Находясь во власти таких в корне ошибочных взглядов, древние и средневековые ученые, используя свои математические знания, создавали искусственные схемы кругов, по которым будто бы движутся небесные тела вокруг Земли,— лишь бы не нарушались воззрения Аристотеля, которые всячески поддерживала и религия. Коперник смело и решительно отказался от устарелых физических представлений о невозможности движения Земли, и это позволило ему сделать свое великое открытие. Коперник обосновал положение, что движение Земли в пространстве, даже и с огромной скоростью, остается незаметным для ее обитателей. Суточное движение Солнца и его годичное перемещение среди звезд — это отражение суточного вращения Земли и ее годичного движения вокруг Солнца. Ведь и на самой Земле движение тел воспринимается наблюдателем в зависимости от того, движется ли он сам по Земле или находится в покое. Эта доказанная Коперником относительность движения опровергла аристотелевские представления о том, что видимое в природе всегда есть действительное. Но если кажущееся не всегда есть действительное, то для того, чтобы отличить действительное от кажущегося, необходимы наблюдения, опыт, математический анализ. Поэтому-то открытие Коперника явилось основой успешного развития не только новой астрономии, но и новой физики. И после Коперника астрономия уверенно развивается в теснейшей взаимосвязи с прогрессом как математики, так и физики. Во времена Коперника вершиной математических знаний была тригонометрия — плоская и сферическая. Когда Кеплер открыл законы обращения планет и оказалось, что планеты движутся по эллиптическим орбитам и с неравномерной скоростью, для изучения их движений имеющиеся математические знания и средства вычисления были уже недостаточны. В начале XVII в. шотландец Джон Непер (1550—1617) открыл логарифмы, вскоре затем французский ученый Рене Декарт (1596— 1650) создал аналитическую геометрию, а к концу века Ньютон и немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716) разработали дифференциальное и интегральное исчисления — основные разделы высшей математики. В свете открытого Ньютоном закона всемирного тяготения оказывалось, что движения планет происходят не вполне по законам Кеплера, так как, помимо солнечного притяжения, каждая планета испытывает «возмущение» со стороны других планет. Это же относится и к движению Луны вокруг Земли. Так в трудах Ньютона и великих математиков XVIII в. Леонарда Эйлера, Алексиса Клода Клеро, Жозефа Луи Лагранжа, Пьера Симона Лапласа (1749—1827) сложилась небесная механика — раздел астрономии, изучающий при помощи точнейших математических методов движения небесных тел с учетом всех «возмущений». Когда с конца XVI в. физика стала развиваться на основе наблюдений и опытов, особенное значение приобрели исследования по оптике. Они привели к созданию первых телескопов. Галилео Галилей, направив на небо построенный им телескоп, сделал при помощи его выдающиеся открытия. Оказалось, что применение оптических стекол безмерно расширяет границы видимого мира. С этого времени непрерывно совершенствовались телескопы разных систем и конструкций. Это со временем привело к созданию гигантских астрономических инструментов — рефракторов и рефлекторов. Они оказали науке неоценимые услуги. Однако вплоть до середины XIX в. достижения астрономии ограничивались исследованием формы и движений небесных тел, а о физической природе их в сущности ничего не было известно. Но когда в результате успехов физики возникли спектральный анализ (см. т. 3 ДЭ) и фотография, наступила и новая эра в астрономии. Спектральный анализ в применении к небесным телам дал возможность не только узнать химический состав далеких звезд, но и выяснить, в каких состояниях находятся те или иные химические элементы в различных звездах. А так как во Вселенной существует великое многообразие звезд — они различны и по температуре, и по светимости, и по размерам, и по массам,— то спектральный анализ открывал перспективу познания самых разнообразных состояний вещества, которые невозможно познать в земных условиях. Большие перспективы для астрономии открыла и фотография. Сравнение снятых в разное время фотографий тех или иных участков неба, тех или иных небесных объектов дало возможность подмечать такие изменения на небе, которые без фотографии остались бы незамеченными. Спектральный анализ и фотография развивались далее также в тесной связи. Фотография позволила запечатлевать на пластинках спектры небесных тел, а потом исследовать их в лабораториях. Так на основе успехов физики сложилась новая область астрономии — астрофизика, которая к концу XIX в. уже достигла немалых успехов. XX век ознаменовался важными достижениями в области физики. Были открыты электроны, рентгеновские лучи, явление радиоактивности, изменяемость и превращение элементов. Эти и другие открытия безмерно расширили знания о природе вещества. В свете новых открытий постепенно выяснилось, что вещество во Вселенной, при чрезвычайной разреженности и при сверхплотности, при невообразимо высоких температурах и т. п., может находиться в таких необычных состояниях, какие раньше никогда и не мыслились. Но такие состояния вещества невозможно воспроизвести при помощи опытов в лабораториях на Земле. В грандиозных масштабах многообразные превращения вещества, проявления его необычных свойств происходят в звездах и в туманностях. Только изучая эти процессы, можно раскрыть тайны происхождения и развития небесных тел. Это прямая задача астрономов, и в наше время они ее успешно решают. Но в то же время такие исследования обогащают физику. Действительно, каждая звезда, будь то яркий сверхгигант, белый карлик, переменная звезда — цефеида или звезда иного типа,— это исполинская физическая лаборатория, где непрерывно совершаются физические процессы и происходят явления в масштабах, немыслимых на Земле. На протяжении XIX и начала XX в. загадкой для ученых оставался вопрос об источниках энергии Солнца и звезд. Казалось, нет в природе таких сил, за счет которых можно было бы пополнять огромный расход солнечной энергии на протяжении миллиардов лет. А многие звезды излучают энергии в тысячи раз больше, чем Солнце. Оказалось, что источником звездной, а значит, и солнечной энергии являются ядерные реакции, в частности реакция превращения водорода в гелий. При этих реакциях освобождается и излучается в мировое пространство огромное количество энергии. Кстати, о гелии: когда начались спектральные исследования Солнца, то оказалось, что Солнце (да и другие звезды) состоит из таких химических элементов, которые давно уже известны на Земле. Однако на Солнце был обнаружен и неизвестный еще в то время на Земле самый легкий после водорода газ, который в честь Солнца (по-гречески «гелиос») назвали гелием. Потом гелий был обнаружен и на Земле, только на нашей планете он присутствует в небольших количествах, а на Солнце (и во многих звездах)— его очень много, так как значительная часть водорода на Солнце уже успела превратиться в гелий. Важнейшая задача физики на Земле — создание таких приборов и установок, при помощи которых можно осуществлять «управляемые» ядерные реакции и уже по воле людей превращать одни элементы в другие. Можно не сомневаться, что в близком будущем это будет осуществлено и человечество получит в свое распоряжение для мирных целей такое огромное количество энергии, о котором совсем недавно нельзя было и мечтать. И все-таки это будет в скромных, с космической точки зрения, масштабах нашей планеты. А на Солнце и в звездах раскрывается безграничная картина подобных превращений в таких масштабах и при таких температурах, которые на Земле и в далеком будущем нельзя создать даже при самых блестящих темпах развития науки и техники. Так в наше время при помощи астрономии изучаются и решаются проблемы физики, вопросы состояния и поведения вещества в таких условиях, которых нет на Земле, которые только в будущем могут быть созданы, и даже в таких, которые никогда не могут быть созданы на нашей планете. Изобретение радио в конце XIX в. также было одним из великих достижений физики. Оно быстро нашло свое применение в технике и позволило осуществить беспроволочную связь на дальние расстояния, а потом и по всему земному шару. Теперь радиоволны, приходящие на Землю из глубин Вселенной, улавливаются мощными радиотелескопами. В наше время как никогда тесна связь между астрономией и физикой. Это не значит, что ослабла связь астрономии с математикой. Наоборот, она только укрепилась и усилилась. Современная физика связана не только с опытом и наблюдением, но и со сложными математическими расчетами. Современная небесная механика немыслима без огромных вычислительных работ. Например, сейчас уже известно свыше 1600 малых планет, и для каждой необходимо вычислить орбиту и следить за ее движением с учетом всевозможных «возмущений» от других планет. На помощь астрономии в таких работах теперь пришли счетно-вычислительные машины. Особенно многообразна в наше время связь астрономии с техникой. Когда-то выдающиеся астрономы, такие, как Гершель, Гевелий, Парсонс и многие другие, самостоятельно конструировали и строили с очень скромными техническими средствами свои большие, первоклассные для того времени телескопы. Современный мощный телескоп с его совершенной оптикой, с новейшей аппаратурой для спектральных исследований, для фотографирования неба в разных лучах и для других исследований — это сложнейшее сооружение. Оно воплощает в себе коллективный труд конструкторов, оптиков, механиков, рабочих разных профессий, физиков и астрономов. И это относится не только к телескопу-гиганту, а к любому современному астрономическому прибору. Но никогда и нигде не проявлялась так тесно связь астрономии с другими науками, с техникой, с народным хозяйством, как теперь, в освоении космического пространства. Сам по себе космический корабль, способный пролетать миллионы километров и приспособленный для длительного пребывания в нем людей,— творение высшей техники. Триумфом науки и техники является достигнутая возможность запустить такой корабль в космос с требуемой космической скоростью, позволяющей преодолевать притяжение Земли. Но этого мало — корабль оснащается не только приборами для управления и астронавигации, но и средствами радиосвязи и телевидения, побеждающими любые требуемые расстояния. Здесь на службу космонавтике ставятся все достижения и физики, и техники. И это — далеко не все. Если поставлена задача осуществить полеты людей на другие планеты, то отсюда вытекает и другая задача: обеспечить необходимые условия для сохранения жизни, здоровья, работоспособности людей в космическом пространстве. Мало и этого: надо еще предвидеть, какие условия могут ожидать посланцев с Земли на других мирах. Здесь — необозримое поле деятельности для биологии и медицины. На наших глазах формируются новые отрасли этих наук — космическая биология и космическая медицина. Словом, современная космонавтика — это творческое сотрудничество многих отраслей естествознания и техники. И в этом содружестве астрономия играет далеко не последнюю роль. Ведь космический корабль не посылается с Земли «вообще». Он посылается в определенном направлении, которое надо рассчитать во всех деталях так, чтобы корабль достиг своей цели — прилетел бы туда, куда нужно. Расчет движений искусственных небесных тел — это новое направление небесной механики — значит, дело астрономов, и решается оно при помощи вычислительной техники. Такие тела нужно тщательно наблюдать в полете и следить за тем, как он совершается,— это тоже дело астрономов и выполняется ими во всеоружии наблюдательных возможностей. С глубокой древности астрономия связана с географией. Определение формы и размеров Земли, географических координат, ориентировка на суше и на море — все это всегда делалось и делается при помощи астрономии. Связана астрономия и с изучением далекого исторического прошлого человечества. О многих событиях древности сохранились в летописях или в других литературных памятниках только отрывочные записи, и по ним невозможно установить, когда эти события происходили. В разных записях встречаются и противоречивые данные о времени события. В таких случаях историки оказываются в трудном положении, и на помощь им нередко приходит астрономия. С очень давних времен такие систематически повторяющиеся явления, как видимые движения Солнца и планет, фазы Луны, солнечные и лунные затмения, упоминаются в исторических и литературных памятниках. Астрономы могут точно определять даты этих явлений и для далекого прошлого и на будущее время. Предположим, в записях и преданиях зафиксировано, что такое-то сражение, решившее судьбу тех или иных стран и народов, произошло накануне полного солнечного затмения. Даты сражения нет, а если и есть, то не всегда в ней легко разобраться, так как в древности было много противоречащих одна другой систем летосчисления. Но если астрономические вычисления показывают, что в данной местности происходило солнечное затмение примерно в то время, когда происходило сражение, то дата его определится уже не примерно, а точно. Немало различных народнохозяйственных задач разрешается при помощи астрономии. Таким образом, астрономия тесно связана с другими науками, с техникой, с практической жизнью. Следовательно, и история астрономии также теснейшим образом связана со всей историей культуры человечества. Поэтому от астронома всегда требовалось, а в наше время особенно требуется, чтобы он не только знал свою науку, но и был разносторонне образованным человеком.
1 Аристарх считал расстояние от Земли до Солнца в 1200 земных радиусов — около 7,6 млн. км — и правильно полагал, что это расстояние совершенно ничтожно (как бы «точка») по сравнению с расстоянием до звезд.
|
ПОИСК
Block title
|
