АСТРОНОМИЯ И ДРУГИЕ НАУКИ

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 

Астрономия 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.