1 дәріс тақырыбы: Кіріспе. Астрономия пәні және оның басқа пәндермен байланысы

Астрономия - аспан денелері туралы ғылым

Қазіргі заманғы астрономия аспан денелерін зерттеудің тәсіліне қарай бірнеше бөлімге бөлінеді. Астрометрияда аспан объектілерінің орындары мен қозғалысы анықталады, Жердің айналу заңдылықтары зерттеледі, астрономиялық тұрақты шамалардың мәндері анықталады. Сфералық астрономияда аспан нысандарының орны мен қозғалысы математикалық тәсілдермен анықталады. Ал тәжірибелік астрономияда бұрыш өлшейтін аспаптардың жаңа теориялары жасалып, уақытты, географиялық координаттарды (бойлық пен ендікті), белгілі бір бағыттағы азимуттарды анықтау әдістері жүйеленеді. Аспан механикасында бүкіләлемдік тартылыс күшінің әсерінен болатын аспан денелерінің, соның ішінде жасанды денелердің қозғалысы, сондай-ақ аспан денелерінің тепе-теңдік жағдайы зерттеледі. Жұлдыздық астрономияда біздің Галактиканы (Жұлдызаралды) құрайтын жұлдыздар жүйесі, ал галактика сырты астрономиясында басқа галактикалар және олардың жүйелері қарастырылады. Құрамына астрофотометрия, астроспектроскопия, т.б. бөлімдер енетін астрофизика аспан денелерінде, олардың жүйелерінде және ғарыштық кеңістікте болып жататын физикалық құбылыстар мен химиялық процестерді зерттейді. Радиоастрономияда ғарыштан келген радиотолқындардың қасиеттері және олардың кеңістікте таралуы зерттеледі. Жердің жасанды серіктері, ғарыштық кемелер мен ғарыштық телескоптардың (мысалы, америкалық «Хаббл» телескопы) жасалуы астрономиялық зерттеулерді атмосферадан тыс жүргізуге жол ашты.

№ 2 дәріс тақырыбы Аспан сферасы. Жұлдызды аспан. Кульминация.

Жұлдыздардың, планеталардың, т.б. аспан денелерінің орналасу орындарын анықтау және өлшеу сияқты практикалық мәселелерді шешу үшін астрономияда аспан сферасы деген ұғым колданылады. Аспан сферасы—радиусы анықталмаған жорамал сфера. Аспан шырақтары, әртурлі қашықтықта болғандықтан, онық бетіне бақылаушы белгілі бір уаңытта өзі орналасқан орыннан кәретін букіл аспан шырақтары проекциялаиады .

Ғарыш

Эклиптика — Күннің зодиак шоқ жұлдыздары бойымен жылдық козғалысы атқарылатын үлкен дөңгелек. Күннің эклиптика бойымен козғалуы Жердің Күнді айналуынан туындайды. Эклиптика жазықтығы аспан экваторының жазықтығына е=23°26' бұрыш жасай орналаскан. Күн шарығының орталық нүктесі аспан экваторын жылына екі рет — 21 наурыз бен 23 кыркүйек маңында қиып өтеді. Бұл нүктелер көктемгі және кузгі күн мен түннің теңелу нуктелері деп аталады. Көктемгі күн мен түннің теңелу нүктесі (ϓ — Тоқты шоқжұлдызының таңбасымен белгіленеді) арқылы Күн аспан сферасының оңтүстік жарты шарынан солтүстік жарты шарына, ал күзгі күн мен түннің теңелу нүктесі -Таразы шоқжұлдызының таңбасымен белгіленеді) аркылы кері бағытта өтеді.

Күн мен түннің теңелу нүктелеріне 90° құрайтын Күннің токырау нүктелері орналасады.Жазғы күннің тоқырау нүктесі Торпак пен Егіздер шоқжұлдыздарының шекарасында, Шаянның зодиак таңбасымен ᵑ белгіленеді. Қысқы күннің тоқырау нцктесі Мерген шоқжұлдызында, Ешкімүйіздің (Ұғылақ) таңбасымен белгіленеді . Негізгі жазықтықтар мен үлкен дөңгелектер аспан координаталарын енгізуде қолданылады.

Телескоп, сыңардүрбі (теле және грекше skopeo – қараймын) – аспан шырақтарын электр-магниттік сәуле арқылы бақылауға арналған астрономиялық құрал. Телескоп гаммалық телескоп, рентген, ультракүлгін, оптикалық, инфрақызыл және радиотелескоп; оптикалық сұлбасы бойынша айналы (рефлектор), линзалы (рефрактор) және айналы-линзалы телескоп болып бөлінеді. Телескоптардың көмегімен фотографиялық, теледидарлық, электронды-оптикалық, т.б. сәуле қабылдағыштарды пайдалану арқылы фотографиялық, спектрлік, т.б. бақылаулар жүргізіледі. Телескоптар пайдалану ретіне қарай: астрофизикалық (жұлдыздарды, планеталарды, тұмандықтарды зерттейтін) телескоп, Күн телескопы, астрометрикалық телескоп, серіктік фотокамералар (Жердің жасанды серіктерін бақылайтын), сондай-ақ метеорларды бақылайтын метеор патрульдері мен кометаларды бақылайтын телескоп, т.б. болып бөлінеді. Телескоптың (оптикалық рефрактордың) көмегімен алғашқы астрономиялық бақылауды Г.Галилей жүргізді.

№ 3 дәріс тақырыбы Уақытты өлшеу. Күнтізбе. Уақыт теңдеуі.

Уақыт — өлшемдер жүйесінің оқиғаларды реттеу, олардың ұзақтығын және араларындағы интервалдарын сипаттауда, және нәрселердің қозғалысын сипаттауда пайдаланатын маңызды мүшесі. Уақыт мифология, философия және ғылымның әр салада пайдалану үшін қарама-қайшылысыз сипаттау, зерттеу нысаны болып, талай-талай ұлы ғалымдарды өмірге әкелген.[1]

Уақыт - оқиғаның ұзақтығы және тізбектілігін сипаттайтын физиканың негізгі түсініктерінің бірі.

Физика мен басқа ғылымдарда уақыт іргелі өлшем болып табылады, яғни ол басқа өлшемдер арқылы өрнектелмейді, себебі басқалары — жылдамдық, күш, қуат сияқты өздері іргелі өлшемдермен өрнектеледі (атап айтқанда бұл жағдайда — уақыт, әрі кеңістік деп аталатын келесі іргелі өлшемдермен). Ғылымда керектігі, әрі мүмкіндігі — өлшем үшін пайдаланатын және таңдалынып алынған өлшем бірлігі бар уақыт — операциялық анықтамасы қолданылады. Философтар арасында екі түрлі уақытқа деген көзқарас бар. Біріншісіне сәйкес уақыт — ғалам құрылымының іргелі бөлігі, оқиғалардың қатар-қатар жүруінің өлшемі. Бұл сэр Исаак Ньютон жататын реалистік көзқарас, сондықтан бұны Ньютондық уақыт деп те атайды. Бұған қарсы көзқарасқа сәйкес уақыт — адамзат соның көмегімен оқиғаларды реттеп, салыстыратын, интеллектуалды құрылымның (кеңістіктік пен сандармен қатар) іргелі мүшесі. Готфрид Лейбниц пен Иммануел Кант дәстүрі болатын осы екінші көзқарасқа сәйкес уақыт «арқылы өтетін» «ағатын» затқа жатпайды, немесе оқиғаларға ыдыс бола алмайды, және өзі өлшене алмайды.

Технологтар мен ғалымдар мезгілдік уақыт өлшеумен айналысқан, және астрономияның негізгі зерттеу нысаны болған. Периодты оқиғалар мен периодты қозғалыстар уақыт өлшем бірлік стандарты ретінде ұзақ уақыт пайдалылып келеді. Мысалы, күннің аспан бойымен қозғалысы, маятник тербелісі, айдың фазалары және жүрек дүрсілі. Уақыттың әлеуметік маңызы да зор (“уақыт – ақша”), ол адамның күнделікті уақыттың шектеулілігін сезінуі мен адам өмірінің шектеулілілігі.

Үлкен және кіші уақыт аралықтарын өлшеу үшін астрономиялық кұбылыстармен тығыз байланысты табиғи бірліктер колданылады.

Уақыттың негізгі бірліктері — астрономиялык бакылау бойынша анықталған тәулік, ай және жыл. Бұлардың алғашқысы күн мен түннің алмасуына, екіншісі Ай жүзініц (фазасының) өзгеруіне, ал соңғысы жыл маусымдарының ретті түрде алмасуына байланысты. Бұлардың әрқайсысы, әрине, аспан денелерінің қозғалысына (кәрінерлік жәнө нақты) негізделген.

Нақты және орташа күн тәулігі. Күн шарығының (дискісінің) орталық нүктесінің жоғарғы шарықтау сөті нақты тал тус деп, ал төменгі шарықтауы нақты т ортасы деп аталады. Күннің екі аттас шарықтау аралығы нақты күн тәулігі деп аталады. Бірақ мұндай тәуліктің ұзақтығы жыл бойы тұрақты болмайды. Бұл Күннің кәрінерлік қозғалысы экватор емес, эклиптика бойымен болуынан әрі біркелкі еместігінен туындайды. Сондықтан күнделікті өмірде ұзақтығы тұрақты 24 сағ болатын орташа тәулігі пайдаланылады.

Орташа күн тәулігі ретінде аспан экваторы бойымен бірқалыпты қозғала отырып, бір жылда толық айналым жасайтың жорамал нүтенің (бұл нүкте орташа Күн деп аталады) аттас екі рет шарықтауға қажет уақыт аралығы қабылданады. Күн тәулігінің басы түн ортасынан, яғни Күннің төменгі шарықтауынан басталады. Жергілікті, белдеулік және бүкіләлемдік уақыт. Күннің аспан меридианы арқылы өту сөті, әрине, бақылаушы орнының географиялық бойлыгына төуелді. Бақылаушы шығысқа карай жылжыған сайын Күннің меридианнан өтуі батыстағымен салыстырғанда ертерек болады. Демек, Күннің меридиан аркылы ету сәті бізге жергілікті орынның күн уақытың береді. Жоғарыдағы тәсілмен анықталған уақыт тек берілген географиялық меридианда ғана колданылатындықтан, күнделікті өмірде белдеулік уақытты колдану ыңғайлы. Бұл үшін Жер беті полюстерді қосатын сызықтар кемегімен 24 сағаттық белдеулерге бөлінген. Әр сағаттык белдеу бойлық бойымен 15°-қа созылады. Әр белдеудің ішінде оның орталық меридианындағы орташа күн уақыты осы аймақтың белдеулік уақыты ретінде алынады.

Гринвич обсерваториясы (Ұлыбританияда) орналасқан меридиан нөлінші меридиан ретінде кабылданған және ол белдеу нөлінші сағаттық белдеу болып табылады. Гринвич меридианындағы жергілікті орташа күн уақыты бүкіләлемдік уақыт ретінде кабылданган. 1-сағаттық белдеудің (п = 1) орталык меридианы Гринвич меридианынан 15° шығысқа карай орналаскан. Баска сағат белдеулерінің де бастапқы меридиандары осылай аныкталады. Ал олардың екі жақ шекаралары мемлекеттік және әкімшілік шекаралары бойынша немесе табиғи аймақтармен (өзен, тау жоталары) бөлінген. Қазакстан Республикасының аумағы аркылы 4- және 5-сағаттык белдеу әтеді. 156 Бүкіләлемдік уақытты (Т0) және берілген орынның белдеуінің реттік санын (п) біле отырып белдеулік уакытты табу оңай:

Тn = Т0 + n

1930 жылы көктемде үкімет декреті бойынша КСРО аумағында декреттік уақыт ендірілді: барлык сағаттық белдеулерде сағат тілі түрақты түрде бір сагатқа ілгері жылжытылды. Кейбір елдерде декреттік уақытты жаз айларында тағы 1 сағ ілгері жылжыту қабылданған. Алматы және Астана уакыты (5 сағаттық белдеу) бүкіләлемдік уақыттан 6 caғат алда.

Т5 = Т0 + (n + 1) = Т0 + 6 caғат

Географиялық бойлығы X болатын орындағы Т. жергілікті орташа күн уақыты бүкіләлемдік уақытқа сол бойлыктың уақыт бірлігіндегі мәнін косу арқылы анықталады: Т. = Т0 + X.

Жергілікті Жұлдыз уакыты (S) мен Жұлдыздардың экваторлық координатасы тура көтерілу мәні арасында карапайым байланыс бар. Егер Жұлдыз жоғарғы шарықтауда болса, онда S = α

Демек, кез келген мезетте берілген орындағы жұлдыздың уақыттың мәні осы кезде жоғарғы шарықтауда ориаласқан. жұлдыздың тура көтерілу координатасының мәніне тең. Жер бетіндегі X бойлықтағы Жұлдыздық уақыт (S) пен Гринвич меридианындағы Жұлдыздық уақыт (S0) арасындағы

байланыс мына өрнекпен анықталады: S = S0 + X

Осыдан біз берілген орынның Жұлдыздық уақытын анықтау арқылы осы орынның географиялық бойлығының мәнін де анықтауға болатынына кез жеткіздік.[3]

Күнтізбе– уақыт мезгілін есептеудің аспан денелерінің ауық-ауық қайталану ерекшелігіне негізделген жүйесі, анықтамалық басылым. Ежелгі Римде әрбір айдың 1-күні календы деп аталған. Азды-көпті мәдениетке қол жеткен халықтардың бәрінде де күнтізбе болған, өйткені онсыз шаруашылықты ұйымдастыру мүмкін болмады. Ерте замандағы халықтар қардың кетуі, өзендердің тасуы, т.б. құбылыстарға негізделген табиғи күнтізбелерді пайдаланған. Бірақ дәлдігі нашар, құбылмалы ауа райына тәуелді табиғи күнтізбелер халық қажетін қанағаттандыра алмады. Ақыры, адамзат уақыт есебін дүркін-дүркін дәйекті түрде қайталанып тұратын аспан құбылыстарына негізделген күнтізбелер бойынша жүргізетін дәрежеге жетті. Мұндай күнтізбелер алғаш Ежелгі Шығыс елдерінде шықты. Аспан денелерінің қозғалыстарына негізделген күнтізбелерді 3 топқа бөлуге болады: күн күнтізбесі, ай күнтізбесі және аралас күнтізбелер.

Күн күнтізбесі Мысырда шыққан. Мысырлықтар жыл ұзақтығын 365 тәулікке теңестіріп, оны әрқайсысы 30 күндік 12 айға бөлген, артық қалатын 5 күнді ешбір айға қоспай, құдайға құлшылық ететін күндер деп есептеген. Ол Еуропалық күнтізбелерге арқау болды. Біздің заманымыздан бұрынғы 45 ж. Рим императоры Юлий Цезарь, астроном Созигеннің жобасы бойынша жаңа күнтізбе жариялады. Бұл күнтізбе Юлий күнтізбесі немесе ескі санат деп аталды. Юлий күнтізбесіндегі жылдың тропиктік жылдан 11 мин 14 с артықшылығы бар. Бұдан 128 жылда 1 күн, 384 жылда 3 күн жиналады. Осыны тұрақтандыру үшін Рим папасы Григорий ХІІІ 1582 ж. уақыт есебін 10 күнге ілгері жылжытып, 5-қазанды 15-қазан деп есептеу және әрбір 400 жылда 3 кібісе жылды жай жыл есебінде алу туралы жарлық шығарды. Уақыт есебінің бұл жүйесі Григорий күнтізбесі немесе жаңа санат деп аталады. Осы күні көптеген елдерде Григорий күнтізбесі қолданылады.

Алғашқы ай күнтізбесі ежелгі Вавилонда шықты. Онда әрбір 8 жылдың бесеуінің ұзақтығы 354 күннен, ал қалған үшеуінікі 384 күннен есептелді. Сонда жылдың орташа ұзақтығы (354.5+384.3):8=365,25 күнге тең болады.

Араб күнтізбесі де Ай қозғалысына негізделген. Араб жылы 12 айдан құралады. Әрбір 30 жылда 11 жыл 355 күннен, 19 жыл 354 күннен саналады. Нақты жылдан 11 күні кем болғандықтан, араб жылының басы жылжып отырады.

622 ж. арабша 1-жыл. Ол Мұхаммед пайғамбардың Меккеден Мединеге көшіп барған жылы. Жылдардың бұл жүйесі ай һижрасы деп аталады. Араб күнтізбесі араб елдерінде, Азия мен Африканың мұсылман дінін тұтатын көптеген елдерінде ресми қолданылады. Еврейлер ертеде Вавилон күнтізбесін қолданған, кейін біздің заманымыздан бұрынғы 4-ғасырда аралас күнтізбеге көшті. Еврейше жыл есебі біздің заманымыздан бұрынғы 3761 жылдан басталады. Яғни сол жылы “дүние жаралған”. Бұл күнтізбе Израиль мемлекетінде қолданылады. Ежелгі түркілер, негізінен, күн күнтізбесін пайдаланған. Кейін ол қазақ, өзбек, түрікмен, татар, әзербайжан, т.б. халықтардың күнтізбелеріне негіз болды. Қазақтар мүшел есебі мен тоғыс есебін де қолданған. Қазақстанда 1918 жылдан бері Григорий күнтізбесі қолданылып келеді.

№ 4 дәріс тақырыбы Астрономия ілімінің туындауы. Әлемнің гелио және геоцентрлік дамуы.

Ұлы поляк ғалымы Николай Коперник өмір сүріп, еңбек еткен кезеңде, яғни XVI ғасырда, Птолемейдің өздеріңе мәлім геоцентрлік жүйесінің ақиқаттығына күмәнді ойлар жаппай туындай бастады.

Планеталардың Күнді айнала қозғалатыны жөніндегі идея біздің өркениеттің әр түрлі кезеңдерінде пайда болғанымен, ол жиырма ғасырдай уақыт бойы мүлгуде болды. Өйткені, Птолемейдің геоцентрлік жүйесі Әлем құрылысы жөніндегі мүлдем қате түсініктерге негізделгеніне қарамастан, ортағасырлық адамдардың қарапайым тіршілікке қажетті талаптарын қанағаттандырып отырды. Ол тұтылуларды, планеталардың көкжиектен көрінуін және аспан әлеміндегі көрінерлік өзгерістерді алдын ала дәл болжауға мүмкіндік берді. Себебі бұл жүйе де ұзақ жылдар бойы мұқият орындалған тәжірибелерге негізделген болатын.

Алайда, Күн жүйесі құрылысының жобасын алғаш рет дұрыс түсінген Н. Коперник болды. Ол ғасырлар бойы адамдардың санасына ұялап қалған «Жер қозғалмайды» деген жобаны теріске шығарды. Жерді өзге планеталардың қатарына косып, Жер Күннен үшінші орында болады деді. Сонымен бірге Коперник Жер өз осін айнала отырып, барлық планеталармен бірге кеңістікте Күнді айнала қозғалады деп көрсетті. Ал Ай Күнді емес, Жерді айнала қозғалады деді. Коперник осы идеяны айтқан кезде сол кезеңнің ғалымдары онымен бірден келісе алмады. Тіпті Коперниктің өзі де бұл тұжырымдар төңірегінде кырық жыл бойы ойланумен болды. Коперник Полыпа мен Италия университеттерінде оқып, үздік әрі жан- жақты (математика, астрономия, құкық,тіл, медицина бойынша) білім алған. Ол планеталар мен Күнді бақылау барысында алынған мәліметтерге сүйеніп, планеталардың Күнге қатысты қозғалысын анықтауды мақсат еткен еді. Теңдесі жоқ, ғаламат есептеу жұмыс тары жиырма жылға жуық уақыт бойы тікелей жүргізілген бақылаулармен ұштастырылды. Ғалым ерен математик ретінде ғылымға көп жаңалық енгізді. Ол аспан денелерінің қозғалыс кестесін жасады, ол үшін оған 324 мың шаманы есептеп шығару кажет болды.

Осындай ғылыми деректермен негізделген зерттеу жұмыс тарының нәтижесінде Коперник планеталар қозғалысының жаңа жүйесін жасады. Оның «Аспан сфераларының айналуы туралы» деп аталатын еңбегі 1543 жылы жарық көрді. Н. Коперник планеталар жүйесінің центріне Күнді орналастырғандықтан, бұл жүйе гелио-центрлік жүйе (гр. гелиос- Күн) деп аталды.

Н. Коперник теориясы физика мен астрономияның және тұтас жаратылыстанудың дамуында аса маңызды рөл аткарды. Соның негізінде ғылымға қозғалыстың салыстырмалылыгы және санақ жүйесі деген ұғымдар енгізілді. Тек осы теория негізінде И. Кеплер мен И. Ньютон қозғалыстың нақты заңдарын аша алды.^[1]

Меркурий мен Шолпанда серіктер жоқ. Қалған планеталардың (Жерді қоспағанда) серіктері өз планеталарынан өлшеусіз кіші. Жердің бір ғана табиғи серігі бар, ол – Ай, бірақ ол Жердің өзімен салыстырғанда шамадан тыс үлкен. Ай диаметрі жағынан Жерден 4 есе ғана кіші. Юпитердің дискісінен аржағына тасаланатынын, не оның көлеңкесіне еніп тұратынын көруге болады.

Бәрінен серіктері көп ең ірі планета – Юпитер (он үшінші серік 1974 жылы ашылды). Ал массасы жағынан келесі планета Сатурнда 10 серік бар, оныншысы 1966 жылы ашылды, Уранда 5 серік, Нептун мен Марста 2-ден серік бар. Серіктердің ішіндегі ең ірілері: Титан (Сатурнның серігі) және Ганимед (Юпитердің 3-ші серігі). Олар диаметрі жағынан айдан 1,5 есе үлкен де, Меркурийден сәл үлкенірек. Мол атмосферасы бар жалғыз серік – Титан.

Жұлдыздық, не сидерлік, ай дегеніміз – Айдың жұлдыздарға қатысты Жерді айналып шығу периоды; ал синодтық ай – Айдың Күнге қатысты Жерді айналу периоды. Синодтық ай, басқаша айтқанда, Айдың бірдей екі фазасының арасындағы уақыт мерзімі. Жұлдыздық ай 27,3 тәулікке тең, ал синодтық ай – 29,5 тәулік.

Ай 1 тәулік ішінде өз орбитасымен 360^о : 27,3  13^о жүреді. Ал 27,3 тәулік ішінде Жер Т өз орбитасымен Айды ілестіре, Күнге қатысты ТТ, доғаны, яғни 27^о дерлік доғаны жүріп өтеді.

Айдың эллипстік орбитасының Жерге ең жақын нүктесі перигей деп, ал ең алыс нүктесі апогей деп аталады.

Ай бізге жіңішке орақ тәрізді болып көрінгенде, оның бетінің қалған жері де солғын жарық шығарып тұрады. Осы құбылыс күл түсті жарық деп аталады да, былай түсіндіріледі. Жерден шағылған Күн жарығы барып Айдың түн жақ бетіне түседі.