Астрономія: від спостережень до теорії

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

АСТОРОНОМІЯ:

ВІД СПОСТЕРЕЖЕНЬ ДО ТЕОРІЇ.

Спостереження. Експеримент. Теорія. Одне з основних положень теорії пізнання діалектичного матеріалізму полягає в тому, що процес пізнання людиною навколишнього світу проходить у напрямі від живого споглядання до абстрактного мислення, а від нього — до практики.

Вихідним моментом наукового пізнання є спостереження різних об «єктів і природних процесів. Ці спостереження можуть здійснюватись як за допомогою органів чуттів, так і за допомогою різних приладів та інструментів, що розширюють можливості цих органів. Безпосередньо чи за допомогою спеціальних пристроїв: електронних мікроскопів, телескопів, радіотелескопів, інших вимірювальних приладів — дослідник спостерігає плин тих чи інших природних процесів, реєструє події, що відбуваються, проводить потрібні вимірювання.

Маючи органи зору, що здатні сприймати видиме світло, люди почали вивчати Всесвіт з тих об «єктів, які вони могли безпосередньо спостерігати на небі. І протягом багатьох століть астрономія залишалася виключно оптичною наукою. А основним інструментом дослідників Всесвіту був телескоп — прилад, що в багато разів збільшує чутливість людського ока.

Однак можливості астрономічних спостережень обмежені натуральним ходом природних процесів. Скажімо, планету Марс дослідники Всесвіту можуть спостерігати у телескопи з наземних обсерваторій лише протягом кількох місяців у межах кожних двох років. У решту часу Марс губиться в яскравих променях Сонця і практично недоступний для телескопічних спостережень. А великих протистоянь Марса, коли ця планета найближче підходить до Землі, доводиться чекати роками.

У не менш складному становищі опиняються вчені при спостереженні сонячної корони — зовнішньої оболонки нашого денного світила. З наземних обсерваторій у звичайних умовах корону не видно: її слабке сяйво губиться у променях сонячної фотосфери — найбільш яскравого шару сонячної поверхні, який ми й спостерігаємо на небі у вигляді сліпучого диска.

Звичайно, всередині телескопа можна встановити спеціальну заслінку, що перекривав фотосферу. Але цей метод дає результати тільки на гірських обсерваторіях. Найкращі умови для вивчення сонячної корони виникають тільки під час повних сонячних затемнень, коли диск Місяця перекриває яскраву фотосферу. Але, по-перше, повні сонячні затемнення відбуваються досить рідко, їхніх повторень інколи доводиться чекати роками, а в одному й тому самому місці повні сонячні затемнення звичайно повторюються лише через багато сотень років. Так, за весь час існування Москви, тобто майже за 850 років, у цьому районі відбулося лише три повні затемнення, а чергове спостерігатиметься лише 16 жовтня 2126 року.

По-друге, повна фаза затемнень, під час якої тільки й можна спостерігати сонячну корону, триває лише кілька хвилин.

Десятиріччями, а іноді й століттями доводиться очікувати появи яскравих комет, проходження Меркурія по диску Сонця, спалахів наднових зір у нашій Галактиці. І таких труднощів при вивченні космічних явищ є чимало.

На відміну од спостерігача експериментатор має можливість безпосередньо активно впливати на об «єкт, що вивчається (нагрівати його, піддавати дії хімічних речовин, механічних навантажень, електричних і магнітних полів тощо), змінювати його стан і спостерігати наслідки таких змін. Експеримент, у принципі, може бути повторений у будь-який час і яку завгодно кількість разів. Крім того, в процесі дослідження експеримент можна видозмінювати, вносити у його постановку певні поправ;

ки і тим самим діставати принципово нові результати.

Таким чином, експеримент — дійовіший і ефективніший спосіб наукового дослідження, ніж спостереження.

Поширеною в думка, що астрономія — наука пасив-но-спостережна і в ній, принаймні до створення дослідних космічних апаратів, не було місця для експерименту. Однак це помилкове уявлення.

Зрозуміло, дистанційний характер астрономічних досліджень накладав на вивчення космічних явищ певну специфіку, але, з другого боку, астрономічні спостереження, незважаючи на величезні відстані, що відділяють дослідника від об «єктів, які він вивчає, зовсім не такий вже пасивний спосіб вивчення природи, як може здатися на перший погляд. Як підкреслює академік В. А. Амбарцумян, і спостерігач у більшості випадків має можливість активно вибирати об «єкти спостереження відповідно до своїх дослідницьких завдань.

Одним із прикладів такого активного підходу до астрономічних спостережень є «метод порівняння». Для вивчення якого-небудь об «єкта, що цікавить астрономів, підбираються подібні до нього за природою космічні об «єкти. В процесі спостережень з «ясовується, що у цих об «єктів спільне і чим вони різняться. Аналіз причин, які породжують цю подібність і цю відмінність, може дати цінну додаткову інформацію, що відкрив шлях до пізнання закономірностей досліджуваного об «єкта. Так, Землю порівнюють з іншими планетами Сонячної системи, Сонце — з іншими зорями, нашу Галактику — з іншими зоряними островами Всесвіту.

Можливими в астрономії є також дослідження, що фактично наближаються до експериментальних. Тільки умови для таких досліджень створює не експериментатор, а сама природа. І завдання вченого полягає в тому, щоб наперед передбачити таку можливість і скористатися з неї для дослідження того чи іншого явища.

Одним з перших «космічних експериментів», використаних людиною, було визначення форми Землі за допомогою… місячних затемнень. Наші предки не могли полишити Землю й поглянути на неї з великої відстані, як це вдається зробити у наш час за допомогою космічних апаратів. Можливість «побачити» Землю ніби «з боку» надала сама природа.

ячні затемнення відбуваються тому, що у своєму русі довкола Землі Місяць час од часу потрапляє в тінь, яку відкидав в світовий простір у променях Сонця непрозоре тіло Землі. Видатний мислитель Стародавньої Греції Арістотель одним з перших звернув увагу на ту обставину, що при всіх без винятку місячних затемненнях, які будь-коли спостерігалися людьми, контур земної тіні на Місяці завжди мав форму круга.

Арістотель дійшов висновку: Земля є кулястою, бо тільки куля може за будь-яких положень відкидати не-змінно круглу тінь.

Цікаво, що під час місячних затемнень природа, так би мовити, паралельно ставить ще один важливий експеримент. У період повного затемнення прямі промені Сонця не можуть досягти поверхні Місяця — їм заступає дорогу Земля. Але ті сонячні промені, які проходять через високі шари повітряної оболонки Землі, заломлюються і частково досягають місячної поверхні, надаючи їй червонястого відтінку. За цим відтінком можна робити висновки про фізичний стан верхньої атмосфери нашої планети.

Сонячне світло бере безпосередню участь ще в одному космічному експерименті, який свого часу зумовив одне з найважливіших відкриттів у галузі планетної астрономії. Йдеться про так зване проходження Венери по диску Сонця. Через певні проміжки часу Земля і Ве-нера опиняються на одній прямій із Сонцем, і оскільки хмарна планета знаходиться ближче до денного світила, ніж Земля, то з Землі можна спостерігати, як Венера «вступає» на край сонячного диска і сходить з нього.

Великий російський учений М. Ломоносов, за життя якого відбувалося чергове проходження Венери по диску Сонця, вперше підійшов до спостереження цього явища з наукових позицій. Він звернув увагу на те, що в момент, коли вона сходила з нього, довкола планети спалахнув світлий обідок. Ломоносов цілком правильно витлумачив результат цього експерименту, поставленого природою: світний обідок навколо Венери — результат заломлення сонячних променів в атмосфері планети.* Це відкриття по суті поклало початок планетній астрономії.

Яскравий приклад застосування з метою наукового дослідження космічної ситуації — перевірка одного в основних висновків загальної теорії відносності Ейнштейна про викривлення світлових променів під дією сили тяжіння. Для цього використовується момент повної фази сонячного затемнення, коли з «являється унікальна можливість одночасно сфотографувати перекритий Місяцем сонячний диск і зорі, що знаходяться в цей момент поблизу його краю. Потім одержані фотографії порівнюють із звичайними знімками зоряного неба. І якщо розташування одних і тих самих зірок на цих фотографіях не збігається, то за їх зміщенням можна оцінити ступінь викривлення світлових променів при проходженні у безпосередній близькості від Сонця.

Для перевірки справедливості загальної теорії відносності Ейнштейна можуть бути використані спостереження й інших фізичних ефектів космічного порядку, існування яких вона передбачає. Один з них полягає в тому, що в момент повної фази сонячного затемнення, коли Місяць опиняється між Сонцем і Землею, гравітаційний вплив Сонця на Землю має слабшати.

Згідно з розрахунками, що грунтуються на загальній теорії відносності, зміна прискорення вільного падіння біля земної поверхні, зумовлена проходженням Місяця між Сонцем і Землею, має відбитися в шістнадцятому знаці після коми. Проте приладів, здатних здійснювати вимірювання з такою точністю, у розпорядженні вчених немає. Проте вже є прилади, які дають змогу розв «язувати у певному смислі зворотне завдання: перевірити, чи не є ефект, про який йде мова, істотнішим, ніж передбачає теорія. Для науки і такі результати мають неабияке значення.

Подібні спостереження були здійснені радянськими вченими під час повного сонячного затемнення 31 липня 1981 року за допомогою створеного в Інституті автоматики і електрометрії Сибірського відділення АН СРСР лазерного гравіметра. Цей унікальний інструмент дає можливість вимірювати прискорення вільного падіння з точністю до дев «ятого знаку після коми.

Результати спостережень з висновками теорії відносності не розійшлися — у межах точності приладу ніяких змін прискорення вільного падіння виявлено не було.

Аматорська астрономія. Аматорські заняття астрономічними спостереженнями відкриють школяреві новий і захоплюючий світ — світ космічних явищ.

Але найголовніше полягає в тому, що ці заняття виробляють у людини чимало дуже важливих і цінних якостей: точність, уміння працювати з книгою, самостійність у розв «язанні завдань, акуратність, уміння аналізувати здобуті результати, спостережливість, витримку, терпіння, вміння мислити. Безпосереднє зіткнення з процесом наукового дослідження сприяє також формуванню діалектико-матеріалістичного світогляду.

Але й це не все: залучення до астрономічних спостережень та досліджень приносить величезну радість — радість самостійного пізнання навколишнього світу.

І зовсім не обов «язково, щоб у майбутньому учень, який захоплюється астрономічними спостереженнями, став астрономом-професіоналом. Яку б спеціальність він не обрав, де б не працював, досвід та навички, набуті в процесі аматорських занять астрономією, не раз підуть йому на користь.