Евгений Гусев - Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах

В учебном пособии представлено 426 задач по истории астрономии. Задачам предшествует краткое историческое введение. Издание призвано помочь в преподавании астрономии в высших учебных заведениях и в школах. Оно содержит оригинальные задачи, связанные с развитием астрономии как науки. Многие задачи носят астрофизический характер, поэтому пособие может быть также использовано на занятиях по физике.

История развития любой науки интересна и поучительна: она показывает эволюцию человеческой мысли, её последовательное проникновение в тайны природы и человеческого бытия. В этом отношении особый интерес представляет астрономия — древнейшая естественная наука. Познание структуры и законов Вселенной происходило фантастическими темпами. От совершенно примитивных попыток объяснения небесных явлений до современного уровня понимания мироустройства прошло всего лишь несколько тысячелетий. За этот период наши представления о Вселенной изменились гораздо сильнее, чем, к примеру, представления о строении материи. Наиболее интенсивно астрономия развивалась в XIX и XX веках. Но даже ещё 100 лет назад люди не догадывались об истинных источниках энергии звёзд, не осознавали огромную роль электромагнитных явлений в космосе, не были уверены в существовании других галактик и не подозревали о глобальном расширении нашего мира.

Невиданные изменения претерпели за последние столетия инструменты и методы астрономии. Однако отнюдь не при помощи гигантских телескопов были получены основные сведения о строении Солнечной системы, о законах, управляющих движением планет и их спутников, астероидов и комет. Главным инструментом любого учёного был и остаётся интеллект. Человеческий ум, используя результаты наблюдений, иногда очень оригинальных, часто ошибаясь, неуклонно продвигается по пути истины.

Знакомство с историей познания Вселенной даёт удивительную возможность приобщиться к процессу научного исследования, оценить потрясающую мощь человеческого интеллекта и его способность создавать методы исследований, разрабатывать технологии, позволяющие изучать загадочные небесные явления и недоступные объекты.

Для изучения истории астрономии имеются фундаментальные курсы А. И. Еремеевой и Ф. А. Цицина (1989), А. Паннекука (1966), А. Берри (1946), А. Кларк (1913), О. Струве и В. Зебергс (1968), книги

Б. Ван — дер — Вардена (1991), А. А. Гурштейна (1991), Ю. Г. Переля (1951), И. А. Климишина (1987), многочисленные статьи и сборники «Историко — астрономические исследования» (М.: Наука), «История астрономии в России и СССР» под ред. ак. В. В. Соболева. Вопросы истории астрономии затрагиваются в курсах астрономии вузов и средней школы. Для усвоения любого учебного курса полезно закреплять теорию практическими упражнениями и решением задач, однако авторам неизвестны задачники по истории астрономии. Таким образом, данная книга представляет собой первую попытку в этом направлении.

Представленные задачи, если следовать терминологии, принятой в преподавании астрономии и физики, в большинстве своём являются качественными задачами. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с количественными задачами, поскольку обычно не требуют математических выкладок и позволяют сосредоточиться на сути изучаемого явления. Их роль существенна для закрепления и углубления знаний. Для повышения эффективности обучения условия задач содержат сопоставления и противопоставления; некоторые задачи могут быть отнесены к парадоксальным, занимательным, экспериментальным или провокационным. Отдельные задачи носят познавательный характер. Наличие подробных ответов повышает информационную ценность задач. Большинство задач посвящено двум фундаментальным эпохам в развитии астрономии — периодам становления гелиоцентрической системы мира и формирования астрофизической картины мира. Задачи последнего раздела сборника основаны на цитатах из трудов и высказываний учёных разных эпох; в определённой степени они дополняют материал предшествующих разделов. Использование подобных задач может сделать более познавательными и интересными учебные занятия и внеаудиторные мероприятия по астрономии.

Для решения задач необходимо хорошее знание учащимися не только астрономии, но и физики. Не все задачи легки. Часто для успешного решения необходима эрудиция, применение неординарных подходов, знакомство с научно — популярными книгами, статьями, дополнительными учебными пособиями. В сборнике нет разделения на задачи для учащихся вузов и задачи для школьников. В астрономии, как и в других науках (но в астрономии — особенно!), уровень знаний и интереса к предмету не имеет резкой образовательной или возрастной зависимости.

Данный труд является продолжением работы авторов по созданию сборников задач по астрономии и астрофизике. Мы благодарим сотрудников Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (МГУ) А. И. Еремееву и Ф. А. Цицина за внимательное прочтение рукописи и дискуссию. Мы также признательны сотрудникам издательства МЦНМО Р. О. Алексееву и М. Ю. Панову за большой труд по подготовке книги.

Авторы.

Сентябрь 2003 года.

Берег Вселенной — это наша планета Земля, родина человечества. Мы пристально всматриваемся в космическую бездну. Что там? Обитель богов? Или пространство, заполненное звёздами и планетами, на которых живут разумные существа?

Есть мнение, что наш предок стал человеком не в тот момент, когда он взял в руки палку и замахнулся на дикое животное или иноплеменника, а лишь когда он впервые поднял голову к небу. Человек не может не размышлять. Наряду с привычными заботами о выживании, о еде, о семье у него часто возникает вопрос о своём месте в обществе и мире. Человек разумный во все времена хотел понять и систематизировать картину окружающего мира.

Науки зарождались в связи с практическими потребностями человека. Астрономия — наука о космических телах и всей Вселенной, — возникла прежде всего из необходимости ориентироваться на поверхности Земли. В этом древнему человеку помогли небесные светила: в начале люди определяли по ним направления сторон света, а в более поздние времена научились находить географические координаты на земле и на море. Кстати, эта задача не потеряла своего практического значения и для современного человека: если вам кажется, что теперь мы решаем её при помощи технических средств, то не заблуждайтесь — в основе их работы по сей день лежат небесные светила. Задача определения времени также была решена путём наблюдения небесных тел. Но что бы человек ни делал, помимо конкретных практических целей, в основном определяемых социальной жизнью, он преследует и весьма отвлечённые; человек обладает удивительным свойством — любознательностью. Мы рассматриваем окружающие тела и пытаемся понять их внутреннее строение, их предназначение, их связь с другими телами и с нами самими.