З.Ж. ЖАҢАБАЕВ, А.Ж. НАУРЗБАЕВА, Н.Т. ІЗТІЛЕУОВ

ЖАЛПЫ АСТРОНОМИЯ

Жоғары оқу орындарының

студенттеріне арналған оқу құралы

Алматы 2009 ж.

Оқу құралы 4 тараудан тұрады. Бірінші тарауда сфералық астрономия негіздері бойынша мағлұматтар келтірілген: аспан координаттарының жүйелері, Жер қозғалысы, уақыт санау жүйелері, жұлдыздар орналасуын бұрмалайтын эффектілер сөз болады. Екінші тарау аспан механикасының элементтеріне арналған. Мұнда планеталар қозғалысы, олардың ерекшеліктері мәселелері қарастырылған. Үшінші тарауда астрофизика саласының негізгі түсініктері сөз болады: Күн, оның радиосәулеленуі, жұлдыздар, олардың түрлері, спектрлік классификациясы мәселелері қарастырылған.

Кіріспе

Астрономия пәні мен міндеттері

Табиғат заңдарын зерттеудегі қазіргі заманғы жетістіктер адамның Әлемге деген көзқарасын едәуір тереңдетті және көп ғылымдар арасындағы шекараны жуықтайтындай жағдайға жеткізді. Астрономияның соңғы жетістіктері негізінде, оның зерттеу объектілерінің қатары ғарыштағы материяның көрінбейтін түрінен бастап тірі ағзаларға дейінгі аралықты қамтиды деуге болады. Егер физиканы табиғаттың ең іргелі (фундаменталды), мейлінше жалпылама әрі қарапайым заңдылықтарын зерттейтін ғылым десек, астрономияны физика әдістерін пайдалана отырып Әлемді жан-жақты зерттейтін ғылым деуге болады.

Астрономия сөзі гректің “астрон”–жұлдыз және “номос”–заң сөздерінің тіркесінен шыққан. Астрономияның негізгі зерттейтін объектілері: Күн, планеталар және олардың серіктері, метеорлық денелер, тұмандықтар, жұлдыздар, жұлдыздық шоғырланулар, галактикалар және т.б. ғарыштық объектілер және олардың арасындағы кеңістікті толтыратын материя. Жерді Күн жүйесінің бір планетасы ретінде аспан денесі деп қарастырсақ, ол да астрономияның зерттеу объектісі болып табылады. Астрономияның ерекше зерттеу мәселелерінің бірі – жерден тыс өркениеттерді іздестіру және олармен байланыс орнату. Бұл сұрақ адамзаттың алдындағы ең көкейкесті мәселелердің бірі болып табылады.

Астрономияның негізгі зерттеу әдісі – бақылау. Бақылаулар негізінен түрлі телескоптар көмегімен жүргізіледі. Оптикалық диапазоннан тыс электромагниттік сәулеленуді тіркеу, спектрлік талдау, фотосуретке және бейнетаспаға түсіру, фотоэлектрлік құралдарды қолдану, компьютерлерді пайдалану бақылау жүргізудің және оны сараптаудың мүмкіндіктерін едәуір кеңейтті. Ғарышкерліктің дамуына байланысты астрономияда тәжірибе жасау мүмкіндігі пайда болды. Ғарыш кемелері мен жасанды жер серіктері көмегімен астрономдар Әлемді зерттеудің жаңа деңгейіне көтерілді. Күн жүйесін зерттеуде планетааралық ғарыш кемелерін қолдану астрономияда көптеген жаңалықтар ашуға мүмкіндік берді. Аспан денелерін зерттеудің тағы бір жолы – Жерге түсетін ғарыш сәулелері мен метеориттерді зерттеу.

Аспан денелерін зерттегенде негізгі үш мәселе қойылады:

1. Аспан денелерінің көрінетін орны мен қозғалысын, осы мәліметтер негізінде олардың шын орны мен қозғалысын тауып, өлшемдері мен пішінін анықтау.

2. Аспан денелерінің физикалық құрылысын, химиялық құрамын, ондағы физикалық жағдайды (қысым, температура, тығыздық) анықтау.

3. Аспан денелері мен олардың жүйелерінің пайда болуы және дамуы мәселелерін шешу.

Астрономияны қолданатын мәліметтер сипатына байланысты негізгі үш бағытқа бөледі: астрометрия, аспан механикасы және астрофизика.

Астрометрия аспан денелерінің көрінетін орнын және қозғалысын, Жердің айналуын өлшеудің теориялық және техникалық әдістерін табу, аспан координаттар жүйелерін тағайындау, астрономиялық бақылаулар негізінде дәл уақытты және жер бетіндегі нүктелердің дәл географиялық координаттарын анықтау сияқты маңызды мәселелермен айналысады.

Аспан механикасы аспан денелері мен олардың жүйелерінің өзара әсерлесу (негізінен бүкіләлемдік тартылыс) салдарынан болатын қозғалысын зерттейді. Аспан механикасының негізгі практикалық мәселелері - бақылаулардан алынған мәліметтерге сүйене отырып аспан денелерінің (соңдай-ақ жасанды серіктер мен ғарыш кемелерінің) орбиталарының элементтерін анықтап, олардың траекториясын табу, қозғалысының орнықтылығын зерттеу. Аспан механикасының «Теориялық астрономия» деп аталатын бөлігі аспан денелерінің көрінетін орындары (эфемеридалары) мен орбиталарын есептеумен айналысады. Ғарыш кемелерін ұшыру қажеттілігі аспан механикасының қарқынды дамуына ықпал етуде.

Астрофизика жоғарыдағы екі бөлімнен қалған мәселелердің бәрімен айналысады десек болады. Атап айтқанда, ол аспан денелерінің пайда болуын («Космогония»), ондағы физикалық күйді, олардың физикалық құрылысы мен химиялық құрамын, олардың бетіндегі және қойнауындағы жүріп жатқан процестерді, олардың арасындағы ортаның (жұлдызаралық және т.б.) қасиеттерін, Әлемді тұтастай алғандағы пайда болуы мен дамуын және құрылымын («Космология») зерттейді. Жұлдыздар мен олардың жүйелерін жан-жақты зерттейтін «Жұлдыздық астрономия» астрофизиканың бір бөлігі болып табылады. Жалпы алғанда астрофизиканы теориялық және практикалық бөліктерден тұрады деп қарастырсақ болады. Сондай-ақ, астрофизиканың салалары ретінде инфрақызыл, рентген астрономиясы, гамма-астрономия және нейтринолық астрономияны атауға болады.

1 Тарау

Сфералық астрономия негіздері

Сфералық астрономия - математикалық әдістер негізінде сфералық аспан координаттар жүйелерін анықтау, аспан денелерінің координаттарын бір жүйеден басқаға түрлендіру формулаларын шығару, уақытты өлшеу шкалаларын анықтау және олардың арасындағы байланысты тағайындау, астрономиялық бақылау нәтижелерін редукциялау мәселелерімен айналысатын бөлім.

Сфералық астрономия астрометриямен өте тығыз байланысты. Астрометрия - аспан денелерінің орны мен қозғалысын, Жердің айналуын және аспан денелері мен Жердің пішінін зерттеп білумен, сондай-ақ уақытты анықтау және сақтаумен айналысатын астрономияның бөлімі. Бұл мәселелерді астрометрия аспандағы бұрыштарды өлшеудің теориялық және техникалық әдістеріне сүйеніп шешеді. Дәлірек айтсақ, астрометрия аспан координаттары жүйелерін жүзеге асыру, аспан денелерінің координаттарын өлшеу, Жердің айналуын мейлінше толық сипаттайтын параметрлер жиынын табу, астрономиялық бақылаулар негізінде дәл уақытты анықтау (уақыт қызметі), күнтізбе құру, жер бетіндегі нүктелердің географиялық координаттарын бақылаулар көмегімен дәл анықтау сияқты мәселелермен, сондай-ақ бұл мәселелерді шешудің теориялық және практикалық әдістерін табу және әрі қарай жетілдірумен айналысады.

Сфералық астрономия мен астрометрияның айырмашылығын былайша көрсетуге болады. Сфералық астрономияның негізгі міндеттерінің бірі аспан координаттар жүйелерін теориялық түрде анықтау (жүйенің негізгі жазықтықтары мен нүктелерін, координат осьтерін ресми келісімдер негізінде тағайындау) болса, астрометрия бұл жүйелерді каталогтар деп аталатын жұлдыздар, радиокөздер, басқа да аспан объектілерінің координаттары мен жылдамдықтарының тізімдері түрінде жүзеге асырады (аспан координаттары жүйелерін жүзеге тек осылай асыруға болатындығын аспанда координаттар жүйелерінің нүктелері мен осьтері белгіленбеуімен (сызылмаған) түсіндіруге болады).

Астрометрия астрономиялық құрылғыларды жасау мен бақылаулар әдістерін жасаумен айналысатын практикалық астрономия бағытымен де тығыз байланысты. Жалпы, астрономияның аталған бөлімдері мен астрометрияның арасында анық шекара жоқ болғандықтан, сфералық астрономия мен практикалық астрономияны астрометрияның екі негізгі бөлігі ретінде де қарастыруға болады.

1.1. Аспан. Аспан денелерінің көрінетін қозғалыстары

Жер бетінің кез-келген нүктесінен бақылаушы аспанды сфералық бет (жартысфера) ретінде көреді. Ауа райы бұлтсыз болған жағдайда аспанның түсі күндіз көгілдір болады және онда біз жалғыз аспан шырағы ретінде Күнді, кей кезде онымен қоса Айды көре аламыз; ал түнде болса көптеген аспан шырақтарын байқай аламыз. Түнде көрінетін аспан шырақтарының көбі жұлдыздар. Аспан шырақтарының көптігі санауға келмейтін сияқты болғанымен, олардың көзге көрінетіндерінің жалпы саны 6 мыңдай, ал бақылаушыға нақты мезетте көрінетіндерінің саны 3 мыңдай.

Аспандағы жұлдыздардың өзара орналасуы өте баяу өзгереді. Бұл өзгеріс мыңдаған жылдар өткенде әзер байқалады. Сондықтан олардың ішінде жарық жұлдыздарды ерекшелеп, топтарға бөліп, ажыратуға болады. Жұлдыздарды шоғырларға бөлу ежелден қалыптасқан. Көбінесе олар жануарлар мен аты аңызға айналған кейіпкерлердің атымен, кейде ұқсас пішінді заттың атымен аталған. Жалпы, әр халық жұлдыздарды өзінше топтастырып, атаулар берген. Кейбір жарық жұлдыздарға да жеке атаулар берілген. Б.з.д. 3 ғ. грек астрономдары шоқжұлдыздар атауын бір жүйеге келтіріп, кейін 8 ғ. бастап араптар, олардан соң 17 ғ. бастап сәйкес атауларды европа астрономдары қолдана бастады. Қазіргі уақытта жұлдыздар шоғыры мен жарық жұлдыздар атауында грекше, латынша, арапша және қазіргі заманғы атаулар кездеседі. 17 ғ. бастап шоқжұлдыздар құрамындағы жұлдыздар грек әріптерімен белгілене бастады. Кейінірек, бақылау құралдарының дамуына байланысты жарқырауы әлсіз жұлыздарды көптеп тіркей бастаған соң оларды сандармен белгілеу енгізілді. 130-ға жуық жарық жұлдыздарға жеке атаулар берілді (мысалы, Орион шоқжұлдызының α жұлдызы – Бетельгейзе, β жұлдызы - Ригель). 1919 ж. құрылған Халықаралық астрономиялық одақтың 1922 жылғы I құрылтайында шоқжұлдыздар шекарасы қайта қаралып, кейбір ірі шоқжұлдыздар бірнешеге бөлінді, ал шоқжұлдыздар деп жарық жұлдыздар тобын емес, аспанның белгілі бір бөлігін қарастыратын болып келісті. Қазір бүкіл аспан шартты түрде 88 шоқжұлдызға бөлінген.

Ашық түнде жұлдызды аспанды бірнеше сағат бойы бақыласақ, аспан тұтастай, ондағы шырақтармен бірге бақылау жер арқылы өтетін ойша сызылған қандай да бір ось бойымен шығыстан батысқа қарай үздіксіз айналыста болатынын байқай аламыз. Жердің өз өсі бойымен батыстан шығысқа қарай айналуынан болатын аспан мен шырақтардың бұл көрінетін қозғалысын тәуліктік қозғалыс деп атайды (Жердің өз өсі бойымен айналу периоды бір тәуілікке тең болғандықтан, аспан да бір толық айналымды бір тәулік ішінде жасап бітіреді). Біраз уақыт бақылап отырған бақылаушы шырақтардың көп бөлігі шығыс жақтан шығып, батыс жақта бататынын, ал кейбір шырақтар батпастан белгілі бір нүктені айнала қозғалатынын байқайды. Солтүстік жартышардағы мұндай нүкте әлемнің солтүстік полюсі деп аталады, оңтүстік жартышардағы мұндай нүкте әлемнің оңтүстік полюсі болып табылады. Қазақстан солтүстік жартышарда болғандықтан, осындағы бақылаушы аспан Темірқазық жұлдызына жақын орналасқан әлемнің солтүстік полюсін сағат тіліне қарама-қарсы бағытта айнала қозғалатынын байқайды.

Ал егер Күн мен Айды күнделікті мұқият бақыласақ, олар жұлдыздарға қатысты 12 шоқжұлдыз арқылы өтетін бір сызық бойымен тәуліктік қозғалыс бағытына қарама-қарсы бағытта қозғалатынын және жұлдыздарға қарағандағы өз орындарына белгілі бір жиілікпен қайталап келетінін (Күн 365,24 тәулікте, Ай 27,32 тәулікте) байқаймыз. Күн мен Ай сияқты кейбір аспан шырақтары да өздерінің жұлдыздарға қатысты орнын 12 шоқжұлдыз бойында өзгертетінін астрономдар ежелден байқаған. Оларды жұлдыздардан ерекшелеп “планеталар” (қалықтаған шырақтар) деп атаған. Ол кезде тек 5 планета белгілі болған: Юпитер, Сатурн, Шолпан, Марс, Меркурий. 18-20 ғ.ғ. аралығында қалған үш планета (Уран – 1781 ж., Нептун – 1846 ж., Плутон – 1930 ж.) ашылды. Планеталардың көрінетін қозғалысы кейде күннің қозғалыс бағытымен бағыттас, кейде кері бағытта болады. Ал жоғарыда айтылған 12 шоқжұлдызды зодиактық (грекше “зоон” – жануар сөзінен шыққан) шоқжұлдыздар деп атайды. Олар Балықтар, Тоқты, Торпақ, Егіздер, Шаян, Арыстан, Бикеш, Таразы, Сарышаян, Мерген, Ешкімүйіз және Суқұйғыш шоқжұлдыздары. Күн олардың бірінші үштігін көктемде, екінші үштігін жазда, үшінші үштігін күзде, қалған үшеуін қыста басып өтеді. Жалпы әр зодиактық шоқжұлдызды Күн бір айдай уақытта басып өтеді.