КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По концепциям современного естествознания
Тема: Приборы и техника астрономических наблюдений
Содержание
Астрономические приборы. История создания
Астрономические приборы и техника астрономическихнаблюдений
Список использованной литературы
Астрономические приборы. История создания
Вся история астрономии связана ссозданием все новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений,возможность вести исследования небесных светил в диапазонах, недоступныхневооруженному человеческому глазу.
В истории астрономии можноотметить 4 основных этапа, характеризующихся различными средствами наблюдений. На1-м этапе, относящемся к глубокой древности, люди с помощью специальныхприспособлений научились определять время и измерять углы между светилами нанебесной сфере. Повышение точности отсчётов достигалось главным образомувеличением размеров инструментов, 2-й этап относится к началу 17 в. и связан сизобретением телескопа и повышением с его помощью возможностей глаза приастрономических наблюдениях. С введением в практику астрономических наблюденийспектрального анализа и фотографии в середине 19 в. начался 3-й этап. Астрографыи спектрографы дали возможность получить сведения о химических ифизических свойствах небесных тел и их природе. Развитие радиотехники,электроники и космонавтики в середине 20 в. привело к возникновениюрадиоастрономии и внеатмосферной астрономии, ознаменовавших 4-й этап.
Первым астрономическиминструментом можно считать вертикальный шест, закрепленный на горизонтальнойплощадке, — гномон, позволявший определять высоту Солнца, многих столетий. Знаядлину гномона и тени, можно определить не только высоту Солнца над горизонтом,но и направление меридиана, устанавливать дни наступления весеннего и осеннегоравноденствий и зимнего и летнего солнцестояний.
Развитие конструкцийастрономических инструментов в Китае с древнейших времён шло, по-видимому,независимо от аналогичных работ на Бл. и Ср. Востоке и на Западе. Так, в 7 в. дон.э. в Китае в царстве Лу уже применяли гномон. В древней Греции на несколькодесятилетий позже гномон использует Анаксимандр (610-540 гг. до н. э). Древнекитайскийгномон представлял собой вертикально установленный шест высотой около 1,5-2 м свытянутой прямоугольной площадкой в основании, на которой были нанесеныделения, необходимые для измерений. По длине полуденной тени на этой площадкеопределяли моменты солнцестояний, равноденствий
Древнекитайский гномон.
/>
Достоверные сведения одревнегреческих астрономических инструментах стали достоянием последующихпоколений благодаря «Альмагесту», в котором наряду с методикойи результатами астрономических наблюдений К. Птолемей приводит описаниеастрономических инструментов — гномона, армиллярной сферы, астролябии,квадранта, параллактической линейки, — применявшихся как его предшественниками(особенно Гиппархом), так и созданных им самим. Многие из этих инструментовбыли в дальнейшем усовершенствованы и ими пользовались на протяжении многихстолетий.
К старинным угломерным инструментампринадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант — плоская доска в формечетверти круга, разделенного на градусы. Около центра этого круга вращаетсяподвижная линейка с двумя диоптрами.
/>
Широкое распространение вдревней астрономии получили армиллярные сферы — модели небесной сферы с ееважнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом,небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществуастрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге. Егоармиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так иэкваториальных координат светил. Самая ранняя из известных наиболее полныхармиллярных сфер — это созданный в Александрии в 140 г. н.э. метеороскоп сдевятью кольцами. Однако более простые типы армиллярных сфер существовали наЗападе и раньше. Птолемей говорит о трех таких инструментах. Установлено, что в146-127 гг. до н.э. армиллярную сферу из четырех колец использовал Гиппарх.
Прибор, который представляетсобой следующий шаг в развитии астрономического инструментария по сравнению сармиллярной сферой, — это торкветум, изобретенный арабами. В этом приборе кольцане вложены друг в друга, а установлены на отдельных стойках, что является болееудобным и совершенным, чем в армиллярной сфере, в которой все кольцаконцентричны.
/>
Знаменитый “Упрощенный прибор” — торкветум Гоу Шоуцзина, изготовленный в 1270 г. и находящийся в настоящее времяв обсерватории на Пурпурной горе в Нанкине (Китай).
Дж. Нидэм указывал, что «Упрощенныйприбор» — цзяньи Го Шоуцзина является предвестником всехэкваториальных установок современных телескопов. По его мнению, знаниеустройства этого прибора тремя столетиями позже попало к датскому астрономуТихо Браге и привело его к экваториальной астрономии и конструированию соответствующихприборов. Что касается самой передачи идеи экваториального торкветума из Китая,то Дж. Нидэм полагает, что она происходила через посредство арабов к известномуфламандскому математику, врачу и астроному Гемме Фризиусу в 1534, а от него — кТихо Браге. И через последнего и его преемника, Иоганна Кеплера, современнаяевропейская астрономия пришла к тому, чтобы стать экваториальной на китайскийманер. При этом следует отметить, что со времен Го Шоуцзина в устройствах нашихсовременных экваториальных установок не сделано никакого дальнейшегосущественного продвижения.
В период раннего средневековьядостижения древнегреческих астрономов были восприняты учёными Ближнего иСреднего Востока и Средней Азии, которые усовершенствовали их инструменты и разработалиряд оригинальных конструкций. Известны труды о применении астролябий и о ихконструкциях, о солнечных часах и гномонах, написанные аль-Хорезми,аль-Фергани, аль-Ходженди, аль-Бируни и др. Существенный вклад в развитиеастрономических инструментов внесли астрономы Марагинской обсерватории (НасирэддинТуей, 13 в) и Самаркандской обсерватории (Улугбек, 15 в), на которой былустановлен гигантский секстант радиусом около 40 м.
Через Испанию и Южную Италиюдостижения этих астрономов стали известны в Северной Италии, Германии, АнглиииФранции. В 15-16 вв. европейские астрономы использовали наряду синструментами собственной конструкции также и описанные учёными Востока. Широкуюизвестность получили инструменты Г. Пурбаха, Региомонтана (И. Мюллера) иособенно Тихо Браге и Я. Гевелия, которые создали много оригинальныхинструментов высокой точности.
/>/>
Коренной переворот в методахастрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилейприменил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопическиенаблюдения. Поэтому, начало телескопической астрономии обычно связывают сименем Галилео Галилея, который с помощью изготовленной им самим зрительнойтрубы (зрительная труба была изобретена незадолго перед этим в Голландии) сделалвыдающиеся открытия и дал им правильное научное объяснение. В совершенствованииконструкций телескопов-рефракторов, имеющих линзовые объективы, большие заслугипринадлежат И. Кеплеру.
/>
Первые телескопы были еще крайненесовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом. Избавитьсяот недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Так появились огромныеинструменты, вроде того, который в 1664 г. был построен во Франции А. Озу. Этоттелескоп имел длину 98 м и в этом отношении остался чемпионом и доныне. Однаконаиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы,которые начали изготовляться в середине 18 века Д. Доллондом в Англии. В 1668 г.И.Ньютон построил телескоп-рефлектор, который был свободен от многих оптическихнедостатков, свойственных рефракторам. Позже совершенствованием этой системытелескопов занимались М.В. Ломоносов и В. Гершель. Последний добился особеннобольших успехов в сооружении рефлекторов. Постепенно увеличивая диаметрыизготавливаемых зеркал, В. Гершель в 1789 г. отшлифовал для своего телескопасамое большое зеркало (диаметром 122 см). В то время это был величайший в миререфлектор.
В XX в. получили распространениезеркально-линзовые телескопы, конструкции которых были разработаны немецкимоптиком Б. Шмидтом (1931) и советским оптиком Д.Д. Максутовым (1941).
/>
avisdim.narod.ru/diction/A/dictiona/a9.jpgВ1974 г. закончилось строительство самого большого в мире советского зеркальноготелескопа с диаметром зеркала 6 м.
/>
Этот телескоп установлен наКавказе в Специальной астрофизической обсерватории. Возможности этогоинструмента огромны. Уже опыт первых наблюдений показал, что этому телескопудоступны объекты 25-й звездной величины, т.е. в миллионы раз более слабые, чемте, которые наблюдал Галилей в свой телескоп.
К числу астрономическихинструментов относятся универсальный инструмент — теодолит; меридианный круг,используемый для составления точных каталогов положений звезд; пассажныйинструмент, служащий для точных определений прохождения звезд через меридианместа наблюдений, что нужно для службы времени.
Созданы инструменты, позволяющиевести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитногоизлучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы иВингерферометры, а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии,гаммастрономии, инфракрасной астрономии.
Для наблюдений некоторыхастрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковысолнечный телескоп, коронограф (для наблюдений солнечной короны),кометоискатель, метеорный патруль, спутниковая фотографическая камера (для фотографическихнаблюдений спутников) и многие другие.
Для фотографических наблюденийиспользуются астрографы. Для астрофизических исследований нужны телескопы соспециальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма,астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и другихнаблюдений.
Повысить проницающую силутелескопа удается путем применения в наблюдениях телевизионной техники — телевизионноготелескопа, а также фотоэлектронных умножителей.
Важный прибор, необходимый длянаблюдений — астрономические часы.
Существенно обогатила нашипредставления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашегостолетия. В 1943 г. российские ученые Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекситеоретически обосновали возможность радиолокации Луны. Радиоволны, посланныечеловеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю.50-е годы XXв. — период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегоднорадиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесныхтел.
Двадцатый век привнес в работуастрономов совершенно новые возможности. В октябре 1957 года перед астрономамиоткрылись новые горизонты в изучении Вселенной. Первый космический спутникоткрыл двери в новое информационное измерение. Так, например, исследованиекосмических источников в рентгеновском диапазоне начались с выводомсоответствующих астрономических инструментов за пределы земной атмосферы. Основнаяцель рентгеновской астрономии — диагностика горячей плазмы, что позволяетизучать природу взрывных процессов в различных объектах, а также свойствавещества в экстремальных физических состояниях, недостижимых в земныхлабораториях.
/>
Космическая обсерватория «Гранат»,начавшая свою работу в 1989 году.
Среди приборов обсерватории, были рентгеновский телескоп, с помощью которого изучались нейтронные звезды, черныедыры, белые карлики, остатки вспышек сверхновых звезд, межзвездная среда нашейГалактики, молекулярные облака, центр нашей Галактики, внегалактическиеобъекты, фоновое рентгеновское излучение нашей Вселенной.
В 1979 году впервые на орбитеначал свою работу радиотелескоп, что открывало возможности по созданию вбудущем гигантских космических адиоинтерферометров, базой которых могли бытьрасстояния в сотни миллионов километров. Для исследования неба в наиболееэнергичной части спектра используют гамма — телескопы, примером которогоявляется прибор, установленный на космической обсерватории «Гамма», запущеннойв космос в 1990 году. Кроме того, земная атмосфера мешает наблюдениям и воптическом диапазоне, именно по этой причине астрономы всегда стремилисьразместить свои приборы как можно выше в горах, там воздействие атмосферынесколько ослаблено, и потому наблюдения более успешны. Теперь же сталовозможным выводить в открытый космос и оптические телескопы. В 1987 году наорбиту Земли был выведен крупнейший космический прибор — оптический телескоп сдиаметром зеркала 2,4 м, названный в честь астронома — Эдвина Хаббла. Наблюдениена этом телескопе дало массу новой информации о строении Вселенной, о природесамых различных космических объектов.
Но не менее велико значениемежпланетных космических станций, призванных подробно изучать объекты Солнечнойсистемы. Аппараты, созданные человеческими руками, побывали на поверхностиЛуны, Венеры, Марса, некоторых малых телах. Кроме того, космические аппаратыпролетали в непосредственной близости от Меркурия, Юпитера, Сатурна, Урана,Нептуна, кометы Галлея, некоторых других космических тел, передав большоеколичество интереснейших фотографий и море иной информации.
/>
Спускаемый аппарат станции«Венера-14»
Среди этих станций нельзя неотметить известные серии «Марс» и «Венера», аппараты этихсерий в 60ых — 80ых годах провели широкие исследования одноименных планет,среди американских аппаратов нельзя обойти молчанием серии «Маринер» и«Викинг». На рисунке изображенСпускаемый аппарат станции«Венера-14». На поверхности Венеры ему пришлось работать поддавлением почти в 100 атмосфер и температурой окружающей углекислоты в 470градусов С. И при этом передавать информацию на орбитальную часть станции.
В 1972-ом и в 1973-ем годах вдальний космос были запущены соответственно «Пионер-10» и «Пионер-11».Исследовав Юпитер, «Пионер-10» в 1979 году пересек орбиту Урана, а в1987 году вышел за пределы Солнечной системы, став первым межзвездным кораблем.
В 1977 году были запущеныкосмические аппараты: «Вояджер-1» и «Вояджер-2». «Вояджеру-2»предстояло выполнить самую великую исследовательскую миссию 20-ого века. Егопуть пролегал через систему Юпитера, которую он пересек в 1979 году, далее в1981 году он пролетел рядом с Сатурном и продолжил свой путь к более удаленнымпланетам — в 1986 году его фотокамеры передали человечеству виды Урана и егоспутников, а в 1989году люди увидели с относительно близкого расстояния системуНептуна.
/>
После чего аппарат пересекграницы Солнечной системы и отправился в межзвездное путешествие. Связь с нимдо сих пор поддерживается с Земли и, предположительно, это будет возможно до2013 года.
Астрономические приборы и техника астрономическихнаблюдений
Было время, когда небесаказались людям таинственными, а все происходящее в них — недоступнымчеловеческому разуму. Первоначально задачи астрономии в основном сводились лишьк наблюдению положений небесных светил и определению местоположения наблюдателяна поверхности Земли. Лишь со времен Галилея, с изобретением телескопа,астрономы приступили к изучению физической природы небесных тел.
Современные астрономическиеинструменты используются для измерения точных положений светил на небеснойсфере (систематические наблюдения такого рода позволяют изучать движениянебесных светил); для определения скорости движения небесных светил вдоль лучазрения (лучевые скорости): для вычисления геометрических и физическиххарактеристик небесных тел; для изучения физических процессов, происходящих вразличных небесных телах; для определения их химического состава и для многихдругих исследований небесных объектов, которыми занимается астрономия. Всесведения о небесных телах и других космических объектах добываются путемисследования различных излучений, поступающих из космоса, свойства которыхнаходятся в непосредственной зависимости от свойств небесных тел и отфизических процессов, протекающих в мировом пространстве. В связи с этимосновным средством астрономических наблюдений служат приемники космическихизлучений, и в первую очередь телескопы, собирающие свет небесных светил.
В настоящее время применяютсятри основных типа оптических телескопов: линзовые телескопы, или рефракторы,зеркальные телескопы, или рефлекторы, и смешанные, зеркально-линзовые системы. Мощностьтелескопа непосредственно зависит от геометрических размеров его объектива илизеркала, собирающего свет. Поэтому в последнее время все большее применениеполучают телескопы-рефлекторы, так как по техническим условиям возможноизготовление зеркал значительно больших диаметров, чем оптических линз.
В середине прошлого столетия, наКрымской астрофизической обсерватории вступил в строй крупнейший в Европетелескоп-рефлектор с поперечником зеркала 2,6 метра, построенный на советскихоптических заводах.
Современные телескопыпредставляют собой весьма сложные и совершенные агрегаты, при создании которыхиспользуются новейшие достижения электроники и автоматики. Современная техникапозволила создать целый ряд приспособлений и устройств, намного расширившихвозможности астрономических наблюдений: телевизионные телескопы даютвозможность получать на экране четкие изображения планет, электронно-оптическиепреобразователи позволяют вести наблюдения в невидимых инфракрасных лучах, втелескопах с автоматической корректировкой компенсируется влияние атмосферныхпомех. В последние годы все более широкое распространение получают новыеприемники космического излучения — радиотелескопы, позволяющие заглянуть внедра Вселенной намного дальше, чем самые мощные оптические системы.
Существенно обогатила нашипредставления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашегостолетия. В 1943 г. советские ученые Л. И, Мандельштам и Н.Д. Папалекситеоретически обосновали возможность радиолокации Луны.
Радиоволны, посланные человеком,достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю.50-е годы 20в. — периоднеобыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносилииз космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел. Сегоднярадиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самыебольшие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые покаостаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человекомраскрылся радиокосмос — картина Вселенной в радиоволнах.
Существует также целый рядастрономических инструментов, имеющих специфическое назначение и применяемыхдля определенных исследований. К числу подобных инструментов относится,например, солнечный башенный телескоп, построенный советскими учеными иустановленный в Крымской астрофизической обсерватории.
В прошлом телескопическиенаблюдения велись с помощью глаза, а их результаты зарисовывались от руки. Теперьна смену глазу астронома-наблюдателя пришла фотография. Изучаемые космическиеобъекты точно и объективно фиксируются фотографической пластинкой. Одним изглавных преимуществ фотографического метода является способностьсветочувствительной эмульсии, на которой фиксируется изображение, накапливатьсвет. Благодаря этому увеличение экспозиции дает возможность обнаруживатькосмические объекты, недоступные при визуальных телескопических наблюдениях. Ноастрономические наблюдения только половина дела. Материалы этих наблюденийдолжны быть обработаны и проанализированы. Должна быть расшифрована информация,содержащаяся в световых лучах, радиоволнах и других излучениях, поступающих изкосмоса. Для этого применяется спектральный анализ. Разлагая с помощьюспециальных приборов световой луч на его составные части, можно определитьхимический состав источника излучения, его температуру, измерить скорость егодвижения, а также получить ряд других важных сведений о его физическомсостоянии.
Другим важным методомисследования световых лучей является фотометрия — изучение интенсивностисветовых потоков, излучаемых и отражаемых различными небесными телами.
Все более и более широкоеиспользование при астрономических наблюдениях находят различные чувствительныеприборы, позволяющие улавливать тепловые и ультрафиолетовые излучения небесныхсветил, фиксировать на фотопластинку объекты, невидимые глазу.
Астрономические инструменты длянаблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях. Для строительстваобсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточновелико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуютполучению хороших изображений небесных светил в телескопах. Как правило, такиеместа находят в горах. Атмосфера Земли создает существенные помехи приастрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает,портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходитсяприменять телескопы с ограниченным увеличением (не более чем в несколько сотенраз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длинныхволн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации обобъектах, являющихся источниками этих излучений. На вершинах гор воздух чище,спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. Поэтой причине еще с конца 19 в. все крупные астрономические обсерваториисооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях.
В 1870 г. французскийисследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такиенаблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученыхустановила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы навысоту около 200 км.
Следующим этапом заатмосферныхнаблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) наискусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являютсясоветские орбитальные станции «Салют». Орбитальные астрономическиеобсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику
avisdim.narod.ru/diction/A/dictiona/a12.jpgВходе астрономических наблюдений получают ряды чисел, астрофотографии,спектрограммы и другие материалы, которые для окончательных результатов должныбыть подвергнуты лабораторной обработке. Такая обработка ведется с помощьюлабораторных измерительных приборов. При обработке результатов астрономическихнаблюдений используются электронные вычислительные машины.
Для измерения положенийизображений звезд на астрофотографиях и изображений искусственных спутниковотносительно звезд на спутникограммах служат координата-измерительные машины. Дляизмерения почернений на фотографиях небесных светил, спектрограммах служатмикрофотометры. Важный прибор, необходимый для наблюдений, астрономические часы.
Помимо систематических научныхисследований современные обсерватории осуществляют также ряд так называемыхслужб.
Прежде всего, это служба Солнца.В различных частях земного шара ведутся непрерывные наблюдения за нашим дневнымсветилом. Все изменения, происходящие на его поверхности, немедленнофиксируются, что позволяет заранее предвидеть наступление магнитных бурь,нарушающих радиосвязь, и других геофизических явлений, зависящих от уровнясолнечной активности.
Чрезвычайно важную роль играетслужба точного времени. Наблюдая суточное движение небесных светил, астрономысистематически определяют поправки хода часов и являются хранителями точноговремени.
Функционирует также метеорная,служба, в задачу которой входит изучение метеорных потоков, движений метеорноговещества в околоземном космическом пространстве.
Важной задачей астрономовявляется составление и издание астрономических ежегодников, применяемых вморской и авиационной навигации. Все большее и большее значение приобретают скаждым годом астрофизические исследования, позволяющие изучать состояниематерии во Вселенной. С развитием космических полетов роль и значениеастрономии в системе научных знаний будет непрерывно возрастать.
Список использованной литературы
1. Астрономические инструменты и приборы: bse.sci-lib.com.
2. Астрономические приборы иустройства: history. rsuh.ru.
3. Астрономия сегодня: atheism. su/astronomiya-segodnya.
4. Путешествие во вселенной: spacetravell.narod.ru.
/>5. Астрономическиеинструменты и приборы: www.avisdim.narod.ru.