Развитие представлений о строении мира астрономия. Презентация на тему "строение мира"
Развитие представлений о строении мира.
Бринев Василий Николаевич,
учитель МКОУ «Троицкая СОШ»
Кореневского района Курской области.
Представление о Земле у древних индийцев.
Земля – плоская, расположена на четырех слонах, которые в свою очередь, стоят на огромной черепахе, плавающей в воде.
Представление о Земле у египтян.
Земля – плоская, а небо – огромный купол, раскинувшимся над Землей. Звезды расположены на своде купола. Смена суток дня – движение бога Солнца Ра.
Геоцентрическая система мира .
В древности считали, что Земля является неподвижной, плоской и находится в центре мира. Подобное представление получило название антропоцентризма.
Геоцентрическая система мира .
Пифагор первым высказал мысль, что Земля имеет форму шара и находится во Вселенной без всякой опоры.
По представлениям пифагорейской школы: в самом центре Вселенной находится неподвижная Земля. Вокруг Земли вращаются, одна внутри другой, девять сфер. Это сферы Луны, Солнца и пяти планет – Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех расположена звездная сфера.
Геоцентрическая система мира.
Один из учеников Пифагора, Филолай, утверждал, что в центре всех сфер находится центральный огонь, который дает свет и тепло всем другим небесным телам. Земля, как и все планеты, вращается со своей сферой вокруг этого огня. Солнце тоже вращается вокруг огня, но в отличие от планет своей гладкой блестящей поверхностью отражает его свет, передавая планетам.
Геоцентрическая система мира .
Солнце больше Земли. Луна отражает солнечный свет. Млечный путь состоит из огромного количества звезд.
Геоцентрическая система мира.
Аристотель предположил, что Земля имеет форму шара. Планеты размешены на особых сферах, которые вращаются вокруг Земли.
Геоцентрическая система мира .
Аристарх Самосский определил расстояние до Луны, вычислил размеры Солнца. Земля вместе с другими планетами движется вокруг солнца.
Геоцентрическая система мира.
Клавдий Птолемей разработал геоцентрическую систему мира. Планеты равномерно движутся по эпициклу – малому кругу, центр которого движется вокруг Земли по деференту – большому кругу.
Николай Коперник (1473 – 1543)
Гелиоцентрическая система мир а .
Коперник показал, что суточное движение всех светил можно объяснить вращением Земли вокруг оси, а петлеобразное движение планет – тем, что они, включая Землю, обращаются вокруг Солнца.
Гелиоцентрическая система мира.
Джордано Бруно считал, что наша солнечная система не является единственной во Вселенной. Он считал, что все видимые на небе звезды подобны Солнцу, и что вокруг каждой из них вращаются планеты. Вселенная бесконечна и не имеет какого – либо центра.
Джордано Бруно (1548 – 1600)
Галилео Галилей (1564 – 1642)
Гелиоцентрическая система мира.
Галилео Галилей открыл смену фаз Венеры. Обнаружил четыре спутника Юпитера, опровергнув представление о том, что Земля – единственный в мире центр. Он обнаружил и измерил высоту гор на Луне, наблюдал пятна на Солнце. Сделал вывод о том, что никакой «сферы неподвижных звезд» не существует.
Иоганн Кеплер (1571 – 1630)
Гелиоцентрическая система мира .
Иоганн Кеплер установил фору планетарных орбит, а также закономерность изменения скорости движения планет при их обращении вокруг Солнца.
Картинки: https://www.google.ru/search
Урок 8, 9 по календарно-тематическому планированию.
Задачи урока:
1) образовательные: а) формирование знаний о вкладе ученых в создание современной научной картины мира, б) формирование знаний информации, отражающей ценность астрономической науки и её результатов, в) активизация познавательной активности учащихся;
2) развивающие: а) продолжить развитие интеллектуальных умений анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, б) формировать умения самообразования, то есть работы с различными источниками учебной информации, в) продолжить формирование информационной компетентности; г)формировать умения работы в группах в медиацентре гимназии.
3) воспитательные: а) формирование научного мировоззрения на основе введения знаний о современной научной картине мира, б) духовно-нравственное воспитание учащихся на основе базовых национальных ценностей, в) индивидуально-личностное развитие и воспитание учащихся, г)воспитание ученика субъектом, конструктором своего образования, полноправным источником и организатором своих знаний.
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Форма урока: мультимедийный урок, состоящий из двух стандартных уроков по 45 минут.
Методы: а) технология интеграции предметов и информационная технология; б) педагогика сотрудничества; в) прием выхода за рамки своего учебного предмета, использование поэзии, литературных произведений; г) форма работы: групповая.
Оборудование: а) компьютерный класс в медиацентре гимназии б) мультимедийное оборудование: проектор, интерактивная доска, лазерная указка, в) источники информации: Интернет, специальная литература по теме, г) дидактические средства обучения: рабочие листы для создания опоры нового учебного материала,перечень тем для презентаций с единым планом, листы защиты презентации, плакаты по разным системам мира, д) презентация учителя, е) модель планетной системы и самодельные приборы учащихся, ж) таблички с названиями ролей учеников.
Последовательность этапов урока:
- Организационный;
- Проверка домашнего задания;
- Усвоение и закрепление новых знаний;
- Рефлексия;
- Информация о домашнем задании, инструктаж.
Этап урока. Время |
Приемы. Методы |
Что делают ученики. |
Что делает учитель |
1)организационный | Вход в урок: настройка на данный тип
работы, вид деятельности с учетом работы всего
класса по групам. Выход с урока: “Урок завершен, всего вам хорошего! До свидания!”. Важно, чтобы фраза всегда обозначала конец урока. |
Приветствие учителя; доклад дежурных об
отсутствующих Самостоятельное деление на группы
для работы в медиацентре. Выбор в группах
ответственных лиц, условно названных: а)
“системный администратор, |
Приветствие учащихся; фиксация отсутствующих; проверка внешнего состояния классного помещения; проверка подготовленности учащихся к уроку; организация внимания и внутренней готовности детей к уроку. Определить цель: формирование знаний о вкладе ученых в создание современной научной картины мира. На доске запись: вклад ученых в создание современной научной картины мира. |
2) проверка домашнего задания | Устный опрос по цепочке. | Ответы учащихся, которые сидят на своих местах. Если кто-то затрудняется в ответе, то право ответа переходит автоматически к другому ученику, рядом сидящему. | Организация устного опроса по цепочке. Демонстрация модели планетной системы, прибора для рисования эллипса. |
3) усвоение и закрепление новых знаний | Частично поисковые, исследовательские методы обучения; эвристичес-кое обучение; самостоятель-ное добывание знаний. Межпредмет-ные связи с информати-кой, литерату-рой, поэзией. Записи на интерактив-ной доске. Прием выхода за рамки своего предмета для создания примера нравственности учителя, желания ему подражать. | Работа с рабочими листами для создания опоры нового учебного материала. Самостоятельно решают, кто сдает на проверку рабочие листы из учеников группы. Отчет “сборщика информации” о ходе работы два раза за весь период урока. После окончания выступлений товарищей сдают рабочие листы на проверку, с учетом того, что оценка “отлично” будет выставлена ученикам, кто выполнит любое творческое задание дома. | Инструктаж о работе с рабочими листами. Введение в новый материал через записи №1, 2, 3, 4 на интерактивной доске. Демонстрация плакатов по разным системам мира. Мои стихи. Задание группам: создание по конкретной теме презентации от каждой группы с использованием единого плана. Фиксация ответственных лиц в группах. Беседы с “консультантами” групп при необходимости теоретических консультаций по теме.Прием на проверку рабочих листов. |
4) рефлексия | Записи на интерактив-ной доске. Сотрудниче-ство и партнерство между учителем и учениками. Элементы ролевой игры. | Презентации от каждой группы представляет “системный администратор”. Защищает продукт работы “оратор”, доказывает свою точку зрения, но и принимает, выслушивает чужую. Пользуясь своими опорами, осознают главные нравственные качества, характерные для всех ученых, помогают их записать на интерактивной доске учителю. | Запись № 5 на интерактивной доске. Участие в просмотре презентаций от каждой группы. Фиксация результатов защиты в листах защиты презентации. Оценка неудовлетворительная не ставится. Устная оценка продукта работы для хорошей эмоциональной атмосферы урока. Фразы типа “Отлично поработали вместе!”, “Прекрасный ответ!”, “Хороший вопрос!”, “Ты сегодня очень внимательна!”, “Очень точный ответ! Тебя было приятно слушать!” Организация рефлексии дает возможность осознать базовые национальные ценности в духовно – нравственном воспитании учащихся. |
5) информация о домашнем задании, инструктаж | Самостоятельное добывание знаний при работе с различными источниками учебной информации. Ученик – субъект, конструктор своего образования, источник и организатор своих знаний. Создание ситуации успеха для ученика. | Обязательная фиксация домашнего задания в своих тетрадях, причем не только традиционного задания, но и творческого задания. Конкретные ученики, которые создают презентации по теме “Ф.В.Бессель”, получают план, но могут по согласованию с учителем его изменить. Создание учениками личного опыта в приобретении знаний и продукта своей деятельности; | Сообщение домашнего задания: а)
традиционное задание: учить записи в тетради и
изучить §8. Сделать самостоятельно записи о
Ф.В.Бесселе. б) творческое задание (по желанию):1)
найти стихи об ученых или свои написать; 2)
создать презентацию о Ф.В.Бесселе. Чаще всего домашнее задание формулируется в начале урока на организационном этапе урока. |
Приложения: №1. Перечень вопросов для устного опроса по цепочке.
- Как вы понимаете выражение: “дети Солнца” и “внуки Солнца”? Уточнить, какие тела к ним относятся (модель планетной системы, самодельная модель, рисунок Юпитера).
- Кто создал законы, управляющие движением планет? Каковы формулировки этих законов (прибор рисования эллипса).
- Какой физический закон справедлив и для небесных тел? Кто его автор?
- Какое тело в центре нашей планетной системы? Откуда мы это знаем?
№2. Рабочий лист для создания опоры нового учебного материала.
Фамилия, имя ученика, класс_______________________________________________________________________
Тема урока: “Развитие представлений о Солнечной системе”
Цель урока: рассмотреть, каков вклад ученых в формирование современной научной картины мира.
Задание на урок:
- Внимательно прослушать выступления товарищей на уроке.
- Письменно ответить на вопросы единого плана (часть класса работает в своих тетрадях), заполнив таблицу.
Домашнее задание:1.Учить записи в тетради и изучить §8. 2.Сделать самостоятельно записи о Ф.В.Бесселе. 3. Творческая работа (по желанию):1) найти стихи об ученых или свои написать; 2) создать презентацию о Ф.В.Бесселе.
№3. Записи на интерактивной доске.
№1. Страница 1. “Но больше всего я удивился, когда совершенно случайно выяснилось, что он понятия не имеет о теории Коперника и о строении Солнечной системы. Чтобы цивилизованный человек, живущий в 19 веке, не ведал о том, что земля вращается вокруг Солнца, – мне это представлялось настолько невероятным…”. (Джон Уотсон из произведения А.К. Дойля). Фотография артистов, исполнявших главных героев в советском фильме (рисунок 1).
№2. Страница 2. Развитие представлений о Солнечной системе.
- Греческий ученый Аристарх Самосский Итальянские ученые Николай Кузанский и Леонардо да Винчи считали, что Земля вращается вокруг Солнца. Фотографии ученых (рисунок 2, 3,4).
№3. Страница 3. 2. Геоцентрическая система
мира Птолемея (2 век н.э.) Фотография
ученого (рисунок 5,6)
(таблица на стенде).
№5. Страница 5.
“Печальная участь ожидает того, кто наделен талантом, но вместо того, чтобы развивать и совершенствовать свои способности, чрезмерно возносится и предается праздности и самолюбованию. Такой человек постепенно утрачивает ясность и остроту ума, становится косным, ленивым и обрастает ржавчиной невежества, разъедающей плоть и душу”. (Леонардо да Винчи)
Нравственные качества ученых
(записи при обсуждении).№4. Стихи собственного сочинения.
Солнце водит за руку своих “детей”, большие так планеты называем.
И “внуки” есть, конечно, у него. Астероиды, кометы мы не забываем.
Прошло веков немало с давних пор, как человек таким увидел мир.
Для многих знаменитых астрономов Коперник как ученый был кумир.
Мы вам расскажем про ученых, как все они науку развивали.
Своими взглядами и смелостью суждений научный мир, конечно, удивляли!
№5. Лист защиты презентации.
Группа №_: тема__________________________________________________________
Рис.1 Рис.2
Рис.4Рис.5 Рис.6
63 Общая часть |
|||||||||||||||||||||||||||||
Предмет | Класс | Тема урока |
|||||||||||||||||||||||||||
астрономия | Развитие представлений о строении мира |
||||||||||||||||||||||||||||
Используемый учебник |
|||||||||||||||||||||||||||||
Название | Класс | ||||||||||||||||||||||||||||
Астрономия | Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут |
||||||||||||||||||||||||||||
Планируемые образовательные результаты |
|||||||||||||||||||||||||||||
Предметные | Метапредметные | Личностные |
|||||||||||||||||||||||||||
воспроизводить исторические сведения о становлении и развитии гелиоцентрической системы мира, объяснять петлеобразное движение планет с использованием эпициклов и дифферентов. | устанавливать причинно-следственные связи смены представлений о строении мира; характеризовать вклад ученых в становление астрономической картины мира. | высказывать убежденность в возможности познания системы мира. |
|||||||||||||||||||||||||||
ТСО (оборудование) | Средства ИКТ (ЭФУ, программы, приложения, ресурсы сети Интернет) |
||||||||||||||||||||||||||||
Таблица “Солнечная система”, к/ф "Астрономия" (ч.1, фр. 2 "Самая древняя наука") | Презентация к уроку |
||||||||||||||||||||||||||||
Этап урока | Образовательные задачи (планируемые результаты) | Используемые ресурсы, в т.ч. ЭФУ (для ЭФУ укажите названия конкретных объектов и страницу) | Деятельность учителя | Деятельность обучающихся | длит. этапа (мин) |
||||||||||||||||||||||||
1 этап Инициация Цель: Создание позитивной и комфортной атмосферы, настрой на рабочий лад, формирование команд. | Формируется коммуникативная компетентность - способность вступать в общение, устанавливать контакты между участниками. Коммуникативные УУД - умение вступать в общение, поддерживать его, что обеспечивает эффективность взаимодействия и работы учащихся в создаваемых группах. | Используется метод «Отправляемся в путешествие» | Здравствуйте, ребята. Сегодня мы с вами проводим необычный урок. Любой человек, невзирая на возраст, любит путешествовать. Вот и я вам предлагаю совершить путешествие. Правда не настоящее, а виртуальное. И это путешествие в прошлое. Средством передвижения будет машина времени. Эпиграфам к нашему уроку я взяла высказывание французского писателя Антуана Сент-Экзюпери : «У каждого человека свои звезды. Одним тем, кто странствует, - они указывают путь. Для других это просто огоньки. Для ученых они как задача, которую надо решить». Перед вами находится книга отзывов и предложений. Составьте лозунг или девиз, который характеризует вашу команду. Запишите это в книгу отзывов и предложений. | При входе в класс каждый ученик выбирает карточку и подходит к тому, столу на котором находится трафаретка с данной карточкой (заготавливаются заранее) - это позволяет сформировать группы. На каждом столе находится книга отзывов. Объединившись, ученики должны будут придумать приветствие, цитату, девиз или лозунг своей работы на уроке и записать его в книгу отзывов. | 2 мин |
||||||||||||||||||||||||
2 этап Погружение в тему Цель: Обеспечение мотивации обучения и осмысленности процесса обучения | осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков Личностные УУД: ориентация на содержательные моменты учебной задачи Познавательные УУД: активизация мыслительной деятельности обучающихся, включение логического мышления. | Необходимые материалы: презентация со слайдами, на которых изображены вопросы. Технология проведения: Во время демонстрации слайдов группы отвечают на вопросы, зарабатывая баллы Отвечает та команда, которая первой подняла сигнальную карточку. Если ответ неправильный, то ход переходит следующей команде. Команда, которая заработала больше всего баллов получает билет 1-го класса (это дает право первыми выдвинуться в путешествие и право на две ошибки), другие команды получают билеты 2-го класса (право на 1 ошибку) и 3-го класса (ошибаться при ответах нельзя) . | Чтобы наше путешествие началось нам надо приобрести билеты. Для этого вам надо ответить на вопросы (слайды 3-9): Период обращения Сатурна вокруг Солнца около 30 лет. Найти промежуток времени между его противостоянием. [ 1/S=1/Т з - 1/Т , отсюда S=(1 . 30)/(30-1)=1,03 года] Указать вид конфигурации в положении I, II, VIII. [противостояние, нижнее соединение, западная элонгация] Найти период обращение Марса вокруг Солнца, если есть противостояние повторяется через 2,1 года. [ 1/S=1/Т з - 1/Т , отсюда Т= (Т з . S)/(S- Т з )= (1 . 2,1)/(2,1-1)=1,9лет] Указать вид конфигурации в положении V, III, VII. [восточная элонгация, верхнее соединение, восточная квадратура] Чему равен период обращение Юпитера вокруг Солнца, если его соединение повторяется через 1,1года. [ 1/S=1/Т з - 1/Т , отсюда Т= (Т з . S)/(S-Т з )= (1 . 1,1)/(1,1-1)=11 лет] Указать вид конфигурации в положении IV, VI, II. [верхнее соединение, западная квадратура, нижнее соединение] Указать вид конфигурации в положении VI, V, III. [западная квадратура, восточная элонгация, верхнее соединение] | Во время демонстрации слайдов группы отвечают на вопросы, зарабатывая баллы Цена вопроса 2 балла. Отвечает та команда, которая первой подняла сигнальную карточку. Если ответ неправильный, то ход переходит следующей команде. Команда, которая заработала больше всего баллов получает билет 1-го класса (это дает право первыми выдвинуться в путешествие и право на две ошибки), другие команды получают билеты 2-го класса (право на 1 ошибку) и 3-го класса (ошибаться при ответах нельзя) . | 7 мин |
||||||||||||||||||||||||
3 этап Определение ожиданий и опасений Цель: Концентрация внимания, обеспечение ответственности за результат обучения, создание психологически-комфортной обстановки | Развивать способность понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, осознавать свою роль и предназначение. Личностные - участники не только делятся своими желаниями, но и раскрывают мотивационную сферу своей личности, свои склонности, интересы; идентифицируют себя по отношению к профессии | Метод «Билет» | Готовы ли вы к путешествию и новым познаниям? (Учитель вручает каждому участнику входной билет на транспортное средство) | Билет состоит из двух частей. На одной части ученики пишут свои ожидания от предстоящего путешествия, а на другой (зона контроля) - свои опасения. Учитель отрывает область контроля (опасения) и забирает себе, а часть билета, на которой написаны ожидания, остается у ученика. | 2 мин |
||||||||||||||||||||||||
4 этап. Проработка содержания темы. Цель: Обобщение и систематизация знаний, развитие знаний, умений и навыков по данной теме | Отрабатывать способность применять ранее полученные знания. Познавательные УУД : Формулирование гипотез и предположений, - умение применять полученные ранее знания Умение выбора и аргументации своей позиции. Коммуникативные УУД : умение корректно защищать свою точку зрения, умение толерантно относиться к мнению других. Личностные УУД : считаться с мнением другого человека; проявлять терпение и доброжелательность, доверие к собеседнику. Регулятивные УУД : оценивать весомость приводимых рассуждений | Презентация | Учитель обращается к детям: Чтобы ничего не упустить в путешествии, мы все увиденное и услышанное будем фиксировать в маршрутные листы. (В маршрутных листах группы учащиеся оформляют задания, оценивают выполнение и в конце урока оценивается успешность продвижения группы ). На каждой станции вы выполняете предложенные задания и набираете баллы. И так, путешествие началось и первая станция - это станция «Заморочки из бочки». Станция «Кинотеатр» Учитель. Давайте просмотрим сейчас отрывок из фильма. И попытаемся понять тему нашего урока, чтобы попасть на станцию «Неизведанная» Учитель.
Первичное представление окружающего мира:
Станция «Неизведанная» ( слайды 16-21 ) Приложение 1 | Заполняют маршрутные листы для каждой группы. Маршрутный лист группы № 1
Технология проведения : На трех столах (столы можно пронумеровать) лежат маршрутные листы, у учителя листы заданиями по станциям, инструкции к выполнению заданий. Отвечают на вопросы (слайды 10-15) Просмотр фильма Слушают лекцию и включаются в беседу | 23 мин |
||||||||||||||||||||||||
5 этап Эмоциональная разрядка (разминка) Цель: Снятие напряжения и усталости, расслабление или восстановление энергии | Развивать умение соотносить общеучебные знания с реальными познаваемыми объектами, формирование логического мышления. овладение креативными навыками продуктивной деятельности: выдвижение предположений, их анализ | Метод Станция "Применение" Цель метода: снижение интенсивности работы, Технология проведения: Каждой группе выдается карточка с видом созвездий. Команде нужно представить это созвездие не произнося ни слова. Другим группам необходимо отгадать, что за созвездие изображено на карточке. | Учитель. Впереди у нас станция «Применение». В литературе мы встречаем различные описания природы, вспомним Тютчева: Не то, что мните вы природа: не слепок, не бездушный лик- в ней есть душа, в ней есть свобода, в ней есть любовь, в ней есть язык… Скажите, каким языком пользуется физика для описания законов природы? Верно математическим языком. Но Вам сейчас придется использовать язык жестов, чтобы показать созвездие. Вы получили карточки с различными созвездиями. Каждой команде нужно представить это созвездие, не произнося ни слова. Другим группам необходимо отгадать, что за созвездие изображено на карточке | Выполняют задания | 3 мин |
||||||||||||||||||||||||
6 этап Рефлексия Цель: Получение эмоциональной и содержательной оценки процесса и результатов обучения | Развивать умение проводить анализ, рефлексию, самооценку учебно-познавательной деятельности. | Станция "Книга отзывов и предложений" | Учитель. Впереди у нас станция «Книга отзывов и предложений», т.е - конечная. Перед вами книга "Отзывов и предложений" фирмы, которая организовала вам это путешествие. Вспомните еще раз урок, себя, свои эмоции и ощущения. Что вас удивило? Что заставило задуматься? А может, вы с чем-то были не согласны? А может, вы в чем-то отличились? Задание: необходимо заполнить страничку данной книги. Домашнее задание (слайд 22) | Каждый учащийся в данной книге, в спомнив еще раз урок, себя, свои эмоции и ощущения, выражает их любым способом (стихи, цитата или просто смайлик) Подведение итогов соревнования ученики проводят самостоятельно по итоговой таблице на доске. Определяется уровень настроения на конец работы. | 3 мин |
Приложение 1
Геоцентрическая система строения мира (от Аристотеля до Птолемея).
Первая научно обоснованная теория строения мира была разработана Аристотелем и опубликована в 355г до НЭ в книге “О небе”. Признавая шарообразность Земли, Луны и небесных тел, отказывается от движения Земли и ставит ее в центр, так как считал, что звезды должны были бы описывать круги, а не находиться на месте (что было доказано лишь в 18 веке). Система получила название геоцентрической (Гея - Земля).
С развитием астрономии и получении более точных знаний о движении планет, система была доработана Гиппархом и окончательно кинематически разработана к 150г НЭ александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (87-165) в сочинении, состоящем из 13 книг “Великое математическое построение астрономии” (Альмагест). Для объяснения движения планет, применив систему эпициклов и деферентов.
По теории Птолемея:
Земля неподвижна и находится в центре мира;
планеты вращаются по строго круговым орбитам;
движение планет равномерно.
Гелиоцентрическая система строения мира (Коперника).
Идея поместить в центр Солнечной системы не Землю а Солнце принадлежит Аристарху Самосскому (310-230) впервые определившему расстояние до Луны, Солнца и их размеры. Но заключений и доказательств о том, что Солнце больше и вокруг движутся планеты было явно недостаточно. "Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют свои места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в её центре" - писал Архимед. В работе "О размерах и взаимных расстояниях Солнца и Луны" Аристарх Самосский, принимая гипотезу о суточном вращении Земли, зная диаметр Земли (по Эратосфену) и считая Луну в 3 раза меньше Земли, на основе собственных наблюдений рассчитал, что Солнце - одна, ближайшая из звезд - в 20 раз дальше от Земли, нежели Луна (на самом деле - в 400 раз) и больше Земли по объему в 200-300 раз.
Только в эпоху Возрождения польский ученый Николай Коперник (1473-1543) обосновал гелиоцентрическую систему строения мира к 1539г в книге “Об обращении небесных сфер” (1543г), объяснив суточное движение светил вращением Земли и петлеобразное движение планет их обращением вокруг Солнца, рассчитав расстояния и периоды обращения планет. Однако сферу неподвижных звезд он оставил, отодвинув её в 1000 раз дальше, чем Солнце.
Подтверждение гелиоцентрической системы мира.
В трудах Галилео Галилея Галилей - открыл смену фаз Венеры, доказывающую ее вращение вокруг Солнца. Открыл 4 спутника Юпитера, доказав что не только Земля может быть центром.
В трудах Иоганна Кеплера открывает движение планет.
В трудах Исаака Ньютона опубликовывает закон всемирного тяготения.
В трудах М.В. Ломоносов не только высмеивает идеи геоцентризма в стихах, но и открывшего атмосферу на Венере.
I. Введение.
II. Картина мира.
III. Движение планет.
IV. Первые модели мира.
VI. Система Птолемея.
VII. Мир Коперника.
VIII. Солнце и звезды.
IX. Галактика.
X. Звездные миры.
XI. Вселенная.
XII. Заключение.
I. Введение.
Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить устройство того большого мира, в котором мы живем.
Самые ранние представления людей о нем сохранились в сказках и легендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получила глубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая нам замечательную простоту, удивительный порядок мироздания. Недаром еще в древней Греции ее называли Космосом, а это слово первоначально означало «порядок» и «красоту».
II. Картина мира.
В древнеиндийской книге, которая называется «Ригведа», что значит «Книга гимнов», можно найти описание - одно из самых первых в истории человечества - всей Вселенной как единого целого. Согласно «Ригведе», она устроена не слишком сложно. В ней имеется, прежде всего, Земля. Она представляется плоской безграничной поверхностью - «обширным пространством». Эта поверхность покрыта сверху небом. А небо - это голубой, усеянный звездами «свод». Между небом и Землей - «светящийся воздух».
От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна и грандиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда берет истоки уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить, понять, разгадать ее устройство, создать в своем воображении полную картину мира.
III. Движение планет.
Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звезд, древние люди научились заблаговременно определять наступление того или иного времени года. Они разделили полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий, в каждом из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось, эти созвездия были названы зодиакальными. Все они за исключением одного носят названия животных.
С предутренним восходом того или иного созвездия древние люди связывали свои сельскохозяйственные работы, и это отражено в самих названиях созвездий. Так, появление на небе созвездия Водолея указывало на ожидаемое половодье, появление Рыб - на предстоящий ход рыбы для метания икры. С утренним появлением созвездия Девы начиналась уборка хлеба, которая проводилась преимущественно женщинами. Спустя месяц на небе появилась соседнее созвездие Весы, в это время как раз происходило взвешивание и подсчет урожая.
Еще за 2000 лет до н. э. древние наблюдатели заметили среди зодиакальных созвездий пять особых светил, которые, постоянно меняя свое положение на небе, переходят из одного зодиакального созвездия в другое. В последствии греческие астрономы назвали эти светила планетами, т. е. «блуждающими». Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, сохранившие в своих названиях до наших дней имена древнеримских богов. К блуждающим светилам были причислены также Луна и Солнце.
Вероятно, прошло много столетий, прежде чем древним астрономам удалось установить определенные закономерности в движении планет и, прежде всего, установить промежутки времени, по истечении которых положение планеты на небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежуток времени позже был назван синодическим периодом обращения планеты. После этого можно было делать следующий шаг - строить общую модель мира, в которой для каждой из планет было бы отведено определенное место и, пользуясь которой, можно было бы заранее предсказать положение планеты на несколько месяцев или лет вперед.
По характеру своего движения на небесной сфере по отношению к Солнцу планеты (в нашем понимании) подразделяются на две группы. Меркурий и Венера названы внутренними или нижними, остальные - внешними или верхними.
Угловая скорость Солнца больше скорости прямого движения верхней планеты. Поэтому Солнце постепенно обгоняет планету. Как и для внутренних планет, в момент, когда направление на планету и на Солнце совпадает, наступает соединение планеты с Солнцем. После того как Солнце обгонит планету, она становится видимой перед его восходом, во второй половине ночи. Момент, когда угол между направлением на Солнце и направлением на планету составляет 180 градусов, называется противостоянием планеты. В это время она находится в середине дуги своего попятного движения. Удаление планеты от Солнца на 90 градусов к востоку называется восточной квадратурой, а на 90 градусов к западу - западной квадратурой. Все упомянутые здесь положения планет относительно Солнца (с точки зрения земного наблюдателя) называются конфигурациями.
При раскопках древних городов и храмов Вавилонии обнаружены десятки тысяч глиняных табличек с астрономическими текстами. Их расшифровка показала, что древние вавилонские астрономы внимательно следили за положением планет на небе; они сумели определить их синодические периоды обращения и использовать эти данные при своих расчетах.
IV. Первые модели мира.
Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов древнего Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри Земли будто бы находится «царство мертвых». Небо - это твердый купол, опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан, обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. На этом куполе прикреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота, а ночью оно движется под Землей.
Согласно представлениям древних египтян, Вселенная имеет вид большой долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на ней в виде светильников подвешены звезды.
В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные светила движутся с востока на запад.
И лишь в греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), на юге Италии и в Сицилии в четвертом веке до нашей эры началось бурное развитие науки, в частности, философии, как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные причины.
Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский (около 530 - 470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим...» Тогда же Пифагор Самосский (ок. 580 - 500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех находилась сфера неподвижных звезд.
Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движение планет, создал греческий философ Евдокс Книдский (около 408 - 355 гг. до н. э.). Он предложил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколько сфер, скрепленных друг с другом. Одна из них совершает один оборот в сутки вокруг оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Время обращения другой (в обратную сторону) предполагалось равным периоду обращения планеты. Тем самым объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. При этом предполагалось, что ось второй сферы наклонена к оси первой под определенным углом. Комбинация с этими сферами еще двух позволяла объяснить попятное движение по отношению к эклиптике. Все особенности движения Солнца и Луны объяснялось с помощью трех сфер. Звезды Евдокс разместил на одной сфере, вмещающей в себя все остальные. Таким образом, все видимое движение небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.
Уместно напомнить, что представление о равномерном, круговом, совершенно правильном движении небесных тел высказал философ Платон. Он же высказал предположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нее обращается Луна, Солнце, далее утренняя звезда Венера, звезда Гермеса, звезды Ареса, Зевса и Кроноса. У Платона впервые встречаются названия планет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Платон впервые сформулировал математикам задачу: найти, с помощью каких равномерных и правильных круговых движений можно «спасти явления, представляемые планетами». Другими словами, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которой, безусловно, должна была находиться Земля.
Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик Платона Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегося философа - энциклопедиста безраздельно господствовали в физике и астрономии в течение почти двух тысяч лет, то остановимся на них поподробнее.
Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (около 490 - 430 гг. до н. э.), предположил существование четырех «стихий»: земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на Земле. По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятся двигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся «вверх» к периферии и тем быстрее, чем ближе они к своему «естественному» месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и огонь. По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца, ни начала. Это возможно как раз потому, что, кроме упомянутых четырех элементов, существует еще и пятая, неуничтожимая материя, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы и состоят все небесные тела, для которых вечное круговое движение - это естественное состояние. «Зона эфира» начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Луны находится мир четырех элементов.
Вот как описывает свое понимание мироздания сам Аристотель:
«Солнце и планеты обращаются около Земли, находящейся неподвижно в центре мира. Наш огонь, относительно цвета своего, не имеет никакого сходства со светом солнечным, ослепительной белизны. Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли. Кометы суть скоропреходящие явления, которые быстро рождаются в атмосфере и столь же быстро исчезают. Млечный Путь есть не что иное, как испарения, воспламененные быстрым вращением звезд около Земли... Движения небесных тел, вообще говоря, происходят гораздо правильнее, чем движения замечаемые на Земле; ибо, так как тела небесные совершеннее любых других тел, то им приличествует самое правильное движение, и вместе с тем самое простое, а такое движение может быть только круговым, потому что в этом случае движение бывает вместе с тем и равномерным. Небесные светила движутся свободно подобно богам, к которым они ближе, чем к жителям Земли; поэтому светила при движении своем не нуждаются в отдыхе и причину своего движения заключают в самих себе. Поэтому высшие области неба, более совершенные, содержащие в себе неподвижные звезды, имеют наиболее совершенное движение - всегда вправо. Что же касается части неба, ближайшей к Земле, а поэтому и менее совершенной, то эта часть служит местопребыванием гораздо менее совершенных светил, каковы планеты. Эти последние движутся не только вправо, но и влево, и притом по орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных звезд. Все тяжелые тела стремятся к центру Земли, а так как всякое тело стремится к центру Вселенной, то поэтому и Земля должна находиться неподвижно в этом центре».
При построении своей системы мира Аристотель использовал представления Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые вращаются вокруг Земли. По Аристотелю, первопричиной этого движения является «первый двигатель» - особая вращающаяся сфера, расположенная за сферой «неподвижных звезд», которая и приводит в движение все остальное. По этой модели лишь одна сфера в каждой из планет вращается с востока на запад, остальные три - в противоположном направлении. Аристотель считал, что действие этих трех сфер должно компенсироваться дополнительными тремя внутренними сферами, принадлежащими той же планете. Именно в этом случае на каждую последующую (по направлению к Земле) планету действует лишь суточное вращение. Таким образом, в системе мира Аристотеля движение небесных тел описывалось с помощью 55 твердых хрустальных сферических оболочек.
Позже в этой системе мира было выделено восемь концентрических слоев (небес), которые передавали свое движение друг другу. В каждом таком слое насчитывалось семь сфер, движущих данную планету.
Во времена Аристотеля высказывались и другие взгляды на строение мира, в частности, что не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Против этого Аристотель выдвинул серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в пространстве, то это движение приводило бы к регулярному видимому перемещению звезд на небе. Как мы знаем, этот эффект (годичное параллактическое смещение звезд) был открыт лишь в середине 19 века, через 2150 лет после Аристотеля...
На склоне своих лет Аристотель был обвинен в безбожии и бежал из Афин. На самом деле в своем понимании мира он колебался между материализмом и идеализм. Его идеалистические взгляды и, в частности, представление о Земле как центре мироздания было приспособлено для защиты религии. Вот почему в середине второго тысячелетия нашей эры борьба против взглядов Аристотеля стала необходимым условием развития науки...
V. Первая гелиоцентрическая система.
Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира.
Так, Гераклит Понтийский (388 - 315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля движется «...вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.
Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (около 310 - 230 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (около 287 - 212 гг. до н.э.) в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»), обращаясь к Гелону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:
«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет форму шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих «Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая это представление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров, чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности».
VI. Cистема Птолемея.
Становление астрономии как точной науки началось благодаря работам выдающегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематические астрономические наблюдения и их всесторонний математический анализ, заложил основы сферической астрономии и тригонометрии, разработал теорию движения Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.
Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и Луны на небе на любой день года. Что же касается планет, то, по замечанию Птолемея, он «не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался приведением в порядок сделанных до него наблюдений, присоединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных. Он ограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил».
Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальных сфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с помощью эпициклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха Аполлоном Пергским. Классическую форму теории эпициклических движений придал Клавдий Птолемей.
Главное сочинение Птолемея «Математический синтаксис в 13 книгах» или, как его назвали позже арабы, «Альмагест» («Величайшее») стал известным в средневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан на латинском языке в переводе с арабского, а в 1528 г. в переводе с греческого. Трижды «Альмагест» издавался на греческом языке, в 1912 г. он издан на немецком языке.
«Альмагест» - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданный момент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:
«Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение...»
«Установив» Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное и неравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых равномерных круговых движений.
Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу - эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности большого круга, названого деферентом. Для лучшего совпадения теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно. Птолемей был вынужден предположить, что движение центра эпицикла по деференту является равномерным (т. е. его угловая скорость движения постоянна), если рассматривать это движение не из центра деферента и не из центра Земли, а с некоторой «выравнивающей точки», названной позже эквантом.
Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательных приближений получил, что отношения радиусов эпициклов к радиусам деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что для предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и деферентов.
При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются от эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскости деферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мира Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.
Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам. По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е. за год. Поэтому радиусы эпициклов этих планет, направленные к планетам, всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет - Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежутку времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на небе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина обратная. У Меркурия и Венеры они равны году, поэтому центры их эпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей Солнце и Землю. Для внешних планет они определяются временем, в течение которого планета, описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам.
Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о возможном движении Земли. Он писал:
«Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает допустить, что небо неподвижно, а Земля вращается около своей оси от запада к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда, говоря о светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают, до какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, что совершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего в действительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся или движутся так же, как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушные тела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мы согласились с ними, что предметы самые плотные и самые тяжелые имеют собственное движение, быстрое и постоянное, тогда как на самом деле они с трудом движутся от сообщаемых им толчков, - все - таки эти люди должны были бы сознаться, что Земля вследствие своего вращения имела бы движение значительно быстрее всех тех, какие происходят вокруг нее, ибо она совершала бы такую большую, окружность в такой малый промежуток времени. Таким образом, тела, которые поддерживали бы Землю, казались бы всегда движущимися по противоположному с ней направлению, и никакое облако, ничто летящее или брошенное никогда не казалось бы направляющимся к востоку, ибо Земля опередила бы всякое движение в этом направлении».
С современной точки зрения можно сказать, что Птолемей слишком переоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочного утверждения Аристотеля, что в поле тяжести тела падают со скоростями, пропорциональными их массам...
В целом же, как заметил А. Паннекук, «Математическое сочинение» Птолемея «было карнавальным шествием геометрии, праздником глубочайшего создания человеческого ума в представлении Вселенной.. труд Птолемея предстает перед нами как великий памятник науки античной древности...».
После высокого расцвета античной культуры на европейском континенте наступил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток времени продолжительностью более тысячи лет был назван средневековьем. Ему предшествовало превращение христианства в господствующую религию, при которой не было места для высокоразвитой науки античной древности. В это время произошел возврат к наиболее примитивным представлениям о плоской Земле.
И лишь начиная с XI в., под влиянием роста торговых отношений, с усилением в городах нового класса – буржуазии, духовная жизнь в Европе начала пробуждаться. В середине XIII в. философия Аристотеля была приспособлена к христианской теологии, отменены решения церковных соборов, запрещавших натурфилософские идеи великого древнегреческого философа. Взгляды Аристотеля на устройство мира вскоре стали неотъемлемыми элементами христианской веры. Теперь уже нельзя было сомневаться в том, что Земля имеет форму шара, установленного в центре мира, и что вокруг него обращаются все небесные светила. Система Птолемея стала как бы дополнением к системе Аристотеля, помогающей проводить конкретные расчеты положений планет.
Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степени искусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы начали убеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе и расчетным существуют расхождения. Так, в начале 12 века планета Марс оказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало быть по таблицам Птолемея.
Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилось вводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всё уменьшающимися радиусами так, чтобы центр меньшего эпицикла обращался по кругу большего. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планет объяснялось с помощью более чем 80 кругов! И всё же наблюдения, разделённые большими промежутками времени, было трудно «подогнать» под эту схему. Приходилось вводить новые эпициклы, несколько изменять их радиусы, смещать центры деферентов по отношению к центру Земли. В конечном итоге геоцентрическая система Птолемея, перегруженная эпициклами и эквантами, рухнула от собственной тяжести...
VII. Мир Коперника.
Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, в 1543 году, носила скромное название: «О вращении небесных сфер». Но это было полное ниспровержение взглядов Аристотеля на мир. Сложная махина прозрачных хрустальных полых сфер отошла в прошлое. С этого времени началась новая эпоха в нашем понимании Вселенной. Продолжается она и поныне.
Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца. Так все стало на свои места. Строение Солнечной системы было наконец разгадано.
Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью больших планет. Их девять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открыто множество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это не изменило новой Коперниковой картины мира. Напротив, все эти открытия только подтверждают и уточняют ее.
Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей на шар. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся от окружности. Радиус этой окружности близок к 150 миллионам километров.
Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во времена Коперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земной орбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник. Размеры Солнечной системы - расстояние от Солнца до орбиты девятой планеты, Плутона, еще почти в четыре раза больше и составляет приблизительно 6 миллиардов километров.
Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и есть мир по Копернику.
Но Солнечная система еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это только наш маленький мирок. А как же далекие звезды? О них Коперник не рисковал высказывать никакого определенного мнения. Он просто оставил их на прежнем месте, не дальней сфере, где были они у Аристотеля, и лишь говорил, и совершенно правильно, что расстояние до звезд во множество раз больше размеров планетных орбит. Как и античные ученые, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой.
VIII. Солнце и звезды.
В ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек с острым зрением увидит на небосводе не более двух - трех тысяч мерцающих точечек. В списке, составленном во 2 веке до нашей эры знаменитым древнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем, значится 1022 звезды. Гевелий же, последний астроном, производивший такие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533.
Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд, невидимых глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд. Споры о строении Млечного Пути продолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в 1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе с помощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперь удалось «сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не были видимыми и число которых, по меньшей мере, в десять раз больше числа звезд, известных издревле».
Но и это великое открытие все еще оставляло мир звезд загадочным. Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца?
Еще до открытия Галилея была высказана совершенно неожиданная, по тем временам замечательно смелая мысль. Она принадлежит Джордано Бруно, трагическая судьба которого всем известна. Бруно выдвинул идею о том, что наше Солнце - это одна из звезд Вселенной. Всего только одна из великого множества, а не центр всей Вселенной. Но тогда и любая другая звезда тоже вполне может обладать своей собственной планетной системой.
Если Коперник указал место Земли отнюдь не в центре мира, то Бруно и Солнце лишил этой привилегии.
Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из нее вытекала оценка расстояний до звезд. Действительно, Солнце - это звезда, как и другие, но только самая близкая к нам. Поэтому - то оно такое большое и яркое. А на какое расстояние нужно отодвинуть светило, чтобы и оно выглядело так, как, например, Сириус? Ответ на этот вопрос дал голландский астроном Гюйгенс (1629 - 1695). Он сравнил блеск этих двух небесных тел, и вот что оказалось: Сириус находится от нас в сотни раз дальше, чем Солнце.
Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем, что луч света, пролетающий за одну секунду 300 тысяч километров, затрачивает на путешествие от Сириуса к нам несколько лет. Астрономы говорят в этом случае о расстоянии в несколько световых лет. По современным уточненным данным, расстояние до Сириуса - 8,7 световых лет. А расстояние от нас до солнца всего 8 световых минут.
Конечно, разные звезды отличаются друг от друга (это и учтено в современной оценке расстояния до Сириуса). Поэтому определение расстояний до них и сейчас часто остается очень трудной, а иногда и просто неразрешимой задачей для астрономов, хотя со времени Гюйгенса придумано для этого немало новых способов.
Замечательная идея Бруно и основанный на ней расчет Гюйгенса стали решительным шагом к овладению тайнами Вселенной. Благодаря этому границы наших знаний о мире сильно раздвинулись, они вышли за пределы Солнечной системы и достигли звезд.
IX. Галактика.
С XVII века важнейшей целью астрономов стало изучение Млечного Пути - этого гигантского собрания звезд, которые Галилей увидел в свой телескоп. Усилия многих поколений астрономов - наблюдателей были нацелены на то, чтобы узнать, каково полное число звезд Млечного Пути, определить его действительную форму и границы, оценить размеры. Лишь в XIX веке удалось понять, что это единая система, заключающая в себе все видимые звезды. На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в ее центре, а на ее окраине.
Потребовались еще многие десятилетия тщательных наблюдений и глубоких раздумий, прежде чем перед астрономами раскрылось во всей полноте строение Галактики. Так стали называть звездную систему, которую мы видим, - конечно, изнутри - как полосу Млечного Пути. (Слово «галактика» образовано от новогреческого «галактикос», что значит «млечный».)
Оказалось, что Галактика имеет довольно правильное строение и форму, несмотря на видимую клочковатость Млечного Пути, на беспорядочность, с которой, как нам кажется, рассеяны звезды по небу. Она состоит из диска, гало и короны. Диск представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. Он образован звездами, которые внутри этого объема движутся по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики.
Диаметр диска измерен - он составляет приблизительно 100 тысяч световых лет. Это означает, что свету потребуется сто тысяч лет, чтобы пересечь диск из конца в конец по диаметру. Вот сколь огромна Галактика! А число звезд в диске - приблизительно сто миллиардов.
В гало содержится сравнимое с этим число звезд (слово «гало» означает «круглый».). Они заполняют слегка сплюснутый сферический объем и движутся не по круговым, а по сильно вытянутым орбитам. Плоскости этих орбит проходят через центр Галактики. По разным направлениям они распределены более или менее равномерно.
Диск и окружающее его гало погружены в корону. Если радиусы диска и гало сравнимы между собой по величине, то радиус короны в пять, а может быть, и в десять раз больше. Почему «может быть»? Да потому, что она невидима - из нее не исходит никакого света. Как же узнали тогда о ней астрономы?
Все тела в природе создают тяготение и испытывают его действие. Об этом говорит Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном. Вот и о короне узнали не по свету, а по создаваемому ею тяготению. Оно действует на видимые звезды, на излучающие свет облака газа. Наблюдая за движением этих тел, астрономы и заметили: на них кроме диска и гало действует что-то еще.
Детальное изучение этого «нечто» и позволило, в конце концов, обнаружить корону, которая создает дополнительное тяготение. Она оказалась очень массивной - в несколько раз больше массы всех звезд, входящих в диск и гало.
Таковы сведения, полученные советским астрономом Я. Эйнасто и его сотрудниками в Тартуской обсерватории.
Конечно, изучать невидимую корону очень трудно. Из-за этого и не слишком точны пока оценки ее размеров и массы. Но ее главная загадка в другом: мы не знаем, из чего она состоит. Мы не знаем, есть ли в ней звезды, пусть даже и какие-то необычные, совсем не излучающие свет.
Сейчас многие предполагают, что ее масса складывается вовсе не из звезд, а из мельчайших элементарных частиц - нейтрино. Эти частицы известны физикам уже давно, но и сами по себе они тоже в значительной степени остаются загадочными. Неизвестно о них, можно сказать, самое главное: есть ли у них масса покоя, то есть такая масса, которой частица обладает в состоянии, когда она не движется, а стоит на месте. Большинство элементарных частиц такую массу имеют.
Это, например, электроны, протоны, нейтроны, из которых состоят все атомы. А вот у фотона, кванта света, ее нет. Фотоны существуют лишь в движении. Нейтрино могли бы служить материалом для короны, но лишь в том случае, если у них есть масса покоя.
Легко представить себе, с каким нетерпением ожидают астрономы вестей из физических лабораторий, где ставятся сейчас специальные эксперименты, чтобы выяснить, есть ли у нейтрино масса покоя или нет. Возможно, именно физики и разгадают загадку невидимой короны.
X. Звездные миры.
К началу нашего века границы разведанной Вселенной раздвинулись настолько, что включили в себя Галактику. Многие, если не все, думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная в целом.
Но вот в 20-е годы были построены новые крупные телескопы, и перед астрономами открылись совершенно неожиданные горизонты. Оказалось, что за пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звездных систем, галактик, похожих на нашу и отличающихся от нее, рассеяны тут и там по просторам Вселенной.
Фотографии галактик, сделанные с помощью самых больших телескопов, поражают красотой и разнообразием форм: это и могучие вихри звездных облаков, и правильные шары, а иные звездные системы вообще не обнаруживают никаких определенных форм, они клочковаты и бесформенны. Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, - получившие названия по своему виду на фотографиях, открыты американским астрономом Э. Хабблом в 20-30-е годы нашего века.
Исследования последних лет показали, что многие крупные спиральные галактики обладают - как и наша Галактика - протяженными и массивными невидимыми коронами. Это очень важно: ведь если так, то, значит, чуть ли не вся масса Вселенной (или, во всяком случае, подавляющая ее часть) - это загадочная, невидимая, но тяготеющая «скрытая» масса.
Многие, а может быть, и почти все галактики собраны в различные коллективы, которые называют группами, скоплениями и сверхскоплениями, смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего три или четыре галактики, а в сверхскопление - до тысячи или даже нескольких десятков тысяч. Наша Галактика, туманность Андромеды и еще более тысячи таких же объектов входят в так называемое Местное сверхскопление. Оно не имеет четко очерченной формы.
Приблизительно так же устроены и другие сверхскопления, лежащие далеко от нас, но довольно отчетливо различимые в современные крупные телескопы.
До недавнего времени астрономы полагали, что эти объекты - самые крупные образования во Вселенной и что какие-либо еще большие системы отсутствуют. Но вот выяснилось, что это не так.
Несколько лет назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. На ней каждая галактика представлена всего лишь точкой. На первый взгляд они рассеяны на карте хаотично. Если же приглядеться внимательно, то можно обнаружить группы, скопления и сверхскопления, которые выглядят здесь цепочками точек. Но что поразительнее всего, карта позволяет обнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются, образуя какой-то сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или, может быть, пчелиные соты с размерами ячеек в 100-300 миллионов световых лет.
Покрывают ли такие «сетки» всю Вселенную, еще предстоит выяснить. Но несколько отдельных ячеек, очерченных сверхскоплениями, удалось подробно изучить. Внутри них галактик почти нет, все они собраны в «стенки».
Ячейка - это предварительное, рабочее название для самого крупного образования во Вселенной. Более крупных систем в природе нет. Это показывает карта Вселенной. Астрономия достигла, наконец, завершения одной из самых грандиозных своих задач: вся последовательность, или, как еще говорят, иерархия, астрономических систем теперь целиком известна. И все же...
XI. Вселенная.
Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звезды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки. Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет.
Планеты, звезды, галактики поражают нас удивительным разнообразием своих свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная в целом?
Ее главное свойство - однородность. Об этом можно сказать и точнее. Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большой кубический объем, с ребром в 500 миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько в нем галактик. Произведем такие же подсчеты для других, но столь же гигантских объемов, расположенных в различных частях Вселенной. Если все это проделать и сравнить результаты, то окажется, что в каждом из них, где бы их ни брать, содержится одинаковое число галактик. То же самое будет и при подсчете скоплений или даже ячеек.
Вселенная предстает перед нами всюду одинаковой - «сплошной» и однородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал однородность мира.
В однородном мире все «места» равноправны и любое из них может претендовать на то, что оно - центр мира. А если так, то, значит, никакого центра мира вовсе не существует.
У Вселенной есть и еще одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находится в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.
Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определенным законам.
Фридман открыл подвижность звездной Вселенной. Это было теоретическое предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.
Он обнаружил, что далекие галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.
Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. Иначе мы вернулись бы к старым воззрениям, к докоперниковой картине мира с Землей в центре. В действительности общее расширение Вселенной происходит так, что все они удаляются друг от друга, и из любого места картина этого разбегания выглядит так, как мы видим ее с нашей планеты.
Если Вселенная расширяется, то, значит, в далеком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звезд, ни галактик еще не было, и все вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем ее сейчас.
Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.
XII. Заключение.
Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И ее расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И,наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной?
Есть ли она еще где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют.
Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать все новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1) Космос: Сборник. Научно - популярная литература/ Сост. Ю. И. Коптев и С. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю. А. Осипьяна; Оформл. и макет В. Итальянцева; Рис. Е. Азанова, Н. Котляровского, В. Цикоты. - Л.: Дет. лит.,1987. - 223 с., ил.
2) И. А. Климишин. Астрономия наших дней. - М.: «Наука».,1976. - 453 с.
3) А. Н. Томилин. Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ Научный редактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К. Ф. Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., «Дет. лит.», 1974. - 334 с., ил.
4) Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Педагогика, 1986. - 336с., ил.
Содержание. I. Введение. II. Картина мира. III. Движение планет. IV. Первые модели мира. V. Первая гелиоцентрическая система. VI. Система Птолемея. VII. Мир Коперника. VIII. Солнце и звезды.