Понятие Вселенной в космологии
Исходя из утверждений ученых, Вселенная состоит из определенных структур: галактик, звёзд и планет. Каждая из них прошла определенную эволюцию:
- прототипом галактик в древние времена были протогалактики;
- для звезд это протозвёзды;
- для планет — протопланетные облачные образования.
Самой изученной частью на данный момент является метагалактика. Это объединение большого числа галактик, которые находятся в поле зрения астронавтов. Их распределение неравномерно, что экспериментально доказано в астрономии. На сегодняшний день учёные занимаются изучением большого пространства, в котором абсолютно отсутствуют галактики. По возрасту метагалактика приближена к Вселенной.
Сама по себе галактика с точки зрения астрономии — это совокупность звёзд, туманных образований, которые со временем объединяются в достаточно плотную структуру. Они бывают различных форм и размеров. Самой известной из них считается Млечный путь, который может видеть каждый из обитателей Земли. Также в состав галактик входит газ и космическая пыль. Звёзды совершенно разные по возрасту: одни из них могут быть возрастом, как сама Вселенная, другие могут только родиться. Их зарождение происходит при воздействии гравитации, магнитной и других сил.
Таким образом, можно сделать вывод, что космология Вселенной на сегодняшний день обладает очень многими знаниями, однако в тоже время таит в себе много загадок. разгадать которые под стать только самым гениальным учёным.
1.Искусственный спутник Земли
4 октября 1957 года Советский Союз смог повергнуть в шок весь мир новостью из сферы высоких технологий. Первым искусственным спутником Земли стал именно советский аппарат («Спутник-1»). Его полет ознаменовал начало космической эры и в 22 часа 28 минут, когда произошел запуск ракеты со спутником, запустил космическую гонку между Советским Союзом и США.Внешне устройство имело простой вид и представляло собой сферу диаметром 58 см, к которой были прикреплены две антенны, позволявшие распространять радиоизлучение. Интересно, что сигналы спутника можно было принимать с помощью радиолюбительской аппаратуры, а следить за ним могли обычные радиолюбители. Внутри устройства, которого американская пресса прозвала «Красной Луной», располагались аккумуляторы, радиопередатчик, вентилятор, термостат, датчики давления и температуры. Общая масса составляла 83,6 кг.
Летал спутник в космосе 92 дня, до 4 января 1958 года, совершив за это время 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн. км.). Затем аппарат стал терять скорость и сгорел в слоях атмосферы.В том же году СССР запустил еще один спутник, только уже с пассажиром, собакой Лайкой. Эксперимент не удался: из-за большой площади устройство перегрелось, а собака погибла на первых витках вокруг Земли.
Четырёхлапые астронавты
Первые представители животного мира были отправлены в космос усилиями американцев. Ракета с мухами-дрозофилами на борту была отправлена за пределы Земли в 1947 году, провела там некоторое время для определения влияния уровня радиации на живых существ и успешно вернулась домой.
Человекообразных начали отправлять в космос в 1948 году. 11 июля обезьяна Альберт I преодолел менее 100 км, но погиб от удушья. Позже на борту баллистической ракеты, высоту 134 км преодолел его «преемник» – Альберт II. Неудача постигла его лишь при спуске: животное погибло из-за нераскрывшегося парашюта капсулы. Успешно вернулся на землю лишь Альберт IV. Самые известные из приматов, побывавших в космосе, – Гордо и Хэм. Гордо, не без основания, называют «первым Гагариным»: он впервые совершил виток вокруг Земли.
В 1962 году произошло событие, положившее конец запускам животных в космос на Западе. Обезьяну Бонни пришлось срочно вернуть домой по состоянию здоровья. Животное скончалось, а общественность выступила против экспериментов с обезьянами.
Французы отправляли к звёздам кошку: полёт Фелиссы прошёл успешно, она вернулась на Землю живой и здоровой.
Предшественниками покорителей космоса 20-21 веков в СССР тоже стали животные. Дезик и Цыган – первые собаки-космонавты. Их полёт прошёл успешно, они преодолели границу Земли и космоса и вернулись живыми. Меньше повезло безродной Лайке. Торопясь поскорее запустить спутник на орбиту, учёные оправляли животное в космос, зная, что обратно оно уже не вернётся. Аппарат сгорел в верхних слоях атмосферы, но собака погибла гораздо раньше от тяжёлых нервных и физических перегрузок.
Самые известные собаки-космонавты Белка и Стрелка благополучно провели в космическом пространстве сутки и один час и вернулись на Землю.
Интересно, что при выборе кандидатов для полёта предполагалось, что в случае благополучного исхода животным предстоит красоваться на передовицах прессы и страницах учебников. Поэтому выбраны были собаки с наиболее смышлёными и интеллигентными мордочками.
Перепёлки помогли учёным выяснить, что в сложных условиях живые организмы способны производить потомство. Первый перепелёнок вылупился из яйца, входящего в контрольную группу, 22 марта 1990 года, находясь на околоземной орбите.
Открытие магнитосферы и радиационных поясов Земли
Земля представляет собой огромный естественный магнит, и потому окружена магнитосферой – областью ее магнитного поля. Магнитосфера – самая внешняя оболочка планеты и самая протяженная. Она сложна по форме и неоднородна, имеет нейтральные поля с очень слабым магнитным полем. Участки с сильным магнитным полем могут захватывать корпускулярное излучение Солнца – заряженные частицы вещества. Так называемый солнечный ветер состоит из электронов, протонов, альфа-частиц, ионов гелия и других элементов. Также сильные магнитные поля захватывают радиацию, в результате чего у Земли сформированы радиационные пояса. Они опасны для живых организмов при длительных полетах в околоземном пространстве.
Джеймс Ван Аллен
Радиационный пояс Земли был открыт в 1985 году Джеймсом Ван Алленом, ученым из США, который занимался анализом данных, собранных американским спутником «Эксплорер-1». Запись показывала, что уровень радиации менялся в процессе прохождения спутником полного витка вокруг Земли. Свое открытие Аллен озвучил в мае 1985 года. Оно было подтверждено независимыми исследованиями данных, полученных советским «Спутником-3». Позднее ученые повторно проанализировали данные со «Спутника-2» и также нашли подтверждение тому, что у планеты есть радиационный пояс. Отсутствие записывающей аппаратуры на «Спутнике-2» и ее неисправность на «Спутнике-3» не позволило СССР претендовать на первенство в открытии радиационного пояса. В дальнейшем, при запуске «Пионера-3» и «Луны-1», был открыт внешний радиационный пояс Земли.
Как развивалась отечественная космонавтика
История развития отечественной космонавтики берет свое начало с середины ХХ столетия. В 1946 году основали Опытно-конструкторское бюро №1, его задачей стала разработка спутников, ракет-носителей и баллистических ракет. Спустя 10 лет силами бюро была спроектирована первая ракета-носитель, с помощью которой в космос был запущен первый искусственный спутник планеты Земля.
После запуска искусственного спутника развитие космонавтики приобрело совершенно другие темпы. Спустя некоторое время в космическое пространство был запущен еще один спутник, но на его борту уже находилось живое существо – собака по имени Лайка.
Запуски межпланетных станций позволили заняться исследованием Луны, а уже в 1959 году космический аппарат достиг поверхности спутника Земли. В это время Советский Союз получил снимки обратной стороны Луны, что позволило ученым присвоить названия практически всем основным формам рельефа на спутнике.
Первая фотография обратной стороны Луны
Важным событием в развитии отечественной космонавтики стал полет первого человека в космос. Состоялось это 12 апреля 1961 года на корабле «Восток» пилотируемым Юрием Гагариным. В 1965 году человек впервые вышел в открытый космос.
До 1991 года отечественная космонавтика радовала множеством открытий и достижений:
- 1971 г – запустили первую во всем мире орбитальную станцию «Салют-1» с экипажем на борту.
- 1977 г – космический аппарат доставил с Луны образцы грунта.
- Были запущены межпланетные станции, часть из которых совершили посадку на поверхность Венеры, проанализировали ее грунт и сделали фотосъемку.
- Также станции были запущены к Марсу, что позволило сфотографировать поверхность планеты и измерить химический состав атмосферы.
Запуск первого искусственного спутника Земли
4 октября 1957 года стал знаменательным для всей мировой космонавтики. В этот день был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Это событие стало началом изучения космического пространства и открыло новые возможности в развитии не только отечественной, но и мировой космонавтики.
Космодром Байконур, находящийся в Казахстане, стал площадкой для первого запуска первого искусственного спутника Земли. Для этого использовалась ракета-носитель Р-7. Спутник пребывал в космическом пространстве 92 дня, 1440 раз облетел вокруг Земли, что позволило ученым впервые произвести изучение верхних слоев ионосферы. Также была получена достаточно важная информация о работе аппаратуры в космических условиях и произведена проверка расчетов.
Первый искусственный спутник Земли
Как возникла современная космология
Если говорить о периоде, когда вышеназванная наука получила наибольшее развитие, то стоит сказать о 20 веке. Тогда Альберт Эйнштейн выдвинул сразу несколько теорий относительно Вселенной. Впоследствии он доказал их на примере уравнения гравитационного поля. Обозначенные исследования были связаны с общей теорией относительности, которая на тот момент получила общественную огласку.
Альберт Эйнштейн
В своем первой работе (Космологические соображения к общей теории относительности) Эйнштейн вывел три предположения. В них он рассматривал Вселенную однородной, стационарной и изотропной.
Прежде всего, для доказательства сказанного он использовал уравнения гравитационного пола — ввёл дополнительную переменную. В итоге, удалось получить решение задачи. Именно оно послужило доказательством его предположений.
Получается, что Вселенная имеет определенные границы и положительную кривизну.
Однако, на этом исследования не закончились. Следующим работу над уравнением продолжил Александр Александрович Фридман (1922 г). Он выдвинул другое, нестационарное решение. По его мнению, Вселенная расширялась из начальной сингулярности.
Физик Александр Александрович Фридман
Между прочим, предположение Фридмана подтвердилось — когда Эдвин Хаббл открыл космологическое красное смещение. За счет вышеназванных открытий удалось получить актуальную по сей день теорию Большого Взрыва. Если говорить обобщенно, фундаментом современной космологии являются именно открытия 20 века. Несмотря на то, что начало изучения науки было положено в гораздо более ранние времена.
На самом деле современная космология установила возраст Вселенной. Как оказалось, он составляет 13,8 миллиарда лет.
Электромагнитная теория Максвелла
Одним из наиболее интересных достижений в истории физических наук являются «уравнения Максвелла» в рамках его электромагнитной теории.
В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл, специализирующийся на математической физике, опубликовал Динамическая теория электромагнитного поляв котором он раскрыл уравнения, с помощью которых он раскрывает совместную работу электричества и магнетизма, отношения, о которых размышляли с 18 века.
Уравнения охватывают различные законы, связанные с электричеством и магнетизмом, такие как закон Ампера, закон Фарадея или закон Лоренца.
Максвелл обнаружил взаимосвязь между силой тяжести, магнитным притяжением и светом. Раньше в рамках астрофизики оценивались только такие свойства, как гравитация или инерция. После вклада Максвелла было введено изучение электромагнитных явлений.
Разделы астрономии
Современная астрономия подразделяется на ряд отдельных разделов, которые тесно связаны между собой, и такое разделение астрономии, в известном смысле, условно.
1. Астрометрия — наука об измерении пространства и времени. Она состоит из:
а) сферической астрономии, разрабатывающей математические методы определения видимых положений и движений небесных тел с помощью различных систем координат, а также теорию закономерных изменений координат светил со временем;
б) фундаментальной астрометрии, задачами которой являются определение координат небесных тел из наблюдений, составление каталогов звездных положений и определение числовых значений важнейших астрономических постоянных, т.е. величин, позволяющих учитывать закономерные изменения координат светил;
в) практической астрономии, в которой излагаются методы определения географических координат, азимутов направлений, точного времени и описываются применяемые при этом инструменты.
2. Теоретическая астрономия дает методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
3. Небесная механика изучает законы движений небесных тел под действием сил всемирного тяготения, определяет массы и форму небесных тел и устойчивость их систем.
Эти три раздела в основном решают первую задачу астрономии, и их часто называют классической астрономией.
4. Астрофизика изучает строение, физические свойства и химический состав небесных объектов. Она делится на: а) практическую астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы; б) теоретическую астрофизику, в которой на основании законов физики даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.
5. Звездная астрономия изучает закономерности пространственного распределения и движения звезд, звездных систем и межзвездной материи с учетом их физических особенностей.
6. Космогония рассматривает вопросы происхождения и эволюции небесных тел, в том числе и нашей Земли.
7. Космология изучает общие закономерности строения и развития Вселенной.
Основа астрономии — наблюдения. Наблюдения доставляют нам основные факты, которые позволяют объяснить то или иное астрономическое явление. Дело в том, что для объяснения многих астрономических явлений необходимы тщательные измерения и расчеты, которые помогают выяснению действительных, истинных обстоятельств, вызвавших эти явления. Так, например, нам кажется, что все небесные тела находятся от нас на одинаковом расстоянии, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной, что все светила вращаются вокруг Земли, что размеры Солнца и Луны одинаковы и т.д. Только тщательные измерения и их глубокий анализ помогают отрешиться от этих ложных представлений.
Основным источником сведений о небесных телах являются электромагнитные волны, которые либо излучаются, либо отражаются этими телами. Определение направлений, по которым электромагнитные волны достигают Земли, позволяет изучать видимые положения и движение небесных тел. Спектральный анализ электромагнитного излучения дает возможность судить о физическом состоянии этих тел.
Особенностью астрономических исследований является также и то, что до последнего времени у астрономов отсутствовала возможность постановки опыта, эксперимента (если не считать исследований упавших на Землю метеоритов и радиолокационных наблюдений), и все астрономические наблюдения производились только с поверхности Земли.
Однако с запуском первого искусственного спутника Земли началась эра космических исследований, что позволило применить в астрономии методы других наук (геологии, геохимии, биологии и т.п.). Астрономия продолжает оставаться наблюдательной наукой, но теперь астрономические наблюдения производятся с межпланетных космических аппаратов и орбитальных обсерваторий.
История астрофизики
Возникновение астрофизики как отрасли астрономии происходит в девятнадцатом веке. Его история полна важных предшественников, в которых химия тесно связана с оптическими наблюдениями. Спектроскопия является наиболее важным методом исследования для развития науки и отвечает за анализ взаимодействия между светом и материей.
Спектроскопия, а также становление химии как науки, были элементами, которые заметно повлияли на развитие астрофизики. В 1802 году Уильям Хайд Волластон, химик и физик английского происхождения, обнаруживает некоторые темные следы в солнечном спектре.
Позже немецкий физик Йозеф фон Фраунгофер сам отмечает, что эти следы оптического спектра Солнца повторяются в звездах и планетах, таких как Венера. Отсюда он пришел к выводу, что это неотъемлемое свойство света. В Спектральный анализ света, подготовленный Фраунгофер, был одним из образцов, которым следовали различные астрономы.
Еще одно из самых известных имен — астроном Уильям Хаггинс. В 1864 году с помощью спектроскопа, который он установил в своей обсерватории, он смог обнаружить с помощью этого прибора, что можно определить химический состав и получить некоторые физические параметры туманностей.
Например, можно узнать температуру и плотность. Наблюдение Хаггинса было сделано для изучения туманности NGC6543, более известной как «Кошачий глаз».
Хаггинс полагался на исследования Фраунгофера, чтобы применить спектральный анализ солнечного света и использовать его таким же образом для звезд и туманностей. В дополнение к этому Хаггинс и профессор химии Королевского колледжа Лондона Уильям Миллер потратили много времени на проведение спектроскопических исследований земных элементов, чтобы иметь возможность идентифицировать их при изучении звезд.
К 20 веку качеству открытий мешали ограничения инструментов. Это мотивировало создание команд с улучшениями, которые позволили добиться наиболее значительного прогресса на сегодняшний день.
Технический аспект курса «Наука и техника в современном мире»
Как бы мы ни старались, технология есть технология, и как бы нам ни хотелось классифицировать науку о ней как гуманитарную, мы не можем этого сделать. Но, тем не менее, если мы возьмем религию как часть гуманитарных наук, то она окажется в огромном расхождении со всеми техническими науками. Религия объясняет сотворение земли совершенно сказочно и неправдоподобно. Даже указывая возраст существования от начала его создания, религия дает довольно малый возраст, по сравнению с тем, что диктует нам голос эпохи – наука. Конечно, никто не в состоянии определить точную дату происхождения книги Бытия, но научные гипотезы подкрепляются вескими доказательствами.
Даже если человеку трудно представить возраст нашей галактики, приблизительно равный 15 миллиардам лет, то наука диктует ему масштабировать этот возраст до земных измерений. Возраст галактики подобен расстоянию от Москвы до далекого южного города Сочи, прямой путь до которого, по воздуху, на самолете составляет 1500 км. Разве эта земная мера не является шкалой для возраста галактики?
Не уходя далеко в сторону, хочу сказать о влиянии науки на такие транспортные средства, как автомобили, самолеты, железнодорожный транспорт. Недавно для связи между ними были введены передатчики, радиолокационные устройства, ультразвуковые излучатели, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Все эти технологические новшества помогают обеспечить безопасность перевозок и снизить риск, который, конечно же, возникает для жизни людей.
Но тем не менее из-за плохого финансирования транспортных отраслей риск возрастает, так как экономия идет на все, в первую очередь на безопасность. Поэтому только железнодорожный транспорт обеспечивает стабильность, так как в этой области массового транспорта, если и есть технические новшества, то они не отказываются от старой системы, которая была проверена веками.
Компьютерная автоматизация находит свое место во многих сферах человеческой деятельности, но не всегда успешно. Например, первый управляемый компьютером самолет взлетел, но не набрал высоту до конца взлетно-посадочной полосы. Но тем не менее все прогнозы об искусственном интеллекте в области информационных технологий ужасают. Ученые говорят, что с быстрым развитием технологий искусственного интеллекта он превзойдет человеческое мышление, и страшно подумать, к чему это может привести. И несмотря на ужасающие прогнозы, ученые интенсивно развивают эту технологию, доводя ее до совершенства, надеясь тем самым воплотить в жизнь утопическую мечту, когда всю работу за человека выполняет машина, управляемая голосом.
Стоит отметить, что цифровые технологии играют огромную роль в сфере информационных технологий. С его помощью проводится аналогия с процессами, происходящими в человеческом мозге. Если посмотреть на любой сектор на всех запоминающих устройствах персонального компьютера, то можно убедиться, что он заполнен огромным количеством нулей и единиц. Ноль равен «нет», а единица — «да», соответственно. А электрические импульсы, посылаемые в мозг, равны единице, то есть ответ «да». Возбуждение электрическим импульсом приводит к тому, что мы называем чувством.
Но электрические импульсы в организме человека оказывают разрушительное действие-они приводят к разложению белка. Если бы человечество смогло найти способ предотвратить разложение белка, это был бы способ обеспечить вечную молодость.
Как видно из всех приведенных выше примеров-горизонт человеческих возможностей не имеет границ. Стремительное развитие науки помогает исследовать и открывать технологические «чудеса». Слияние науки и техники-это мощное колесо, приведенное в движение Научно-технической революцией.
Таким образом, курс «Наука и техника в современном мире» дает возможность шире взглянуть на возможности человека в научно-техническом мире. Это дает понять, что для того, чтобы делать открытия, нужны, пожалуй, их светлые головы. Отчасти курс прививает любовь к образованию студентам, которые стремятся изменить мир к лучшему. А в эстетическом плане это помогает студентам пересмотреть свои взгляды и еще раз убедиться в том, что выбранная специальность УИТС-это не случайность, а именно та дорога, с которой начинается «лестница в небо».
