Способы наблюдения небесных тел

Методы астрономии

Вы будете перенаправлены на Автор24

Среди методов астрономии, иначе методов астрономических исследований, можно выделить три основных группы:

• наблюдения,
• измерения,
• космический эксперимент.

Сделаем небольшой обзор этих методов.

Астрономические наблюдения

Астрономические наблюдения — это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с их помощью регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения — главный источник знания, полученного экспериментальным путём

Астрономические наблюдения и обработка их данных, как правило, проводятся в специализированных научно-исследовательские учреждениях (астрономических обсерваториях).

Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Составление звезд каталогов звезд, имеющих высочайшую точность, заслуга Пулковской обсерватории. Можно сказать, что во второй половине 19 века, негласно, ей было присвоено звание «астрономической столицы мира», а в 1884 году Пулково претендовало на нулевой меридиан (победил Гринвич).

Современные обсерватории оснащены наблюдательными инструментами (телескопами), светоприёмной и анализирующей аппаратурой, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ и т.д.

Остановимся на особенностях астрономических наблюдений:

• Особенность №1. Наблюдения весьма инертны, поэтому, как правило, для них требуется достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключениями которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. В основном, многие явления, взять хотя бы трансформирование угла наклона оси Земли к орбитальной плоскости, могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении нескольких тысяч лет. Следовательно, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности, несмотря на некоторые несоответствия современным требованиям, до сих пор актуально.
• Особенность №2. Процесс наблюдения, как правило, происходит с земной поверхности, в тоже время Земля осуществляет сложное движение, поэтому земной наблюдатель видит только определённый участок звёздного неба.
• Особенность №3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояния до них. А так как угловые размеры звёзд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояния до них, расчеты могут быть довольно неточными.

Готовые работы на аналогичную тему

Основной инструмент астрономических наблюдений — оптический телескоп.

Оптической телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от вида, главная его цель и задача заключается в сборе максимального количества света, испускаемого светящимися объектами (звёздами, планетами, кометами и др.), для создания их изображений.

Виды оптических телескопов:

• рефракторы (линзовые),
• рефлекторы (зеркальные),
• а также зеркально-линзовые.

В рефракторном (линзовом) телескопе, изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток рефракторов — ошибка в результате размытости изображения.

Особенность рефлекторов — использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых, и более точны.

Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефракторов и рефлекторов.

Рисунок 1. Малый оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Астрономические измерения

Так как измерения в астрономических исследованиях осуществляются с помощью различных приборов и инструментов, проведём их короткий обзор.

Основные из астрономических измерительных приборов — это координатно-измерительные машины.

Данные машины измеряют одну или две прямоугольные координаты с фотографического изображения или диаграммы спектра. Координатно-измерительные машины оснащены столом, на который помещаются фото и микроскопом с измерительными функциями, применяемым для наводки на светящееся тело или его спектр. Современные приборы могут иметь точность отсчёта до 1 мкм.

В процессе измерения могут возникнуть ошибки:

• самого инструмента,
• оператора (человеческий фактор),
• произвольные.

Ошибки инструмента возникают от его несовершенства, следовательно, должна быть, предварительно осуществлена, его проверка на точность. В частности, проверке подлежат: шкалы, микрометрические винты, направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе, отсчётные микрометры.

Ошибки, связанные с человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений.

В астрономических измерениях происходит широкое внедрение автоматических и полуавтоматических измерительных приборов.

Автоматические приборы работают на порядок быстрее обычных, и имеют в два раза меньшую среднюю квадратическую ошибку.

Космический эксперимент

Космический эксперимент — это множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, дающих возможность получения необходимой информации об исследуемом небесном теле или явлении, осуществляемых в космическом полете (пилотируемом или непилотируемом) с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, могущих принести вклад в развитие научных знаний.

Основные тенденции экспериментов в космосе:

1. Изучение протекания физико-химические процессов и поведения материалов в космическом пространстве.
2. Изучение свойств и поведения небесных тел.
3. Влияние космоса на человека.
4. Подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии.
5. Пути освоения космического пространства.

Здесь уместно привести примеры экспериментов, проводимых на МКС российскими космонавтами.

Эксперимент по выращиванию растений (Veg-01).

Задача эксперимента – изучить поведение растений в орбитальных условиях.

Эксперимент «Плазменный кристалл» — изучение плазменно-пылевых кристаллов и жидких веществ при микро гравитационных параметрах.

Было проведено четыре его этапа:

1. Исследовалась плазменно-пылевая структура в газоразрядной плазме при высокочастотном емкостном разряде.
2. Исследовалась плазменно-пылевая структура в плазме при тлеющем разряде с постоянным током.
3. Исследовалось как воздействует ультрафиолетовый спектр космического излучения на макрочастицы, которые могут быть заряжены фотоэмиссией.
4. Исследовались плазменно-пылевые структуры в открытом космосе при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.

Рисунок 2. Эксперимент «Плазменный кристалл». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А всего российскими космонавтами на МКС было проведено более 100 космических экспериментов.

Источник

Методы наблюдений в астрономии

Вы будете перенаправлены на Автор24

Астрономия – наука, изучающая небесные объекты и Вселенную в которой мы живём.

Поскольку астрономия как наука не имеет возможности провести эксперимент, то основным источником информации являются сведения, которые исследователи получают при наблюдении.

В связи с этим в астрономии выделяют область, называемую наблюдательной астрономией.

Суть наблюдательной астрономии заключается в получении необходимой информации об объектах в космосе с помощью применения таких приборов как телескопы и иное оборудование.

Наблюдения в астрономии позволяют, в частности, отслеживать закономерности в свойствах тех или иных изучаемых объектов. Поученные результаты изучения одних объектов можно распространить на иные объекты, обладающие схожими свойствами.

Разделы наблюдательной астрономии

В наблюдательной астрономии деление на разделы связано с разбиением электромагнитного спектра на диапазоны.

Оптическая астрономия – способствует наблюдениям в районе видимой части спектра. При этом в наблюдательных аппаратах применяются зеркала, линзы, твердотельные детекторы.

При этом область видимого излучения лежит в середине диапазона исследуемых волн. Длина волн видимого излучения составляет интервал от 400 нм до 700 нм.

Инфракрасная астрономия основана на поиске и исследовании инфракрасного излучения. При этом длина волн превышает предельное значение для наблюдений с кремниевыми детекторами: около 1 мкм. Для изучения выбранных объектов в данной части диапазона в основном исследователями применяются телескопы – рефлекторы.

Радиоастрономия – основана на наблюдениях излучения с длиной волны от миллиметров до десятков миллиметров. Принципом своей работы приёмники, использующие радиоизлучение, сопоставимы с теми приёмниками, которые применяются в трансляции радиопередач. Однако, приёмники радиоизлучения обладают большей чувствительностью.

Готовые работы на аналогичную тему

Рентгеновская астрономия, гамма-астрономия и ультрафиолетовая астрономия входят в астрономию высоких энергий.

Методы наблюдений в астрономии

Получение искомых данных возможно при проведении астрономами регистрации электромагнитного излучения. Кроме того, исследователи проводят наблюдения нейтрино, космических лучей или гравитационных волн.

Оптическая и радиоастрономия в своей деятельности использует наземные обсерватории. Причиной этого является то, что на длинах волн данных диапазонов атмосфера нашей планеты имеет относительную прозрачность.

Обсерватории в основном расположены на больших высотах. Это связано с уменьшением поглощения и искажений, которые создает атмосфера.

Отметим, ряд волн инфракрасного диапазона существенно поглощается молекулами воды. Из-за этого обсерватории часто строят в сухих местах на большой высоте или в космосе.

Аэростаты или космические обсерватории в основном используются при работе в областях рентгеновской, гамма- и ультрафиолетовой астрономии, а также за рядом исключений, и в астрономия в далеком ИК- диапазоне. При этом наблюдая атмосферные ливни можно обнаружить создавшее их гамма-излучение. Отметим, что изучение космических лучей в настоящий момент является быстро развивающейся сферой астрономической науки.

Расположенные близко к Солнцу и к Земле объекты можно видеть и измерять при их наблюдении на фоне иных объектов. Такие наблюдения использовались для построения моделей орбит планет, а также для определения их относительных масс и гравитационных возмущений. Результатом стало открытие Урана, Нептуна и Плутона.

Радиоастрономия – развитие этой области астрономии стало результатом открытия радиоизлучения. Дальнейшее развитие этой области привело к открытию такого явления как космическое фоновое излучение.

Нейтринная астрономия — данная область астрономической науки использует в своем арсенале нейтринные детекторы, расположенные в основном под землёй. Средства нейтринной астрономии помогают получать сведения о процессах, которые исследователи не могут наблюдать в телескопы. Примером могут служить процессы, происходящие в ядре нашего Солнце.

Приёмники гравитационных волн имеют возможность регистрировать следы даже таких явлений как столкновение столь массивных объектов как нейтронные звезды и черные дыры.

Космические автоматические аппараты активно используются в астрономических наблюдениях за планетами Солнечной системы. Особенно активно с их помощью изучается геология и метеорология планет.

Условия для проведения астрономических наблюдений.

Для лучшего наблюдения астрономических объектов важны следующие условия:

1. Исследования проводятся в основном в видимой части спектра при использовании оптических телескопов.
2. Наблюдения в основном проводятся в ночное время поскольку качество получаемых исследователями данных зависит от прозрачности воздуха и условий видимости. В свою очередь условия видимости зависят от турбулентности и наличия тепловых потоков в воздухе.
3. Отсутствие полной Луны даёт преимущество в наблюдениях за астрономическими объектами. Если полная Луна есть на небе, то это даёт дополнительную засветку и осложняет наблюдение за слабыми объектами.
4. Для оптического телескопа наиболее подходящим местом наблюдения является открытий космос. В космическом пространстве, возможно проводить наблюдения которые не зависят от капризов атмосферы, за отсутствием таковой в космосе. Недостатком такого способа наблюдения является высокая финансовая стоимость подобных исследований.

После космоса наиболее подходящим местом для наблюдения за космическим пространством являются пики гор. Горные пики имеют большое количество безоблачных дней и имеют качественные условия видимости, связанные с хорошим качеством атмосферы.

Примером таких обсерваторий являются горные пики островов Мауна-Кеа и Ла-Пальма.

Уровень темноты в ночное время также играет большую роль в астрономических наблюдениях. Создаваемое человеческой деятельностью искусственное освещение мешает качественному наблюдению слабых астрономических объектов. Однако, помочь проблеме помогает использование плафонов вокруг уличных фонарей. В результате количество света поступающего на поверхность земли увеличивается, а излучение, направленное в сторону неба уменьшается.

Влияние атмосферы на качество наблюдений может быть велико. Для получения лучшего изображения используют телескопы с дополнительной коррекцией размытия картинки. Для улучшения качества также используется адаптивная оптика, спекл-интерферометрия, апертурный синтез или размещении телескопов в космосе.

Источник

Методы астрономии

Что из себя представляет современная астрономия

Астрономия (от греческого astron — звезда и nomos — закон) — наука, изучающая строение и развитие космических тел, систем, которые ими образованы, и Вселенной в общем.

Наука астрономия сделала большой вклад в понимание научной картины мира и формирование научного мировоззрения человечества, в большей степени на современном этапе развития. В рамках астрономии ученые исследуют основные физические параметры, состав, происхождение, эволюцию объектов и систем, которые расположены в космосе, а также в фокусе внимания ученых космические процессы и явления.

На протяжении развития области научного познания сложилось несколько моделей Вселенной на основе астрономических знаний. Рассматриваемые модели были сформированы, благодаря теоретическим идеям, которые относятся к конкретному периоду научного развития:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

• механические;
• электродинамические;
• квантово-полевые;
• квантово-релятивистские;
• современные квантово-космологические.

В определенную эпоху ключевые моменты в мировоззрении большинства населения определены степенью развития астрономии. Благодаря этой науке, сформированы основополагающие идеи и особая специфика мировоззрения ученых. Астрономия в современности представляет собой экспериментальную и эволюционную науку, а также является всекорпускулярной и всеволновой.

Космические объекты исследуют в разных диапазонах их излучения, включая спектральный анализ, в течение всего эволюционного процесса и с точки зрения взаимосвязей, которые существуют между ними. В данное время современная наука использует такие средства космонавтики, которые гарантируют возможность проводить прямое изучение объектов, процессов и явлений в космосе.

Основными достижениями современной астрономии являются:

• анализ общей динамики галактик, выявление активности ядер галактик, описание структурного строения спиральных галактик;
• объяснение эволюционного процесса звезд на основании их моделирования, что подтверждено результатами наблюдений;
• формирование представлений о структуре Метагалактики, процессах, которые происходят во Вселенной в период времени до 10 миллиардов лет от настоящего времени;
• доказательство в пользу теории возникновения звезд и планетарных систем из газопылевых комплексов, подтверждение теории нестационарной Вселенной;
• получение обширной информации о природе Солнца и планетарных тел Солнечной системы, их характеристиках, благодаря космическим исследованиям.

Научно-техническая революция продолжается. Данный процесс провоцирует увеличение массива астрономических знаний и повышает их значимость. Создаются новые разделы астрономии. Инновационные методы и научные инструменты, которые сформированы на современном этапе развития астрономии, повышают точность и эффективность наблюдений, расширяют спектр их возможностей. Кроме того, наблюдается рост практической значимости астрономических исследований. Они являются триггером для развития естественных наук, в том числе химии и физики, а также способствуют совершенствованию энергетики и техники.

Современная человеческая цивилизация становится все более уязвимой к воздействию космических факторов. Решение экологических задач основано на астрономических наблюдениях за планетой Земля и ближайшим космосом. Развитие астрономии и космонавтики в будущем поможет привлечь ресурсы и использовать возможности космоса, чтобы выйти из приближающегося кризиса в области экологии и энергетики. Такие средства станут эффективной помощью для выживания человечества в XXI веке. Ученые работают над вопросом создания орбитальных солнечных электростанций и рефлекторов, системами по добыче и транспортировке с Луны топлива для термоядерных установок, удалении с нашей планеты высокоактивных отходов производства, извлечение из астероидов, трансформированных в спутники Земли, полезных ископаемых.

Современная астрономия включает отдельные разделы, которые связаны между собой. Данная классификация является условной:

1. Астрометрия.
2. Теоретическая астрономия.
3. Небесная механика.

К основным элементам астрономии относится астрометрия, занимающаяся исследованием времени и пространства.

Астрометрия включает следующие подразделы:

1. Сферическая астрометрия, специализирующаяся на разработке математических способов определения положения небесных тел и их перемещений с применением различных координатных систем. Данная область также изучает закономерности, которые описывают изменения координат небесных тел во времени.
2. Фундаментальная астрометрия, направлена на определение координат небесных тел с помощью исследований, формирование каталогов звездных положений, расчет значение астрономических констант.
3. Практическая астрометрия, занимается разработкой методов определения географических координат, азимутов направлений, точного времени и объясняет применяемые при этом инструменты.

Теоретическая астрономия является разделом астрономии, специализирующимся на разработке методик с целью определения орбит небесных тел на основании их видимых положений, а также способов определения эфемерид небесных объектов, исходя из известных элементов их орбит.

Небесная механика представляет собой раздел астрономии, который изучает законы движения небесных объектов под влиянием сил всемирного тяготения, определяет массу небесных объектов, их форму, степень устойчивости систем небесных тел.

Выше перечислено три основных раздела. Данные области относятся к классической астрономии.

Другие отделы астрономии:

1. Астрофизика — является крупнейшим разделом астрономии, представляет собой науку, которая изучает физические явления во Вселенной, специализируется на исследовании строения, физических свойств и химического состава космических тел.
2. Звездная астрономия — изучает законы, по которым распределены звездные системы в пространстве, движутся, согласно их физических особенностей.
3. Космогония — рассматривает вопросы происхождения жизни и эволюции небесных тел, в том числе Земли.
4. Космология — изучает общие закономерности строения Вселенной и ее развития.

Какими методами пользуется для изучения небесных тел

Существует несколько методик проведения исследований в области астрономии. Основные группы методов:

• наблюдения;
• измерения;
• космический эксперимент.

Астрономические наблюдения

Астрономическими наблюдениями называют основной метод изучения небесных тел и событий. Наблюдения могут вестись невооруженным глазом или с помощью оптических инструментов: телескопов, снабженных теми или иными приемниками радиации (спектрографами, фотометрами и т.п.), астрографов, специальных инструментов (в частности, биноклей).

С помощью астрономических наблюдений ученые регистрируют происходящее в близком и дальнем космосе. Данный метод является главным источником знаний, которые получают экспериментальным путем. Астрономические наблюдения и обработка полученной с их помощью информации, обычно, проводят в условиях специализированных научно-исследовательских учреждений, то есть астрономических обсерваториях.

Первой российской обсерваторией является обсерватория в Пулково, недалеко от Санкт-Петербурга. С ее помощью ученым удалось каталогизировать звезды с высокой точностью. Во второй половине XIX столетия, обсерватория, негласно, получила звание «астрономической столицы мира». В 1884 году она являлась претендентом на нулевой меридиан, но победу одержал Гринвич.

Современные обсерватории обладают специальными инструментами для наблюдений, то есть телескопами, а также оснащены светоприемной и анализирующей аппаратурой, разными вспомогательными приборами, ЭВМ высокой производительности и другими функциональными устройствами.

Особенности астрономических наблюдений:

1. Инертность наблюдений объясняет их длительные сроки выполнения. Отсутствует возможность для активного влияния на космические объекты, за некоторыми исключениями, которые предоставляет пилотируемая и непилотируемая космонавтика. В большинстве своем, явления фиксируют с помощью наблюдений длительностью в несколько тысяч лет, например, изменение угла наклона оси нашей планеты к орбитальной плоскости. Таким образом, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности является актуальным в настоящее время, несмотря на определенные несоответствия современным стандартам.
2. Наблюдения выполняют, обычно, с поверхности Земли. При этом наша планета совершает сложное движение, что объясняет ограниченные размеры участка звездного неба, который видит земной наблюдатель.
3. На основе наблюдений выполняются угловые измерения, необходимые для дальнейших расчетов линейных размеров объектов и их удаленности. Исходя из того, что угловые размеры звезд и планет, выполняемые с помощью оптики, не определяются расстоянием до них, производимые расчеты могут быть недостаточно точны.

Основным инструментом астрономических наблюдений является оптический телескоп. Принцип действия оборудования определяется его модификацией. Независимо от конфигурации, устройство используют с целью сбора максимального количества света, который испускают светящиеся объекты в виде звезд, планет, комет. В результате ученые получают их изображение.

Оптические телескопы бывают нескольких видов:

1. Линзовые рефракторы.
2. Зеркальные рефлекторы.
3. Зеркально-линзовые телескопы.

В первом случае изображение получают за счет преломления света в линзе объектива. Недостатком рефракторов является ошибка в результате размытости изображения. Особенность рефлекторов заключается в их применении в астрофизике. Главной их характеристикой является не преломление, а отражение света. По сравнению с линзовыми, данный тип оборудования отличается повышенной точностью. Зеркально-линзовые телескопы объединяют в себе функционал рефракторов и рефлекторов.

Астрономические измерения

В процессе исследований астрономические измерения проводят с помощью разнообразного оборудования, включая приборы и инструменты. Основными из астрономических измерительных приборов являются координатно-измерительные машины. С их помощью определяют одну или пару прямоугольных координат фотографического изображения или диаграммы спектра. Данное оборудование включает стол, на котором размещают фото и микроскоп с измерительными функциями, необходимый для наводки на святящееся тело или его спектр. Точность современных приборов составляет до 1 мкм.

Ошибки, возникающие в процессе измерений:

• неисправность или погрешность самого инструмента;
• человеческий фактор;
• произвольного характера.

Если имеют место ошибки, возникающие по причине несовершенства измерительного оборудования, то следует предварительно выполнить его проверку на точность. В процессе проверки анализируют:

• шкалу;
• микрометрические винты;
• направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе;
• отсчетные микрометры.

Ошибки, объясняемые человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений. В процессе астрономических измерений широко внедряются автоматические и полуавтоматические измерительные приборы. В первом случае устройства обладают большей скоростью по сравнению с полуавтоматическими аналогами оборудования и характеризуются вдвое меньшим показателем средней квадратической ошибки.

Космический эксперимент

Космический эксперимент — множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, благодаря которым удается получить необходимую информацию об изучаемом небесном теле или явлении, осуществляемых в процессе пилотируемого или непилотируемого космического полета с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, которые могут принести вклад в развитие научных знаний.

Основными тенденциями космических экспериментов являются:

• анализ течения физико-химические процессов и поведения материалов в космосе;
• исследование свойств и поведения небесных объектов;
• влияние космоса на человека;
• подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии;
• пути освоения космического пространства.

В данном случае можно привести примеры экспериментов, которые проводят российские космонавты на МКС. Опыт Veg-01 предполагает выращивание растений. Задачей эксперимента является изучение поведения растительных организмов на орбите. Эксперимент «Плазменный кристалл» направлен на исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей в условиях микро гравитационных параметров. Данный опыт состоит из четырех этапов:

• изучение плазменно-пылевой структуры в газоразрядной плазме под действием высокочастотного емкостного разряда;
• исследование плазменно-палевой структуры в плазме при тлеющем разряде с постоянным током;
• определение характера воздействия ультрафиолетового спектра космического излучения, которому подвержены макрочастицы, вероятно заряженные фотоэмиссией;
• наблюдение за плазменно-пылевыми структурами в условиях открытого космоса при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.

На МКС регулярно проводятся научные эксперименты. Например, российские космонавты провели свыше 100 космических опытов.

Метод триангуляции в астрономии

Космическая триангуляция — является способом построения геодезических сетей, в основе которого лежит определение относительного положения пунктов по одновременным наблюдениям с них искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Возможности космической триангуляции:

• определение координат удаленных пунктов;
• связывание местных геодезических сетей, которые отделяют друг от друга океаны и моря, в общую сеть;
• развитие сплошных сетей с целью обеспечить обширные территории общей координатной системой и создать сети пунктов с определенной плотностью.

С 60-х годов XX века ученые в США практикуется построение геодезических сетей с помощью метода космической триангуляции. Таким образом, местные сети объединяют в общую глобальную геодезическую сеть. К 1977 году определение положения пунктов в этой системе становится более точным и характеризуется среднеквадратичной погрешностью в 3 метра (по координатам).

Пункты геодезической сети, которые построены на основе триангуляции, могут являться основой для исследований внешнего гравитационного поля и фигуры нашей планеты, а также применяются в космических навигационных системах. Данный метод реализуют с применением искусственных спутников Земли, которые обладают почти круглыми орбитами:

• при использовании отраженного от поверхности спутника солнечного света применяют пассивные ИСЗ;
• аппаратуру, подающую световые или радиосигналы с привязкой к системе точного времени, устанавливают на борту активных ИСЗ.

Искусственные спутники Земли оснащают уголковыми отражателями, с помощью которых проводят лазерно-дальномерные измерения. Аппаратура для наблюдения за ИСЗ отличается высокой точностью измерений. Востребованы оптические установки, благодаря которым достаточно просто получать фотографии спутников на фоне звездного неба.

Первые измерения удаленности Земли от Солнца были выполнены Аристархом Самосским, который применил в исследованиях астрономические методы. Анализ данных его вычислений позволяет делать вывод о том, что радиус Земли примерно в семь раз меньше, чем радиус Солнца. Это заключение натолкнуло Аристарха Самосского на идею расположения Солнца в центре мира, как большего тела, чем Земля. Полученные греческим ученым результаты далеки от реальных параметров, но тенденция соответствует действительности.

Метод триангуляции первым применил Снеллиус в 1615 году, измеряя дуги меридиана в Голландии. С того времени в разных странах и на разных широтах было измерено множество дуг на поверхности Земли.

Метод триангуляции основан на ряде вычислений. Предположим, что имеется некая дуга \(O_<1>O_<2>\) . Требуется вычислить ее длину. Около данной дуги имеются точки А, В, С, D, Е, …, удаленные приблизительно на 40 километров друг от друга. Рассматриваемые точки расположены, таким образом, чтобы из каждой просматривались, как минимум, пара других точек. В каждую точку монтируются геодезические вышки с платформами для наблюдения. В качестве базиса принимается отрезок \(O_<1>A\) , соединяющий две точки и пролегающий по достаточно ровной поверхности. Длина этого базиса измеряется с максимальной точностью с применением мерной ленты. Далее наблюдателю с вышки необходимо определить углы треугольников \(O_<1>AB\) , ABC, BCD… Обладая информацией об углах и базисе треугольника \(O_<1>AB\) , легко определить другие его стороны \(O_<1>B\) и АВ. Вычислив сторону АВ и углы треугольника АВС, можно найти стороны АС и ВС. Таким образом, пошагово определяют длину ломаной линии \(O_<1>BDO_<2>\) . Вычислив из точки \(O_ <1>\) азимут направления отрезка \(O_<1>A\) , необходимо построить проекцию ломаной линии \(O_<1>BDO_<2>\) на меридиане \(O_<1>O_<2>\) . В результате будут получены линейные размеры дуги \(O_<1>O_<2>\) .

Метод параллакса в астрономии

Параллакс — изменение видимого положения объекта по отношению к удаленному фону, определяемое положением наблюдателя.

Явление параллакса используют для измерения расстояния до планет. Понять принцип данного исследования можно с помощью простых действий:

• поднять вверх палец перед глазами так, чтобы его было видно на любом пестром фоне;
• не меняя положение головы, смотреть на палец поочередно, правым и левым глазом.

В результате наблюдатель заметит, что при закрытии одного глаза и открытии другого палец будет смещаться относительно фона. При этом смещение увеличивается по мере приближения пальца к глазам. Данное явление объясняется расположением глаз, которые удалены друг от друга на некоторое расстояние, таким образом, что прямые линии, проведенные от пальца к глазам, формируют определенный угол. При построении этих прямых до фона, они продемонстрируют два варианта положения пальца. В процессе приближения пальца к глазам уголь становится больше, что увеличивает смещение. Аналогично, для измерения расстояния до луны с помощью метода параллакса необходимо провести наблюдения из пары точек, которые удалены друг от друга на сотни километров.

При использовании метода параллакса для исследования небесных тел в качестве неподвижного фона будет принято звездное небо, которое кажется таковым из-за большого удаления звезд от нашей планеты. Примерно в 1600 году удаленность планет Солнечной системы от Земли не позволяло достаточно точно измерить их смещение на фоне звездного неба, проводя наблюдения из двух обсерваторий. Однако в 1608 году, благодаря изобретению телескопа итальянским ученым Галилео Галилеем, удалось увеличить видимые габариты небесных объектов и малые смещения, которые связаны с параллаксом.

Метод параллакса характеризуется достаточно высокой точностью измерений. Однако этот способ ограничен в возможностях. С его помощью можно относительно точно вычислить расстояния до космических объектов, которые расположены неподалеку от нашей планеты и Солнечной системы. При необходимости определить более дальние расстояния возникают сложности. В этом случае точность измерений значительно снижается. Диаметр орбиты Земли будет недостаточен для того, чтобы сформировать нужный угол.

Радиолокационный метод в астрономии

Радиолокационная астрономия является разделом астрономии, в рамка которого изучают небесные тела с помощью отправки к ним зондирующего радиосигнала и анализа отраженного радиоэха.

В процессе исследований комплекс, включая передатчик, антенну и приемник, то есть радиолокатор или радар, размещают на нашей планете или устанавливают на космический аппарат. Радиолокационная астрономия отличается от радиоастрономии изучением не собственного радиоизлучения небесных тел, а отраженных от них сигналов.

Метод отличается удобством, так как при измерении времени, в течение которого сигнал преодолевает путь туда и обратно, можно достаточно точно рассчитать расстояние до объекта, а в зависимости от того, как изменяется частота сигнала легко определить скорость объекта по принципу Доплера. Однако из-за быстрого убывания мощности отраженного сигнала по мере увеличения расстояния, ученым удается исследовать радиолокационным методом только тела, расположенные в Солнечной системе.

В 1961 году исследователи в Англии, СССР и США практически в одно и то же время использовали локацию Венеры, чтобы измерить расстояние до нее. Повторный эксперимент в 1964 году позволили значительно увеличить точность измерений с погрешностью в несколько километров. Применение современных радаров позволяет проводить также локацию Солнца, Меркурия, Марса, Юпитера с галилеевыми спутниками, Сатурна с кольцами и спутником Титаном, астероидов и ядер комет. Далее небесные тела стали исследовать, применяя космические зонды. Однако локация все еще остается эффективным методом проведения астрономических исследований. К данной методике была добавлена лазерная локация Луны, при которой использовали отражатели оптических импульсов, размещенных на ее поверхности. Таким образом, можно регулярно определять расстояние между нашей планетой и Луной с точностью до 1 сантиметра, что помогает в изучении сложного относительного перемещения этих двух объектов.

Самый крупный в мире радиотелескоп, диаметр которого составляет 305 метров, расположен в обсерватории Аресибо на острове Пуэрто-Рико.

Обеспечить прохождение сигнала наземного передатчика через ионосферу Земли можно при условии достаточно коротковолнового излучения, менее 20 метров. Когда сигнал транслируется передатчиком к объекту, плотность его мощности уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Импульс частично отражается от объекта и, возвращаясь на поверхность нашей планеты, вновь теряет мощность обратно пропорционально квадрату расстояния. Таким образом, энергия полученного радиоэха обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до объекта. Этот факт объясняет применимость радарных методов только в случае изучения ближайших тел Солнечной системы, а также необходимость в использовании очень мощных передатчиков, больших антенн и сверхчувствительных приемников.

Источник