Основы астрофизики ( иллюстративный курс для физиков) Лектор

Основы астрофизики ( иллюстративный курс для физиков) Лектор проф. Сахибуллин Н. А. 1

2

«Что заставило человека поднять глаза от земли к небу? . . Наука началась не с абстрактного стремления к истине и знанию: она возникла как часть жизни, вызванная стихийным зарождением социальных потребностей » (Паннекук А. , голландский Астроном, книга «История астрономии» ) 3

Центры древних цивилизаций Месопотамия Древняя Греция Древний Китай Археологические исследования свидетельствуют высоком уровне развития астроно мии в исчезнувш цивилизациях. Цивилизац ия Древний Египет майа Индокитай Индия 4

5

Астрономия в Месопотамии (1) Область между реками Тигр и Евфрат являтся местом возникновения цивилизации 10 000 лет назад. Именно отсюда развитая астрономия далее перешла к древним грекам. Первые памятники письменности (сперва пиктографические, а затем и клинописные) относятся к 4 В Месопотамии верили во тысячелетию до н. э. Вселенную : 6 уровней: три неба и три земли: - два неба выше звезд, - небо со звездами, - Земля, - подземный мир Апсу, 6 - подземный мир мертвых.

Астрономия в Месопотамии (2) Настоящий вид Зиггурат (Ирак) – использовался для наблюдений положений Луны и планет. Преполагаемый вид 7

: Астрономия в Месопотамии (3) Астрономы Месопотамии регистрировали и предсказывали затмения, положения планет, восходы и заходы Луны с целью предсказаний будущего страны и царя. Но они не создали свою модель Вселенной для объяснения наблюденных фактов. Греческие астрономы использовали эти данные для научного объяснения. Дощечка Венеры (короля Аммизадуга). Создана в 1581 году до н. э. Главное назнач это предсказание появления и исчезновен планеты Венера. Клинописная таблица, содержащая описание кометы Галлея, наблюдавшейся в 165 году до н. э. 8

Астрономия в Месопотамии (4) Обозначения созвездий давались разными цивилизациями в соответствии со своей культурой и религией. Но обозначения некоторых созвездий переходили из одной культуры в другую. На правой стороне камня (Месопотамия, 4000 лет до н. э. ) можно найти изображения созвездий Скорпиона И Льва. 9

Планета Нибиру: аргументы «за» История началась так. Некий З. Сичин, автор фантастических и е художественных произведений о древней цивилизации шумер в Месопотамии, объявил в нескольких книгах (например, в книге "Двенадцатая планета", изданной в 1976 году), что он нашел и перевел шумерские документы, в которых описывается планета Нибиру, движущаяся по орбите вокруг Солнца с периодом обращения 3600 лет. Некоторые сторонники конца света в 2012 году, утверждают, что эта планета столкнется с Землей. Эта катастрофа была первоначально была предсказана для мая 2003 года, но когда ничего не произошло, конец света была перенесен вперед на декабрь 2012 года. Затем это связали с окончанием одного из циклов в древнем календаре майя во время зимнего солнцестояния в 2012 году. Отсюда и предсказал конец света дату 21 декабря 2012 года. Указано положение Нибиру на древних документах шумеров

Планета Нибиру: аргументы «за» На изображении шумерской печати (Берлинский музей) видно, что центральный бог окружен 11 кружками – астрономическими объектами: Солнце, Земля+Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Одиннадцатый объект это планета Нибиру. Шумеры 3000 лет до н. э. Эти объекты нанизаны на ожерелье из 24 кружочков. Это совпадает с числом спутников планет (если не считать спутники с диаметрами меньше 20 км )

Планета Нибиру: аргументы «против» 2) У шумеров был совершенно недвусмысленный символ для Солнца – круг с четырьмя треугольниками вокруг в виде лучей и волнистыми линиями между ними. Иногда треугольники отсутствуют. Это решительно не тот символ, что на печати. Символ на печати характеризует яркую звезду. Такой символ использовался часто, и он присутствует на Берлинской печати, фундаментально опровергая теорию Ситчина. Схематическое изображение Пример реального изображения Солнца

Планета Нибиру: аргументы «против» 3) Звёзды, планеты и божества изображались следующим образом – круг с исходящими из него лучами. Число лучей может меняться (чаще 6, реже 8, ). Может отсутствовать внешний круг. Реальные изображения звезд шумерских источни хематическое изображение звезды Изображения звезды, Луны Солнца

Представления о мире древних египтян В своих представлениях об окружающем мире древние народы исходили, прежде всего, из показаний своих органов чувств: Земля казалась им плоской, а небо – громадным куполом, раскинувшимся над Землей. На картине показано, как высокие горы, расположенные где-то на краю света! Египет находитс небесный свод Земли. Небесные светила как бы подвешены на своде. опирается на четыре В Древнем Египте существовал культ бога Солнца Ра, который объе на своей колеснице. Этот рисунок находится на стене внутри одной из пирамид.

Астрономия в древнем Египте В те же времена (примерно 5 тысячелетие до н. э. ) образовалось государство в долине Нила – Древний Египет. 1. Для древних египтян-астрономов главной задачей было вычисление и предсказание времени и места появления на небе их богов, в особенности их бога Солнца Ра. Поэтому наблюдения Солнца в течение года были важными для египтян. Их умение это делать привело к делению дня и ночи на 12 частей (часов), к созданию лунного и солнечного календарей с 12 месяцами (по 30 дней каждый) и дополнительными 5 днями. Согласно мифу богиня неба Нат родила бога Ра. Богиня Нат обычно изображается как обнаженная женщина на звездном фоне. Солнце (Ра) входит в ее рот, проходит через ее тело и рождается через 9 месяцев (это период между весенним равноденствием и зимним солнцестоянием). 15

Группа северных созвездий. Роспись потолка погребальной камеры гробницы Сети I. Долина 16 царей, 13 в. до н. э.

К скоплению Плеяды Пирамида В Гизе Вентиляционные шахты Строительство пирамид также было связано с астрономическими объектами. Их форма учитывает рассеяние солнечного света в направлении внутренних коридоров, которые сами представляют собой «лестницы на небо» к положениям известных звезд, которые они занимали во время постройки пирамид 17 (2459 г. до н. э. ).

Особенность египетской астрономии определялось тем, что египтяне считали, что вечность и жизнь после смерти фараонов связаны со звездами. 1) Поэтому ясно, что для египтян самыми важными были две звезды, которые вращаются вокруг северного полюса и никогда не заходят за горизонт. 2) Сейчас мы знаем, это звезды Кохаб ( UMi) и Мицар ( UMa). Именно на эти звезды Кохаб возвращаются фараоны после своей смерти. Все это определяет ориентацию, форму и устройство пирамид, а также решение практических задач. Мицар

Как египтяне определяли направление на север? (1) 1) Во времена строите cтва пирамид полюс мира из-за прецессии находился далеко от Полярной, а около зве Тубан (желтая точка на рис. ) 2) Две звезды (Кохаб и Мицар) в те времена находились от невидимого полюса мира на примерно одинаковом угловом расстоянии (~10 градус

Как египтяне определяли направление на север? (2) 3) Из-за суточного обращения небесной сферы линия «Кохаб-Мицар» меняет свое положение относительно горизонта. 4) Но когда эта линия ночью будет строго вертикально, то

Три пирамиды симулируют пояс Ориона (на 10450 год до н. э. ) Это была эра Льва. Поэтому сфинкс смотрит на восток на созвездие Льва, который восходит в день весеннего равноденствия 21

Календарь в Египте 1) Разливы Нила происходят в начале лета, и как раз на это время приходится первый восход ярчайшей звезды неба — Сириуса ( по-египетски называемого «Сотис» ). До этого момента Сириус не виден. Наверное, поэтому «сотический» календарь употреблялся в Египте наряду с гражданским. 2) Сотический год — это период между двумя восходами Сириуса, то есть он совпадал с сидерическим годом, а гражданский год состоял из 12 месяцев по 30 дней плюс пять дополнительных суток, всего 365 дней. 3) Недель сначала не было, месяц делился на 3 декады. Употреблялся в Египте и лунный календарь с метоновым циклом, согласованный с гражданским. Позже под влиянием Вавилона появилась семидневная неделя. 4) Сутки делились на 24 часа, которые сначала были неравными (отдельно для светлого и тёмного времени суток), но в конце 4 века до н. э. приобрели современный вид. 5) В Египте, в отличие от Вавилона, использовалась десятичная система, но в сутках, кроме 10 светлых часов, они выделяли ещё по часу на переходные периоды, поэтому и получилось 12 часов; то же для тёмного времени суток.

Система счета деканами 1) Деканы это 36 групп звезд (или звезда) , используемые для разделения года на 36 частей. Эти группы звезд не совпадают с эклиптикой, а расположены в зоне, параллельной ей и несколько южней ее. 2) Деканы восходят в определенные часы ночи в течение 36 последовательных периодов по 10 дней каждый (т. е. в течение года). 3) Декан указывает один и тот же час в течение 10 дней. 4) Так как звезды восходят от ночи к ночи с опозданием на 4 минуты, то через 10 дней декан сменяется последующим деканом, который опять будет фиксировать час восхода. 5) Этим самым длительность года равна 360 дням. 23

Система счета деканами 6) 18 деканов охватывали период от захода Солнца до его восхода. Из них по 3 декана приходятся на время утренних и вечерних сумерек. 7) Таким образом, 12 деканов охватывали период темной ночи 8) Позднее это привело к делению суток на 12 частей (днем) и на 12 частей (ночью). Таким образом, сутки стали делиться на 24 часа. Примечание: все сведения о системе счета деканами привед росписях на потолке в склепах фараонов Рамзеса VI, VI и IX г. до н. э. ) 24

Пример счета деканами 1) Предположим, что в определенный день какой то декан (например, Сириус) взошел непосредственно перед рассветом. 2) Солнце по эклиптике движется справа налево (с запада на восток). Это означает, что через несколько дней декан уже взошел, а рассвет еще «задерживается» . 3) Через 10 дней в лучах утренней зари взойдет уже второй декан, а первый декан уже будет высоко над горизонтом, и т. Д Таким образом, в списке деканов, восходящих в каждой последующей десятидневке, Сириус (первый декан) будет передвигаться слева направо. 1 десятидневка 1 -36 -35 -34…. 26 2 десятидневка 2 -1 -36 -35…. 27 25 3 десятидневка. 3 -2 – 1 -36…. 28

Астрономия древнего Китая (1) В древнем Китае астрономы занимали высокие социальные позиции. Они использовали астрономические инструменты (см. рисунок). Астрономы Китая делали акцент на связь между событиями на небе и на Земле. Например, вспышки Новых, предопределяли серьезные изменения на Земле. Млечный Путь для них был «Желтой рекой» , вызывающей дожди. 26

Астрономия древнего Китая (2) Звездная карта, изображенная в монастыре Конфуция. Размер 183*100 см 2 Звездные карты в Китае делили небо на «лунные дома» -аналоги современных 27 созвездий.

Астрономия древнего Китая (3) Звездная карта, созданная в 600 году во времена династии Танг. Использовалась для предсказания будущего. Является самой древней звездной картой. Хотя в те време- на было ни телескопов, ни биноклей, на карте отмечены слабые звезды, невидимые глазом. К этой карте имеется инструкция по ее использованию. 28

Астрономия в древней Европе Одним из самых известных сооружений древности является Стоунхендж, расположенный в Южной Англии. Обсерватория представляет собой 30 вкопанных камней высотой более 5 м с положенными сверху плитами, составлявшие кольцо диаметром почти 30 м. Внутри него располагались еще несколько камней, вокруг сооружения были кольца лунок. Полагают, что Стоунхендж строился в несколько этапов между 1900 и 1600 гг. до н. э. Его основная функция – наблюдение Солнца и Луны, определение дней зимнего и летнего солнцестояний, предсказание лунных и солнечных затмений. 29

В южной части Англии расположен Стоунхендж –одно из самых интересных мегалитов в Европе Полагают, что постройка осуществлена древним племенем – друидами, в обычаях которых было распятие людей внутри каменных кругов.

Стоунхендж под разным ракурсом

Греческие колонии в 240 г. до н. э. 33

Главный зал Александрийской библиотеки, которая была создана в 400 г. до н. э. Содержала более 500 тысяч книг, включая и труды греческих ученых. Библиотека, частично сгоревшая при Юлии Цезаре и восстановленная Марком Антонием, была умышленно уничтожена толпой христиан по приказу римского императора Феодосия в 391 году 34 н. э.

Астрономия в древней Греции (2) Согласно древним грекам мир состоит из 5 элемен- тов: земля, вода, воздух, огонь и квинтэссенция. Ниже приведено представление Плутона о мире в соответствии с этими элементами. Система мира Платона стала одной из самых первых моделей Вселенной. Указаны положения Солнца, Луны и планет, вращающихся вокруг Земли, сферы воздуха, 35 огня и звезд.

Астрономия в древней Греции (3) Высочайшими достижениями греков (Аристарх, Эратосфен, Гиппарх, 300 -120 годы до н. э. ) были: • создание шкалы звездных величин, • открытие прецессии земной оси, • измерение года с ошибкой в 6 минут, • определение размеров круглой Земли, • определение относительных расстояний до Луны и Солнца, • предложение гелиоцентрической системы мира. 36

АРИСТАРХ САМОССКИЙ (320 – около 250 до н. э. ), древнегреческий астроном. 1) Первым высказал идею гелиоцентризма центрального положения Солнца, находящегося в центре сферы неподвижных звезд. 2) Впервые попытался рассчитать расстояние до Луны и Солнца и их размеры. Метод, который применял Аристарх, был первым определением расстояний до небесных объектов с помощью наблюдений. 3) Исходя из гелиоцентрической системы и ненаблюдаемости годичных параллаксов звёзд, Аристарх сделал пионерский вывод, что расстояние от Земли до Солнца пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием от Солнца до звёзд Труд Аристарха «О размерах и расстояниях Солнца и Луны» 37

Первая геолиоцентрическая система мира (Аристарх) Меркурий Земля Юпитер Луна Солнце Венера Сатурн Марс Поскольку Солнце оказалось по размерам больше Земли, то 38 Аристарх поместил Солнце в центр.

ПТОЛЕМЕЙ Клавдий (ок. 90 – ок. 160), древнегреческий ученый, последний крупный астроном античности. Дополнил звездный каталог Гиппарха. Соорудил специальные астрономические нструменты: астролябию, армилярную сферу, трикветрум. Описал положение 1022 звезд. Разработал математическую теорию движения планет вокруг неподвижной Земли , позволявшую вычислить их положение на небе. Достигнул высокой по тем временам точности. Но теория, тем не менее, не объясняла изменение блеска Марса и другие парадоксы античной астрономии. Основной труд Птолемея – это «Математический синтаксис» или «АЛЬМАГЕСТ» 39

Пример 1: Движение Марса в 2009 -2010 - годах Большую часть времени видимое движение Марса направлено в одну сторону. Он медленно, но постоянно перемещается на фоне далеких звезд. Однако примерно через каждые два года Земля проходит мимо Марса, двигаясь по орбите вокруг 40 Солнца. Во время последнего такого прохождения в 2009 -2010 годах Марс

Основные положения в системе мира Птолемея 1. В центре мира находится Земля. 2. Все планеты вращаются по эпициклам и деферентам. 3. Комбинация относительных радиусов этих кругов и скоростей вращения позволяет объяснить видимые движе ния планет. 4. Солнце вращается только по деферен ту. Книга «Математический синтаксис» 5. Все звезды расположены на хрусталь( «Альмагест» , примерно 127 -151 г. н. э. ) ной сфере, которая вращается вокруг 41

Объяснение попятных движений планет + Планета Деферент Земля + + Эквант Эпицикл Для лучшего совпадения теории сдеферента центр наблюдениями Птолемей был вынужден сделать дополнительные предположения: - Земля несколько смещена относительно центра деферента, - движение центров эпициклов будет равномерным, если его рассматривать из третьей точки - экванта. 42

КОПЕРНИК (Kopernik, Copernicus) Николай (1473– 1543), великий польский астроном. Создатель гелиоцентрической системы мира. Совершил переворот в естествознании, отказавшись от принятого в течение многих веков учения о центральном положении Земли. Объяснил видимые движения небесных светил вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в т. ч. Земли) вокруг Солнца. Свое учение изложил в сочинении «О вращениях небесных сфер» (1543), запрещенном католической церковью с 1616 по 1828 годы «Solis stator, Terrae motor» - «Он остановил Солнце и сдвинул Землю» - надпись на памятнике в Варшаве 43

Основные положения системы мира Коперника 1. Все планеты вращаются вокруг Солнца. 2. Вращение происходит по круговым орбитам. 3. Вращение по орбитам равномерное, но скорость вращения убывает с ростом расстояния до Солнца. 4. Планеты вращаются в одной плоскости 5. Планеты вращаются вокруг своей оси. 6. Вращение небесного свода вызвано суточным вращением Земли вокруг 44 своей оси.

Сатурн Юпитер Марс Луна Земля В системе мира Коперника линейная скорость вращения планет убывает по мере удаления от Солнца Венера Меркурий Солнце 45

Ретроградное движение – 2 мин 46

Возникновение астрономии для практических целей (1) 1. Необходимость ориентирования в пространстве днем (по тени шеста) горизонт утро вечер Вертикальный шест север Тень шеста минимальна, когда Солнце на максимальной высоте над горизонтом. Направление тени в этот момент определяет фиксированное направление – север 47

Возникновение астрономии для практических целей (2) 2. Необходимость ориентирования в пространстве ночью Все звезды вращаются вокруг одной точки (полюса мира). Направление на эту точку совпадает с направлением минимальной длины тени шеста днем, т. е. с севером. 48