Оқытуға арналған әдебиеттер

1. Бекбасаров Н. «Астрономияға кіріспе». Алматы, 1992 ж.

2. Әбішев Х. «Аспан сыры». Алматы, 1966 ж.

Қосымша әдебиеттер:

1. Ысқақов А. «Халық астрономиясы». Алматы, 1969 ж.

2. Дагаев М.М., Демин В.Г., Калинин И.А. «Астрономия». Москва, наука. 1983 ж.

3. Дагаев М.М. «Астрономия есептер жинағы». 1986 ж.

Студенттің міндеті:

• 
  сабаққа кешікпеу, сабаққа уақытылы қатысу, сабақ соңына қатыспай кетсе сабақта жоқ деп есептеледі.
  
• 
  өткен сабақтарды өтеу (деканат рұқсат берген жағдайда).
  
• 
  Дәрісханада жұмыс істегенде қалталы телефондарды өшіріп отыруы керек.
  

• 
  тәртіп, үзгі шет
  
• 
  жауапкершілікті
  
• 
  шыншыл.
  

Лекция 1
Кіріспе

Астрономия (гректің astron –жұлдыз және nomos заң) – ғарыштың денелердің құрылысы, дамуы, олар құрайтын ғарыштық жүйелер және тұтас ғалам тұралы ғылым. Адам баласының өмірлік қажеттілігінің негізінде пайда болған ежелгі ғылымдардың бірі. Шығыс халықтарында б.з.б. 6 ғасырдың өзінде-ақ алғашқы астрономиялық түсініктер пайда болған. Ежелгі Қытай мен Вавилонда негізгі уақыт бірлігінен басқа экватордың эклиптикаға көлбеулігі, күн мен ай тұтылуының қайталану периоды (сарос) белгілі еді. Грекияда жердің шар тәрізділігі туралы ілім қалыптасты. Ежелгі қазақ даласын мекендеген халық жұлдыздар мен шоқжұлдыздардың орны бойынща жыл мезгілдері жер тараптарын айыра білген. Іле өзенінің орта ағысындағы Малайсары адырының батыс тұсынан б.з.б. 5 ғасырда жарты сақина түріндегі тастардан қаланған қорған табылған.

Астрономияда аспан объектілерінің орындары мен қозғалысы анықталады, Жердің айналу заңдылықтары зерттеледі, астрономиялық тұрқты шамалардың мәндері анықталады.

Сфералық астрономияда аспан объектілерінің орны мен қозғалысы математикалық тәсілдермен анықталады.

Тәжірибелілік астрономияда бұрыш өлшейтін аспаптардың жаңа теориялары жасалып, уақытты, географиялық координаттарды (бойлық пен ендікті), белгілі бір бағыттағы азимуттарды анықтау әдістері жүйеленеді.

Астрономиялық құралдар
Астрономиялық құралдар- астрономиялық бақылауларға және оларды өңдеуге арналған құрал-жабдықтар. Астрономиялық құбылыстарды бақылау аспаптарына (телескоптарға), бақылауға арналған көмекші құралдарға, жарық қабылдайтын және оны талдайтын аппаратураларға, уақыт құралдарына, лабораториялық құралдарға, көмекші есептеуіш машиналарға және демонстрациялық құралдарға топтап бөлуге болады.

Оптикалық телескоптар зерттелетін аспан шырақтарының жарығын жинауға және олардың кескіндерін түсіруге арналған. Олар оптикалық сұлбалар бойынша айналық жүйе (рефлекторлар), линзалық жүйе және аралас айналы-линзалы жүйелері болып ажыратылады. Телескоптар қолданылуына қарай бірнеше түрге бөлінеді. 20 ғасырдың орта кезінде жасалған дүние жүзіндегі ең үлкен оптикалық телескоп (АҚШ-тағы Маунт-Паломар абсерваториясында) айнасының (рефлекторының) диаметрі 5м болды. Аспан объектілерінің координаттарын анықтау және уақыт қызметін жүргізу үшін меридиан дөңгелегі, зенит-телескоптар, зениттік көру түтіктері, призмалық астролябия т.б. аспаптар қолданылады. Күн тәжімен хромосфераны бақылау үшін коронограф, атмосф және фотосфералық телескоптар қолданылады.

Аспан объектілерін бақылағанда кейбір көмекші құралдарда (окулярлық микрометрлер, кассеталар т.б.) , сондай-ақ жарықты қабылдайтын және оларды талдайтын аппаратураларда пайдаланылады. Ежелгі дәуірлерде уақыт құралдары күн сағаты, гномон болды, сонан соң күннің не жұлдыздың аспан меридианымен қиылысу мезеті қабырғалық квадрантпен анықталады. Уақытты анықтайтын дәл маятникті приборлар ретінде Шорт сағаты, Федченко сағаты ұзақ уақыт бойы пайдаланылып келді. Қазір олардың орнын кварц сағаты және молекулалық (немесе атомдық) сағат ауыстыра бастады. Бақылау нәтижесінде алынған фотосуреттерді өңдеу үшін лабораториялық қуралдар аспанның бір учаскесінің екі фотосуретін салыстыру үшін блинк – компараторлар, спектрограммадағы спектрлік сызықтардың толқын ұзындығын өлшеу үшін компараторлар, спектрограммадағы спектр қарқындылығының таралуын өлшеу үшін микрофотометрлер, жұлдыз жарықтылығын оның фотографиясы бойынша анықтау үшін жұлдыздың микрометрлер, т.б. қолданылады. Бақылау нәтижелерін өңдеуге байланысты есептеулер жүргізуге арналған есептеуіш машиналар пайдаланылады. Демонстрациялық құралдар қатарына күн жүйесінің моделі теллурий және астрономиялық құбылыстарды сфералық күмбездің ішкі бетінен көрсетуге мүмкіндік беретін планетарий жатады.

Сфералық астрономия

Сфералық астрономия- астрономияның аспан сферасындағы шырақтардың көрінерлік қозғалысы мен орналасуын зерттеуге байланысты есептерді шешудің математикалық тәсілдерін қарастырытын бөлімі Аспан сферасындағы денелердің орналасуы мен қозғалысын математикалық жолмен зерттеуде горизонталь эклиптик және екі экваторлық координаттар жүйесі қолданылады. Аспан шырақтарын тікелей бақылау нәтижесінде алынған координаттар бірсыпыра ықпалдардың әсерінен дәл болып шықпайды.

Прецессин мен нутация әсерінен координат осьтері ығысады. Абберация құбылысынан аспан денелерінің сферадағы орны бақылаушыға ығысып көрінеді. Сфералықұ астрономия есептері сфералық тригонометрия формулалары арқылы шешіледі. Бақылау нәтижелерінен параллакстау тигізетін әсері де ескеріледі. Сфералық астрономияда күн жүйесіндегі координаттарын анықтауменде айналысады. Сфералық координатта Күн мен Айдың тұтылуы, Ай мен Үркер тоғыстары планеталардың күй дискісі тұсынан өту құбылыстарында зерттейді. Сфералық астрономияның ең басты мәселелерінің бірі уақытты дәл өлшеумен күнтізбе жасау мұның теориялық негізіне Жердің өз осьінен айналуы және оның күнді айнала қозғалуы алынады.

Ғаламшарлардың кескiндерi

Ғаламшарлардың кескiнi.

Рис.1 Iшкi ғаламшарға арналған батыс элонгациясы және қарсы тұру (жер - T ) сыртқы үшiн

Рис.2 Ішкі және сыртқы Қосулуға арналған шығыс элонгациясы

Рис.3 Iшкi ғаламшарға арналған сыртқы Жоғарғы Қосу және шығыс квадратурасы үшiн

Рис.4 Ішкi ғаламшар және батыс квадратурасы үшiн төменгi Қосу сыртқы үшiн

Мысалы, жоғарғы Қосулардың ғаламшары екi бiртiндеп аттас кескiндердiң арасындағы уақыттың аралығында,оның көк мерзiмiмен деп аталады. Ғаламшар жерлердi айнала айналғанда болып есептелетiнде, көп жылдық бақылауларды негiзде олардың әрқайсылары үшiн үндеудi көк мерзiмдi анықталғанда көне замандаларда әлi. Гелиоорталықты жүйеге сәйкес, өздiң жерi мерзiмi бар күн, тең жылға айнала айналады. Бұл оның қозғалыстары айналмайтын инерциаль есеп жүйесiндегi ғаламшарлардың үндеуiнiң мерзiмдерi бiлу үшiн есепке алуға керек, немесе, жұлдыздарға қарағанда айтылуға қабылдалған. Жұлдыздарға қарағанда күн ғаламшардың үндеуiн мерзiм айнала (немесе сидериялық ) жұлдызды мерзiммен деп аталады. Ғаламшардың көк мерзiмi ұзақтықтың беттерiншелерi олардан да сидериялық мерзiммен дәл келмейтiнi анық, жердi үндеудi жұлдызды мерзiм болып табылған жылмен. Қалай жердi жұлдызды мерзiмдерi бар ғаламшар және өзi ғаламшардың көк мерзiмi байланатынын қарап шығамыз. Жердi Р, жұлдызды мерзiмнiң тең болдың сыртқы ғаламшардың үндеуiн жұлдызды мерзiм мейлi - Т, көк мерзiм - S. Орбиталар бойынша олардың қозғалысының бұрыштық жылдамдықтары сонда сәйкесiнше сәйкесiнше 360/Р және 360/T берiспе. Мысалы, қарсы тұрудың кескiндерi моменттен қандай болмасын ) ғаламшардың келесi сондай болып кескiнiне өз орбитасының доғасын өте алады, 360 Sқа тең Бұл жердiң (көк мерзiмге ) уақытының аралығына доғаны 360/T•S тең өте алады. Сонда :

360°/T•S-360°/P•S=360°,

немесе

Осындай дерлiктер iшкi ғаламшарға арналған формула болады:

1/P-1/T=1/S

Демек, күн үндеудi оның жұлдызды мерзiмi айнала есептеу мүмкiн ғаламшардың көк мерзiмi бiле есептеу мүмкiн.

Коперниктің ашулары

XV- XVI ғ. күре тамырға құйылатыны сауданың кеңейтуi, буржуазияның классының күшейтуi және феодализмы бар оның күресiнiң күшейтуiнiң оларымен сабақтас ұлы географиялық ашулар дәуiр болды. Сауданың дамытуы теңiзде жүрудi дамыту, кеме жүргiзуге астрономияның болуы өте қажеттi әрі маңызды болды. Птолемейдiң теориясы, ғаламшарлардың жеке алғанда жағдайларының таңдайында бойынша аспан құбылыстардың есептеулерi, ендi жеткiлiксiз болды. Бұдан басқады, олары Птолемейдiң теориясы бақылауларды дәлдiктiң жоғарылатуымен күрделендiруге өте тура келді.

Кеңiстiк туралы ұйғарым, Птолемей бойынша, орталықтағы жылжымайтын топырағы бар әлемнiң библиядағы суретiне сәйкес келдi. Птолемейдiң теориясына қол көтеру, ғылымда, құдiреттi шiркеудiң қыр көрсету төңкерiстi бастаумен тең болды.
Бұл төңкерiсті қадамды (1473-1543 ) ұлы поляк ғалымы Николай Коперник iске асырды. Коперник оның маңызды қателiгi туралы қорытындыға Птолемейдiң әлемiнiң геоцентрлiк жүйесiнiң үстiнде ұзақ ойлана келдi. Оның орнына Коперник (Гелиос грекше -Күн ) орталықтағы күнi бар әлемнiң гелиоорталықты жүйесiн ұсынды. Коперник сонымен Күн Жердiң орталығы емес Кеңiстiк емес, керiсiнше ғаламшарлар бiр, айналып тұрған деп жариялады. Бұл ұғымдардағы ғылымдардың барлық ары қарай дамытуына мол ықпал алған ең үлкен төңкерiс болды.Коперник эклиптика бойынша Күннiң жуықтама жылғы орын ауыстыруы жер орбитасының жазықтығына жерiнiң айналу өстерi және жердi үндеумен жердi тәулiктiк айналуды күнi-түнiсiнiң ауысымы, көлбеудiң жылдың замандарының ауысымына айнала түсiндiрдi күн жердi қозғалыспен айнала түсiндiрдi. Ол саябанды олардың қашықтығы бойынша ғаламшарды дұрыс орналастырды және жер үшiншi орынды қатарға апарды Ғаламшарлардың Коперниктiң жұлдыздарының фонындағы тұзақ тәрiздi қозғалыс топырағы бар бақылаушы және ғаламшардың қозғалысының қозғалысының тiркесiмен түсiндiрдi. Әлемнiң жаңа, гелиоорталықты жүйесiнiң шындығы Галилейдiң ашуларымен растаған..

Джордано Бруно

Коперниктiң идеялары италиялық жазушы және (1548-1600 ) философ Джордано Бруномен қабылдады. Коперниктiң оның әрi кетiнiң өз батыл ойларында. Оны ол да күннiң жұлдызды бекiттi, бiзге ұқсас, бiрақ бiзден өте алыс. Оны жұлдыздар және өмiр ғаламшарлардың көбiне бар болатын ғаламшарлардың санның онында шексiз оқытты. Бұл шiркеу оқуларына әрi көбiрек қайшы келдi және оған деген сенiмдi түсiрді.
Инквизицияның шешiмi бойынша олардан бас тарытуға ынта бiлдiрмеген Бруноның өз ғылыми идеяларында қағылез алауда жаққан. Шiркеу осылай логикалық философиялық қорытындылар Коперниктiң теория iстеп шыққан қырағы ойшымен түзелдi.

Галактикалар мен жұлдызды жүйелердің эволюциясы

Галактикалардың құрылымы мен пайда болуы туралы зерттейтін космологиямен ғылымымен қатар космогония (грекше: “гонейа” – туылу деген мағынаны білдіреді) – космостық денелер мен олардың жүйелерінің шығу тегі мен дамуын зерттейді (космогонияның планеталық, жұлдыздық, галактикалық түрлері бар). Галактикалар дегеніміз, тек шар тәрізді ғана емес, спираль, эллипс, т. б. тәрізді ортасында ядролары бар жұлдыздар мен олардың жүйелерінің алып жиынтықтары болып саналады. Галактикалар миллиардтап саналады, сондай – ақ олардың әрқайсысында миллиардтаған жұлдыздар бар.

Болжамдар бойынша галактикалар ең ауыр элементарлық бөлшектер - гиперондардан тұрады, кейін жұлдыздар заттардың фрагменттелуі нәтижесінде түзілген. Бұл заттар галактикалардың ядросында әлі де кездеседі деген жорамалдар да бар. Кеңейетін Ғаламның теориясы астрономияның прогресіне себеп болған, бірнеше қиындықтармен кездесті. Үлкен жарылыстан кейін шексіз тығыздығы бар нүктеден ұшып шыққан зат, өзара тартылыс әсерінен бір – бірін тежеп, олардың жылдамдығы төмендеу керек. Бірақ тоқтау үшін бүкіл Ғаламның массасы да жетпейді. Осыған байланысты ғылымда 1939 жылы Ғаламдағы “қара ойықтар” туралы гипотеза пайда болды. Бұл ойықтар көзге көрінбейді, бірақ олар Ғаламның массасының 9/10 бөлігін құрайды.

Сонымен “қара ойықтар” дегеніміз не? Егер кез келген заттың белгілі бір массасы сол массаға шекті болып табылатын аз деңгейге жетсе, онда бұл зат өзінің тартылыс күші әсерінен тығыздала бастайды. Тығыздалу әсерінен затың массасы көбейіп, сәйкесінше заттың тартылыс күші де жоғарылай бастайды. Бұл тартылыс күшін жеңу үшін заттың жылдамдығы жарықтың жылдамдығынан да жоғары болуы тиіс. Сондықтан да “қара ойық” сыртқа ештеңі де шығармай, ешқандай жарықты шағылыстармайды, яғни көзге де көрінбейді. Сондай ақ “қара ойықтың” ішінде кеңістік өз бағытынан ауытқып, уақыт баяулайды. Осы “қара ойықтар” галактикалардың ядросын құрап, өте қуатты энергия көзі болған және олар жұлдыздарға дейінгі зат, яғни олардан жұлдыздар пайда болған деп жорамалданады.

1963 жылы квазарлар (квазижұлдыздық радиосәуле көзі) - ғаламдағы радиосәулелердің аса қуатты қайнар көзі ашылды. Олардың жарығының күші галактикалардың жарығынан жүздеген есе артық, ал көлемі олардан ондаған есе аз. Квазарлар – жаңадан түзілген галактикалардың ядролары болып табылады, яғни галактикалар әлі түзілу үстінде деген болжамдар бар.

Астрономиялық бақылаулар, галактикалардың ядроларынан үздіксіз сутегі бөлінетіндігін көрсетті. Барлық химиялық элементтердің бастапқысы, яғни сутегінің атомы, басқа химиялық элементтердің ішіндегі ең қарапайымы болып табылады – ол оның ядросындағы бір протоннан және орбитасында айналып жүретін электроннан құралған. Нуклеосинтез теориясына сәйкес, сутегіден жұлдыздардың қойнауында атомдық реакциялар нәтижесінде күрделі атомдар түзіледі. Жұлдыздың массасы неғұрлым көп болса, соғұрлым күрделірек атомдар түзіледі. Біздің күніміз кәдімгі жұлдыздар секілді сутегіден тек гелий ғана шығарады (ол галактикалардың ядроларын түзеді), ал аса ірі жұлдыздар тірі заттың негізгі элементін - көміртегін жасап шығарады.

Жұлдыздардағы нуклеосинтез теориясы физикалық эволюция мен химиялық элементтердің таралуын, олар алғашқы жұлдыздардың сутегі мен гелийдің қоспасынан тұратын заттардан түзілген деген жорамалмен жақсы түсіндіреді. Ядролық реакцияларды ғаламның космологиялық ұлғаю деңгейі мен осыған байланысты оның температурасының төмендеуіне байланысты қарасты...

қазіргі кезде бақыланып отырған әртүрлі химиялық әлементтер мен изотоптардың қатынасын байқауға болады. Нуклеосинтез теориясына сәйкес, Жер бастапқы заттан емес, жұлдыздарда жүріп өткен нуклеосинтез реакцияларының нәтижесінде түзілген заттан пайда болған. Яғни, барлық элементтердің түгелдей (олардың ішінде ауыр металлдардың да – темір, қорғасын және т.б.) ғаламның алғашқы ұлғаю кезеңімен байланыстыру тіпті қажет те емес.

Біздің галактикамызда орналасқан Құс Жолының жас мөлшері жайлы астрономдардың бір бөлігі ол әлі жас және Құс Жолында жұлдыздардың пайда болу үрдістері жүріп жатыр деген пікірді ұстанып отыр. Сондай – ақ Құс жолында айналып жүрген газ бұлттарының болу мүкіндігі жоққа шығарылмайды. Коллапс процесінің нәтижесінде бұлттардан жұлдыздар пайда болады. Осыған сәйкес алуан түрлі жұлдыздық, бұлттық жүйелер де пайда болады.

і жұлдыздардың құрамына анализ жасай отырып галактика эволюциясының кезеңдерін анықтауға болады. Ескі жұлдыздар галактика эволюциясының бастапқы кезеңінің құрамын көрсетеді. Жұлдыздардың металдық қасиеттерінің арақатынасы галактикадағы эволюциялық өзгерістер туралы ғана емес, сондай – ақ ғаламның химиялық эволюциясы жайлы да мәлімет береді.

Жас жұлдыздарда ескі жұлдыздармен салыстырғанда металдық қасиет басым. Оның себебі, жұлдыздық орта өзіне ауыр элементтерді ескі жұлдыздарда нуклеосинтез процесінің нәтижесінде алып отырады, яғни олар дайын күйінде жаңа түзілген жұлдыздардың құрамына кіреді.

Ғалам эволюциясы жұлдыздардың түзілу процестерінің әртүрлілігінің дәлелі. Жұлдыздардың түзілу процестерінің интенсивтілігінің деңгейі әртүрлі болған кезеңдерін бақылауға болады. Бұл процесті жұлдыздар шоғырларының нысандарынан байқай аламыз. Мысалға, орталығы шар тәрізді, линза нысанды жұлдыз шоғыры ұзік - үзік кезеңдерде пайда болған, ал түзілу үрдісі үздіксіз жүргенде эллипс тәрізді галактикалар пайда болған. Галактикада жас және ескі жұлдыздар, оның әртүрлі аймақтарында орналасқан. Сол себепті қозғалу жылдамдықтары мен химиялық қасиеттері бір-бірінен бөлек екі түрлі жүйе қалыптасады.

Барлық аспан денелерін энергия бөлетін жұлдыздар және энергия бөлмейтін планеталар, кометалар, метеориттер мен космостық шаң деп бөлуге болады. Жұлдыздар энергиясы олардың қойнауындағы ондаған млн градусқа жететін температурада жүретін ядролық процестер нәтижесінде түзіледі, осы үрдіс кезінде аса күшті сіңетін қасиеті бар ерекше бөлшектер - нейтринолар бөлінеді.

Галактикалардың жұлдыздық құрамы алуан түрлі. Қазіргі заманғы көзқарасқа сәйкес, жұлдыздар дегеніміз плазма, яғни аса тығыз, ыстық және үнемі будақтап тұратын газдың жиынтықтары. Дауылдар бұл затты кейде шақырымдық қашықтықа шашыратып тастайды. Олардың бір бөлігі қайтадан түсіп, қалғаны кеңістікте таралып кетеді.

Жұлдыздардың пайда болу процесін Күннің пайда болуы моделі арқылы түсіндіруге болады. Күн дегеніміз сары түсті, негізгі қатардағы жұлдыз. Қатардағы деуіміздің себебі, жұлдыздардың түрлері өте көп, мысалға: қызыл алыптар, ақ карликтер, пульсарлар, нейтрондық жұлдыздар, квазарлар, қара ойықтар және т. б. Олардың барлығы да бірдей жолмен пайда бола алады.

Галактикалардың әсер ету аймақтарында үнемі жұлдызаралық зат шоғыраланады. Бұл үрдісті қазіргі заманғы бақылау құралдарымен-ақ көруге болады. Олар протожұлдыздық бұлттар деп аталады. Бұндай бұлттар негізінен сутегі мен азғантай гелийдің қоспасы және де ауыр металдар бөліктерінен құралған.

Глобула пайда бола салғанда сығылудың әсерінен температура көтеріле бастайды. Бұл үрдіс темір, никель және одан да ауыр элементтердің түйіршіктерінің пайда болуымен қатар жүреді. Глобуланың температурасы жоғары болатын қабаттарында кремний, метан, аммиак және жеңіл элементтер түзіледі. Бұл заттар газды дискінің орталығына түсіп, нәтижесінде оның ішінде сақина қалыптастырады. Сақинаның өзі қозғалу барысыныда бөлшектермен соқтығысып, олар бір – бірінен жабысып, содан кейін планеталар түзетін астероидтарды құруы мүмкін.

Жұлдыздарды өзара түсі, жарығы, массасы мен спектрлік сипаттамасы бойынша ажыратады. Спектрі мен жылтырлығы өзгеріп тұратын – өзгермелі жұлдыздар (Тау Кита), стационарлық емес (жас) жұлдыздар, сондай – ақ жасы 10 млн жылдан аспайтын жұлдыздық ассоциациялар болуы мүмкін. Олардан көп мөлшерде жылулық емес сипатта болатын энергия бөлінетін аса жаңа жұлдыздар және тұмандық (газдардың шоғырлануы) түзілуі мүмкін. Бірақ жұлдыздардың құрамы негізінен бірдей болады. Көп жағдайда олар сутегі пен гелийден түзілген.

Сонымен қатар ғаламда аса ірі жұлдыздар - қызыл алыптар мен аса ірі алыптар бар. Сонымен бірге көлемі өте аз, бірақ массасы күннің массасына жақын, радиустары күннің радиусының 1/50000 болатын (10-20 км) нейтрондық жұлдыздар да болады. Олардың нейтрондық жұлдыз деп аталуының себебі олар нейтрондардың ірі шоғырынан құралған.

1967 жылы пульсарлар, яғни – Жерге периодтық түрде келіп жететін радио-оптикалық, рентген және гамма сәулелерінің көзі болып табылатын сәулелердің ғарыштық көзі ашылды. Радиопульсарлардың (тез айналатын нейтрондық жұлдыздар) импульстарының периодтары – 0,03-4 сек, жай жұлдыздан нейтрондық жұлдызға заттың барлығы ағып өтетін қосарланған жұлдыздардың рентген пульсарлары – бірнеше және одан да көп секундты құрайды.

Аспан сырт көзге қарағанда үнемі тыныштықта болатын секілді. Ал шынында аспанда үнемі катастрофалар болып, жаңа, жас жұлдыздар түзіліп жатады, жарылыстар кезінде жұлдыздардың жарығы

Гравитациялық күштер осы бұлттарды сығып, глобула деп аталатын.