Реферат: Астрономія 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.

Як відомо, місячні 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.