Методы астрономии
Существуют следующие основные методы астрономических исследований:
- наблюдения;
- измерения;
- космический эксперимент.
Рассмотрим их более детально.
Наблюдательный метод
В качестве метода астрономические наблюдения преобладают в исследованиях космических объектов и явлений. Они позволяют отслеживать и фиксировать события, происходящие на просторах космоса, являясь основным источником экспериментальных астрономических знаний.
Как правило, наблюдательная астрономия осуществляется в обсерваториях – специальных учреждениях, в которых проводятся наблюдения за небосводом и космическими просторами.
В России первая обсерватория появилась в Пулково, недалеко от Санкт-Петербурга. Здесь были созданы предельно точные звездные каталоги. Во второй половине 19-го столетия это уникальное учреждение занимало ведущие позиции в мире астрономических исследований. Более того, в 1884 году Пулково являлось одним их главных претендентов на меридиан. Победа все же досталась Гринвичу.
Сегодня техническое оснащение обсерваторий включает в себя большое количество наблюдательного и иного оборудования, в том числе телескопы, светоприемные устройства, приборы для выполнения анализа, вспомогательную технику, компьютерные машины и многое другое.
Реализация астрономических наблюдений имеет ряд специфических особенностей:
- Инертность наблюдений, большая продолжительность этих процессов. Крайне сложно повлиять на космические тела активным образом, если не брать в расчет редкие случаи воздействия космонавтики (пилотируемой и непилотируемой). Фиксация большинства космических явлений происходит посредством тысячелетних наблюдений (это относится, например, к изменению угла осевого наклона нашей планеты). Это служит причиной того, что наблюдения, которые проводились в Древнем Вавилоне и Китае многие тысячи лет назад, не теряют своего значения и актуальности и сегодня.
- Проведение наблюдений с поверхности Земли. Учитывая то, что планета находится все время в достаточно сложном движении, астрономы могут рассматривать только определенный участок небосвода.
- Неточность расчетов по определению линейных размеров космических тел и величины расстояния до них. Это обусловлено тем, что данные расчеты базируются на угловых измерениях планет и звезд, которые, в свою очередь, проводятся на основе оптических наблюдений и не зависят от расстояния до объектов.
Как правило, проведение космических наблюдений основано на применении оптических телескопов.
Принцип работы оптических телескопов определяется их разновидностью. При этом общим для всех приборов является сбор наибольшего объема световых лучей, испускаемых небесными объектами (такими как звезды, планеты, кометы и пр.), с целью формирования их изображений.
Телескопы бывают:
- линзовые (рефракторные);
- зеркальные (рефлекторные);
- зеркально-линзовые.
В первом случае (рефракторы) изображение создается посредством преломления световых лучей в линзе объектива оптического прибора. Размытость изображения становится причиной ошибок рефракторных телескопов.
Что касается рефлекторов, то их действие основывается не на преломлении света, а на его отражении. Они обладают большей точностью и совершенством по сравнению с рефракторной оптикой. Зеркальные телескопы используются, как правило, в астрофизике.
Зеркально-линзовые оптические устройства являются функциональной комбинацией рефракторов и рефлекторов.
Измерения в астрономии
Астрономические измерения реализуются с помощью многочисленных инструментов и аппаратуры. Рассмотрим их более подробно.
Главными в измерительной астрономии являются координатно-измерительные приборы.
Эти машины предназначены для измерения прямоугольных координат (одной либо двух) с фотоснимка либо диаграммы спектра. Конструкция координатно-измерительной машины включает в себя стол, на котором размещают фотографический снимок, и измерительный микроскоп, который наводится на объект, испускающий свет, либо его спектр. Точность отсчета современных устройств достигает 1 мкм.
Ошибки, которые могут возникать в измерительном процессе:
- инструментальные;
- человеческие;
- произвольные.
Ошибки, возникающие из-за инструмента, обусловлены его несовершенством. Для недопущения таких ошибок следует предварительно проверять на точность элементы прибора, в том числе шкалы, микрометрические винты, направляющие предметного стола и микроскопа, микрометры отсчета.
Вероятность человеческих и случайных (произвольных) ошибок снижается кратностью измерений.
В измерительной астрономии широко применяются автоматические и полуавтоматические средства измерений.
Автоматические измерительные устройства отличаются оперативностью действия. При этом средняя квадратическая ошибка в них снижена в два раза.
Метод космического эксперимента
Космический эксперимент представляет собой совокупность взаимосвязанных действий и наблюдений, направленных на получение требуемых сведений об изучаемом космическом объекте либо явлении и реализуемых в ходе пилотируемого либо непилотируемого космического полета. Такие эксперименты призваны подтвердить некоторые теоретические основы астрономии, различные утверждения и гипотезы, а также улучшить и доработать существующие научно-исследовательские технологии.
Тенденции, которыми характеризуются эксперименты по астрономии, следующие:
- Исследование процессов физико-химического плана, а также поведения материалов в открытом космосе.
- Исследование характеристик и поведения космических объектов.
- Воздействие космического пространства на людей.
- Практическое подтверждение теорий в области космической биологии и биотехнологии.
- Поиск путей освоения космоса.
Рассмотрим ряд примеров космических экспериментов, осуществленных российскими космонавтами на МКС.
Veg-01 – эксперимент по выращиванию растений
Его назначение – исследовать поведение объектов растительного мира на орбите.
«Плазменный кристалл»
Эксперимент, направленный на исследование плазменно-пылевых кристаллов и веществ в жидкой фазе при микрогравитационных параметрах.
На четырех этапах эксперимента изучалось:
Общее число экспериментов, проведенных россиянами на МКС, превысило 100.