Курс общей астрономии. Ч.1. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Н.Н. Редичкин

Н.В. Самсонова

КУРС ОБЩЕЙ АСТРОНОМИИ

ЧАСТЬ I

Допущено учебно-методическим советом РГСУ в качестве учебного пособия для обучающихся по специальности 21.05.01 «Прикладная геодезия»

Ростов-на-Дону

2015

2

УДК 52

Р33

Рецензент: заместитель начальника отдела по защите государственной тайны и мобилизационной подготовки филиала ФГБУ

«ФКП Росреестра» по Ростовской области Р.В. Мозговой

Редичкин Н.Н., Самсонова Н.В.

Р33 Курс общей астрономии. Часть I: учебное пособие. – Ростов н/Д:

Рост. гос. строит. ун-т, 2015. – 80 с.

Основное внимание уделено формированию важнейших понятий астро-

номии. Дано представление о различных разделах и методах современной ас-

трономии.

Учебное пособие составлено для обучающихся по специальности

21.05.01 «Прикладная геодезия», специализация «Инженерная геодезия» и

предназначено как для аудиторной, так и для самостоятельной работы.

Электронная версия учебного пособия находится в ЭБС РГСУ (lib.rgsu.ru).

УДК 52

©Ростовский государственный строительный университет, 2015

©Редичкин Н.Н., Самсонова Н.В., 2015

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

6

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи астрономии

Астрономия – наука о Вселенной, изучающая расположение, движение,

строение, происхождение и развитие небесных тел и образованных ими систем.

Слово «астрономия» происходит от двух греческих слов: ἀστήρ, ἀστρον (астер,

астрон) – «звезда» и νόμος (номос) – «обычай, установление, закон» [Кононо-

вич Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: учебное пособие. М.: Едиториал УРСС, 2001].

Астрономия изучает солнце и звёзды, планеты и их спутники, кометы и метеорные тела, туманности, звёздные системы и материю, заполняющую про-

странство между звёздами и планетами.

При изучении небесных тел астрономия ставит перед собой три основные задачи:

1. Изучение видимых и действительных положений и движений небес-

ных тел в пространстве, определение их размеров и формы.

2. Изучение физического состояния небесных тел, исследование химиче-

ского состава и физических условий (плотности, температуры и т.п.) на по-

верхности и в недрах небесных тел.

3. Решение проблем происхождения и развития отдельных тел и образуе-

мых ими систем.

Разделы астрономии

Современная астрономия подразделяется на ряд отдельных разделов, ко-

торые тесно связаны между собой. Основными разделами астрономии являют-

ся:

1. Астрометрия – наука об измерении пространства и времени. Она со-

стоит из:

а) сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью раз-

7

личных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;

б) фундаментальной астрометрии, задачами которой являются опреде-

ление координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звёздных положений и определение числовых значений важнейших астрономических по-

стоянных, т.е. величин, позволяющих учитывать закономерные изменения ко-

ординат светил;

в) практической астрономии, в которой излагаются методы определе-

ния географических координат, азимутов направлений, точного времени и опи-

сываются применяемые при этом инструменты.

2. Теоретическая астрономия даёт методы для определения орбит небес-

ных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).

3. Небесная механика изучает законы движений небесных тел под дейст-

вием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и ус-

тойчивость их систем.

4. Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический со-

став небесных объектов. Она делится на:

а) практическую астрофизику, в которой разрабатываются и применя-

ются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы;

б) теоретическую астрофизику, в которой на основании законов физики даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.

Ряд разделов астрофизики выделяется по специфическим методам ис-

следования.

5. Звёздная астрономия изучает закономерности пространственного рас-

пределения и движения звёзд, звёздных систем и межзвёздной материи с учё-

том их физических особенностей.

8

6. Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небес-

ных тел, в том числе Земли.

7. Космология изучает общие закономерности строения и развития Все-

ленной.

История развития астрономии

Астрономия является одной из древнейших наук. Первые записи астро-

номических наблюдений, подлинность которых доказана, относятся к VIII в. до н.э. Однако ещё первобытным кочевым племенам нужно было ориентироваться во время своих странствий, и они научились это делать по солнцу, луне и звёз-

дам. Земледельцам было необходимо при полевых работах учитывать наступ-

ление различных сезонов. Поэтому они заметили, что смена времён года связа-

на с изменением полуденной высоты солнца и восходом определённых звёзд. С

дальнейшим развитием общества возникла потребность в измерении времени и в создании системы счёта длительных промежутков времени (календарей).

Для всего этого требовались наблюдения за движением небесных светил,

которые велись сначала без всяких инструментов и были неточными, но удов-

летворяли практическим нуждам того времени. Из таких наблюдений и возник-

ла наука о небесных телах – астрономия.

За три тысячи лет до н.э. египетские жрецы, наблюдая солнце и яркие звёзды, сумели довольно точно определить продолжительность тропического года.

ВДревнем Китае за две тысячи лет до н.э. видимые движения Луны и Солнца были настолько хорошо изучены, что китайские астрономы могли предсказывать солнечные и лунные затмения.

ВДревней Греции астрономия была одной из наиболее развитых наук. В

III в. до н.э. Аристарх из Самоса выдвинул предположение о центральном по-

ложении Солнца, а также ценил отношение расстояний от Земли до Солнца и до Луны. Для объяснения видимых движений планет греческие астрономы соз-

дали геометрическую теорию эпициклов, которая легла в основу геоцентриче-

9

ской системы мира Птолемея (II в. н.э.). Для объяснения видимых движений планет греческие астрономы создали геометрическую теорию эпициклов

(рис.1), которая легла в основу геоцентрической системы мира Птолемея (II в.

н.э.). В основе этой системы лежали четыре допущения:

1.Земля находится в центре вселенной.

2.Земля неподвижна.

3.Все небесные тела движутся вокруг Земли.

4.Движения небесных тел происходят по окружностям равномерно.

Рис. 1. Сочетание движений по эпициклу и деференту, приводящее в теориях Птолемея к движению Солнца по эксцентрическому кругу: T – Земля (центр деферента), S – Солнце, P – центр эпицикла, O – центр эксцентра (результи-

рующей орбиты Солнца). При движении Солнца отрезки SP и OT всегда парал-

лельны Этой системой завершается этап развития древнегреческой астрономии.

В средние века астрономы занимались в основном наблюдениями види-

мых движений планет и согласованием этих наблюдений с геоцентрической системой Птолемея.

Тем не менее астрономия Средней Азии, Аравии и Кавказа достигла в этот период значительного развития в трудах Аль-Баттани (850 – 929), Бируни

(973 – 1048), Улугбека (1394 – 1449) и др.

10

Начало возрождения астрономии в Европе можно отнести к периоду ста-

новления капитализма. Большое влияние на своё развитие астрономия получи-

ла благодаря многочисленным географическим открытиям XV-XVII вв. Далё-

кие путешествия через океан были невозможны без простых и точных методов ориентирования и исчисления времени, для чего требовались астрономические знания, в том числе знания в теории движения планет.

Первым учёным, кто подверг жёсткой критике систему мира Птолемея,

стал польский астроном и математик Николай Коперник (1473-1543). Он разра-

ботал свою гелиоцентрическую систему, опираясь на математический и кине-

матический аппарат теории Птолемея. В основе этой системы лежат следующие утверждения:

1.В центре мира находится Солнце, а не Земля.

2.Шарообразная Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение объ-

ясняет кажущееся суточное движение всех светил.

3.Земля, как и все планеты, обращается вокруг Солнца, и это обращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд.

4.Все движения представляются в виде комбинации равномерных круго-

вых движений.

Учение Коперника явилось началом нового этапа в развитии астрономии.

В начале XVII века немецкий учёный Иоганн Кеплер открыл законы движения планет, а Галилей нашёл объяснение закону инерции. В 1687 г. Исаак Ньютон сформулировал свои основные принципы механики, включая закон всемирного тяготения, а также заложил классические основы современной астрономии. Это обусловило возможность с большей точностью изучать действительные движе-

ния небесных тел, новые планеты, их спутники, звёзды и другие объекты.

С середины XIX в. начался новый этап развития астрономии, связанный с возникновением спектрального анализа и применением фотографии в астроно-

мии. Это позволило учёным изучать физическую природу небесных тел и рас-

ширить границы своих исследований. Как следствие, возникла астрофизика,