Maravillas astronómicas de 2008
Historia de la Astronomía
El origen de la astronomía se remonta a la era incipiente de la cultura humana. En la antigüedad, para indicar direcciones, determinar el tiempo y las estaciones, la gente observaba el sol, la luna y las estrellas, determinaba sus posiciones, descubría las leyes de sus cambios y elaboraba calendarios en consecuencia. Desde este punto de vista, la astronomía es una de las disciplinas de las ciencias naturales más antiguas.
El contenido de la astronomía primitiva era esencialmente la astrometría. Desde que Copérnico propuso la teoría del sistema heliocéntrico a mediados del siglo XVI, el desarrollo de la astronomía ha entrado en una nueva etapa. Anteriormente, las ciencias naturales, incluida la astronomía, estaban severamente limitadas por la teología religiosa. La teoría de Copérnico liberó a la astronomía de las ataduras de la religión, y en el siglo y medio siguiente pasó de la astrometría clásica, que describía principalmente la posición y el movimiento de los cuerpos celestes, a la mecánica celeste, que busca determinar el mecanismo mecánico de dicho movimiento.
En los siglos XVIII y XIX la mecánica celeste clásica alcanzó su apogeo. Al mismo tiempo, debido a la amplia aplicación de la espectroscopia, la fotometría y la fotografía, la astronomía comenzó a evolucionar hacia el estudio en profundidad de la estructura física y los procesos físicos de los cuerpos celestes, y nació la astrofísica.
La física y la tecnología modernas se desarrollaron rápidamente en el siglo XX y encontraron un amplio campo de uso en la investigación de observación astronómica, haciendo de la astrofísica una materia principal en la astronomía y, al mismo tiempo, promoviendo la mecánica celeste clásica y la astrometría. También se han producido nuevos avances, y la comprensión humana del universo y de los diversos cuerpos celestes y fenómenos astronómicos del universo ha alcanzado una profundidad y una amplitud sin precedentes.
La astronomía es esencialmente una ciencia observacional. Todos los descubrimientos y resultados de las investigaciones en astronomía son inseparables de las herramientas de observación astronómica: los telescopios y sus equipos receptores finales. Antes del siglo XVII, aunque se habían fabricado muchos instrumentos de observación astronómica, como la esfera armilar china y la esfera simple, el trabajo de observación sólo podía realizarse a simple vista. En 1608, el holandés Lieberser inventó el telescopio. En 1609, Galileo Galilei construyó el primer telescopio astronómico y realizó muchos descubrimientos importantes. A partir de entonces, la astronomía entró en la era de los telescopios. Desde entonces, se ha seguido mejorando el rendimiento del telescopio para poder observar objetos más débiles y lograr una mayor resolución. En 1932, el estadounidense Jansky utilizó su conjunto de antenas giratorias para observar ondas de radio de cuerpos celestes, siendo pionero en la radioastronomía. El primer radiotelescopio con reflector parabólico nació en 1937. Desde entonces, con la continua expansión y mejora de los radiotelescopios en términos de apertura, longitud de onda de recepción, sensibilidad y otras prestaciones, la tecnología de observación radioastronómica ha hecho importantes contribuciones al desarrollo de la astronomía. En los últimos 50 años del siglo XX, con el desarrollo de los detectores y la tecnología espacial y el trabajo de investigación en profundidad, las observaciones astronómicas se han expandido aún más desde la luz visible y las bandas de radio a varias bandas de ondas electromagnéticas, incluidas las infrarrojas, ultravioletas y de rayos X. y se ha formado la astronomía multibanda y se han proporcionado potentes métodos de observación para explorar la naturaleza física de diversos objetos celestes y fenómenos astronómicos. En cuanto al equipo receptor en la parte trasera del telescopio, a mediados del siglo XIX, las tecnologías de fotografía, espectrometría y fotometría se utilizaban ampliamente en las observaciones astronómicas, que desempeñaban un papel importante en la exploración del movimiento, la estructura, la composición química y el estado físico. de los cuerpos celestes Se puede decir que los cuerpos celestes Fue después de que se aplicaron estas tecnologías que la física se desarrolló gradualmente hasta convertirse en la disciplina principal de la astronomía.
Descripción general de la astronomía
La astronomía se diferencia de la meteorología. Sus objetos de investigación son las propiedades de varios cuerpos celestes fuera de la atmósfera terrestre y los diversos fenómenos que ocurren en los cuerpos celestes: los fenómenos celestes. La investigación sobre la meteorología tiene como objetivo diversos fenómenos que ocurren dentro de la atmósfera terrestre: la meteorología.
Los objetos estudiados en astronomía involucran diversos objetos del universo, que van desde la luna, el sol, los planetas, las estrellas, la Vía Láctea, galaxias extragalácticas e incluso el universo entero, hasta tan pequeños como asteroides, meteoroides. e incluso distribuidas en el vasto espacio del universo de partículas de polvo grandes y pequeñas. Los astrónomos se refieren a todos estos objetos colectivamente como cuerpos celestes. La Tierra también es un cuerpo celeste, pero la astronomía sólo estudia las propiedades generales de la Tierra y generalmente no analiza sus detalles. Además, las propiedades de movimiento de los aviones fabricados por el hombre, como satélites, naves espaciales y estaciones espaciales, también entran dentro del ámbito de la astronomía y pueden denominarse cuerpos celestes creados por el hombre.
Los cuerpos celestes del universo se pueden dividir en varios niveles, de cercano a lejano: (1) Cuerpos celestes del sistema solar: incluido el sol, los planetas (incluida la Tierra), los satélites de los planetas (incluido el luna), asteroides, cometas, meteoroides y medios interplanetarios, etc. (2) Varias estrellas y grupos de estrellas en la Vía Láctea: incluidas estrellas variables, estrellas binarias, cúmulos de estrellas, cúmulos de estrellas, nebulosas y medios interestelares. (3) Las galaxias extragalácticas, denominadas galaxias, se refieren a enormes sistemas estelares similares a nuestra Vía Láctea ubicados fuera de nuestra Vía Láctea, así como a grupos de cuerpos celestes más grandes compuestos de galaxias, como galaxias dobles, galaxias múltiples, cúmulos de galaxias, super cúmulos de galaxias, etc. Además, existe el medio intergaláctico distribuido entre galaxias.
La astronomía también explora generalmente el origen, la estructura, la evolución y el resultado futuro de todo el universo que observamos actualmente. Este es el contenido de investigación de la cosmología, una rama de la astronomía. La astronomía también se puede dividir en tres ramas: astrometría, mecánica celeste y astrofísica según el contenido de la investigación.
La astronomía siempre ha sido precursora de la filosofía, y siempre ha estado en primera línea de los debates. Como disciplina de investigación básica, la astronomía está estrechamente relacionada con la sociedad humana en muchos aspectos. Las estrictas leyes del tiempo, la alternancia del día y la noche y los cambios de las estaciones deben determinarse mediante métodos astronómicos.
La humanidad ha entrado en la era espacial y la astronomía desempeña un papel insustituible en el éxito de diversos tipos de exploración espacial. La astronomía también contribuye a la prevención y reducción de desastres para los seres humanos y la Tierra. Los astrónomos también prestarán mucha atención a los acontecimientos astronómicos catastróficos, como la posible colisión de cometas con la Tierra, y tomarán las precauciones oportunas y las correspondientes contramedidas.
Vuelo espacial cósmico
El universo es el término general para designar el vasto espacio y los diversos cuerpos celestes y la materia difusa que en él existen. El universo es un mundo material que está en constante movimiento y desarrollo. Durante miles de años, los científicos han estado explorando cuándo y cómo se formó el universo. Hasta hoy, los científicos están convencidos de que el universo se formó a partir de un Big Bang que ocurrió hace unos 15 mil millones de años. Antes de la explosión, toda la materia y la energía del universo se reunieron y se condensaron en un pequeño volumen, con una temperatura y una densidad extremadamente altas. Después de eso, se produjo el Big Bang. El Big Bang provocó que la materia se dispersara en todas direcciones. El universo continuó expandiéndose y su temperatura disminuyó en consecuencia. Todas las galaxias, estrellas, planetas e incluso la vida que apareció posteriormente en el universo se formaron gradualmente en este proceso de expansión y enfriamiento continuo. Sin embargo, ¿la teoría de la creación del universo a partir del Big Bang aún no puede explicar exactamente qué existía antes de que "toda la materia y la energía se reunieran en un solo punto"? La "teoría del Big Bang" fue creada por Gamow en 1946.
Teoría del Big Bang
(cosmología del big bang) es la teoría más influyente en el universo moderno, también conocida como cosmología del Big Bang. En comparación con otros modelos cosmológicos, puede explicar más hechos observacionales. Su idea principal es que nuestro universo alguna vez tuvo una historia de evolución de calor a frío. Durante este período, el sistema cósmico no era estático, sino que se expandía constantemente, provocando que la densidad de la materia evolucionara de densa a delgada. Este proceso de calor a frío, de denso a fino es como una gran explosión. Según la perspectiva de la cosmología del Big Bang, todo el proceso del Big Bang es el siguiente: En los primeros días del universo, la temperatura era extremadamente alta, por encima de los 10 mil millones de grados. La densidad de la materia también es bastante grande y todo el sistema cósmico alcanza el equilibrio. En el universo sólo existen sustancias en forma de algunas partículas básicas como neutrones, protones, electrones, fotones y neutrinos. Pero como todo el sistema está en constante expansión, la temperatura desciende rápidamente. Cuando la temperatura desciende a aproximadamente mil millones de grados, los neutrones comienzan a perder las condiciones para la existencia libre. Durante este período, se descomponen o se combinan con los protones para formar hidrógeno pesado, helio y otros elementos químicos; Después de que la temperatura desciende aún más a 1 millón de grados, finaliza el proceso inicial de formación de elementos químicos (consulte la teoría de la síntesis de elementos). La materia del universo está formada principalmente por protones, electrones, fotones y algunos núcleos atómicos más ligeros. Cuando la temperatura desciende a unos pocos miles de grados, la radiación disminuye y el universo es principalmente materia gaseosa. El gas se condensa gradualmente en nubes de gas y luego forma varios sistemas estelares, convirtiéndose en el universo que vemos hoy. El modelo del Big Bang puede explicar uniformemente los siguientes hechos observacionales:
(1) La teoría del Big Bang sostiene que todas las estrellas se crean después de que la temperatura baja, por lo que la edad de cualquier cuerpo celeste debería ser mayor que la edad desde que la temperatura bajó hasta el período actual es corto, es decir, debería ser menos de 20 mil millones de años. Las mediciones de las edades de varios cuerpos celestes lo demuestran.
(2) Se ha observado un desplazamiento sistemático hacia el rojo de las líneas espectrales de objetos extragalácticos, y el desplazamiento hacia el rojo es aproximadamente proporcional a la distancia. Si se explica por el efecto Doppler, entonces el corrimiento al rojo es un reflejo de la expansión del universo.
(3) En varios cuerpos celestes, la abundancia de helio es bastante grande, y la mayoría de ellos es del 30%. El mecanismo de las reacciones nucleares estelares no basta para explicar por qué hay tanto helio. Según la teoría del Big Bang, la temperatura inicial era muy alta y la eficiencia de producción de helio también era muy alta, lo que puede explicar este hecho.
(4) A partir de la tasa de expansión del universo y la abundancia de helio, se puede calcular específicamente la temperatura del universo en cada período histórico. Gamow, uno de los fundadores de la teoría del Big Bang, predijo una vez que el universo actual es muy frío, con una temperatura absoluta de sólo unos pocos grados. En 1965, se detectó radiación de fondo de microondas con un espectro de radiación térmica en la banda de microondas, con una temperatura de aproximadamente 3K.
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El ser humano hace mucho tiempo que quiere darse un chapuzón en el espacio. En 1903, los humanos abrieron el primer parque lunar de la Tierra. Por 50 céntimos se puede subir a un coche con alas en forma de cigarro, que luego se sacude violentamente, y finalmente subirse a una maqueta de luna.
Ese mismo año, los hermanos Wright resonaron en el aire durante 59 segundos, y al mismo tiempo un ruso autodidacta llamado Konstantin Djoukovsky publicó un artículo titulado "Exploración espacial utilizando instrumentos de reacción". En el artículo calculó que para que un misil supere la gravedad de la Tierra, debe volar a una velocidad de 18.000 millas por hora. También propuso construir un cohete multietapa de propulsión líquida.
En la década de 1950, existía la idea básica generalmente aceptada de que cualquier país que fuera el primero en establecer con éxito una estación espacial permanente sería capaz de controlar toda la Tierra, tarde o temprano.
Von Braun describió a los estadounidenses misiles intercontinentales, misiles submarinos, espejos espaciales y posibles viajes a la luna. Una vez imaginó la construcción de una estación espacial que contaría con tripulación regular y sería capaz de lanzar misiles nucleares. Dijo: "Si se tiene en cuenta que la estación espacial vuela sobre todas las zonas habitadas de la Tierra, entonces se puede comprender que esta tecnología de guerra nuclear dará a los fabricantes de satélites una ventaja absoluta en la guerra.
En 1961, Gagarin se convirtió en la primera persona en entrar al espacio. Los rusos lo utilizaron para ilustrar que no eran ángeles ni Dios volando en el cielo. El lema de la campaña de John F. Kennedy en Estados Unidos fue "Nueva Frontera". Vivimos en una era de descubrimientos. El espacio es nuestra nueva e inconmensurable frontera. "Para Kennedy, la primera entrada de la Unión Soviética al espacio fue "el fracaso más desastroso que Estados Unidos haya experimentado en muchos años". La única salida es utilizar la ofensiva como defensa. En 1958, Estados Unidos creó la Aeronáutica Nacional y La Administración Espacial y el mismo año lanzaron la primera nave espacial, el Explorer. En 1962, John Glenn se convirtió en el primer estadounidense en entrar en la órbita terrestre.
Muchos científicos ya se mostraban escépticos ante los peligrosos vuelos espaciales tripulados. Lo preferían utilizar aviones para explorar el sistema solar.
Los estadounidenses lograron un gran avance en aquel momento: tres astronautas volaron alrededor de la Luna en la nave espacial "Apolo". En este contexto, el plan se hizo realidad en enero. 1969. El primer acoplamiento de dos naves espaciales tripuladas tiene una importancia especial.
En la década de 1980, la estación orbital "Mir" de tercera generación de la Unión Soviética alcanzó su punto máximo, lo que hizo que los estadounidenses se sintieran incómodos. Eyed. "Mir" es conocido como el "cielo hecho por el hombre". Fue lanzado al espacio el 20 de febrero de 1986. Es la única estación orbital espacial tripulada que puede operar en el espacio cercano a la Tierra durante mucho tiempo. está conectado a la cabina "Quantum 1", "Quantum 2", "Crystal", "Spectrum", "Natural" y otras cabinas forman un enorme complejo orbital espacial que pesa 140 toneladas y tiene un volumen de trabajo de 400 metros cúbicos. metros En esta "pequeña fábrica espacial" "hay 106 astronautas rusos y extranjeros que han inspeccionado sucesivamente, y han llevado a cabo hasta 22.000 proyectos de investigación científica y 600 proyectos clave.
Se llevó a cabo el experimento más fascinante. en el "Mir" está la extensión El tiempo que las personas permanecen en el espacio Ampliar el tiempo que las personas permanecen en el espacio es el paso más crítico para que los humanos salgan de su cuna, la Tierra, y avancen hacia cuerpos celestes como Marte. Para solucionar este problema es necesario superar la ingravidez, la radiación cósmica y los efectos de las personas en el espacio, etc. Los astronautas rusos han logrado avances significativos en este sentido, el astronauta Polyakov estableció el récord de 438 días consecutivos. un solo vuelo en el "Mir", que no puede dejar de ser considerado como la historia de los vuelos espaciales en el siglo XX. Un logro importante En el "Mir" se han realizado numerosos experimentos en ciencias biológicas, como el cultivo de codornices, salamandras y el cultivo de trigo. estación orbital.
Si la estación espacial Mir se considera la estación espacial de tercera generación de la humanidad, la estación espacial internacional pertenece a la cuarta generación de estaciones espaciales. El proyecto de la Estación Espacial Internacional costó más de 60 mil millones. Dólares estadounidenses y es el proyecto espacial tripulado más grande de la humanidad hasta la fecha. No solo fue producto de la competencia entre los Estados Unidos y la Unión Soviética en ese momento, sino también de la implementación actual de los resultados de la cooperación entre los Estados Unidos. y Rusia reflejan un proceso histórico.
La implementación del plan de la Estación Espacial Internacional se lleva a cabo en tres etapas. La primera etapa es la etapa de preparación que comenzó en 1994. Esta ahora se completa durante este período. Estados Unidos y Rusia llevaron a cabo principalmente una serie de actividades espaciales tripuladas conjuntas. El transbordador espacial estadounidense se acopló ocho veces a la estación orbital rusa Mir y volaron juntos, entrenando a los astronautas estadounidenses en su capacidad para vivir y trabajar en la estación espacial; comenzó en noviembre de 1998: Rusia utilizó el cohete "Proton-K" para poner en órbita el módulo principal de la estación espacial, el módulo de carga funcional. También es responsable de algunas tareas experimentales militares, por lo que el módulo sólo puede ser utilizado por astronautas estadounidenses. La finalización del lanzamiento y el acoplamiento del módulo experimental marcarán el final de la segunda fase. En ese momento, la estación espacial ha comenzado a tomar forma y podrá albergar a tres astronautas para una residencia de larga duración que se conectará; Se enviaron al espacio el módulo habitacional estadounidense, la Agencia Espacial Europea y cápsulas experimentales de fabricación japonesa y sistemas de servicios móviles canadienses. Cuando estas cabinas se acoplen a la estación espacial, marcará la finalización final del montaje de la Estación Espacial Internacional. En este momento, el número de astronautas en la estación puede aumentar a 7.
Estados Unidos, Rusia y otros 15 países han unido fuerzas para construir la Estación Espacial Internacional, que presagia la llegada de una era en la que todos los países explorarán y desarrollarán pacíficamente el espacio de forma conjunta. Sin embargo, los resultados de décadas de actividades espaciales tripuladas están lejos de satisfacer su sed de espacio. "El camino es largo y buscaré arriba y abajo". Los seres humanos siempre han tenido el deseo de conquistar el espacio y la determinación de utilizar pacíficamente los recursos espaciales. En noviembre de 1998, Glenn, de 77 años, el primer astronauta estadounidense en entrar en la órbita terrestre, se embarcó una vez más en un viaje espacial con su ambición inquebrantable. Esto parecía decirle a la humanidad: si esto continúa, la conquista del espacio no será posible. Sueño.
Los orígenes de la astronomía se remontan a la era incipiente de la cultura humana. En la antigüedad, para indicar direcciones, determinar el tiempo y las estaciones, la gente observaba el sol, la luna y las estrellas, determinaba sus posiciones, descubría las leyes de sus cambios y elaboraba calendarios en consecuencia. Desde este punto de vista, la astronomía es una de las disciplinas de las ciencias naturales más antiguas.
El contenido de la astronomía primitiva era esencialmente la astrometría.
Desde que Copérnico propuso la teoría del sistema heliocéntrico en el siglo XVI, el desarrollo de la astronomía ha entrado en una nueva etapa. Anteriormente, las ciencias naturales, incluida la astronomía, estaban severamente limitadas por la teología religiosa. La teoría de Copérnico liberó a la astronomía de las ataduras de la religión, y en el siglo y medio siguiente pasó de la astrometría clásica, que describía principalmente la posición y el movimiento de los cuerpos celestes, a la mecánica celeste, que busca determinar el mecanismo mecánico de dicho movimiento.
Copérnico (1473-1543), astrónomo polaco y fundador de la teoría heliocéntrica.
El astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) construyó el primer telescopio astronómico.
Galileo con sus ayudantes.
El famoso astrónomo alemán Kepler (1571-1630).
Newton (1642-1727), el famoso físico que inventó el telescopio reflector.
El astrónomo británico Halley (1656-1742).
El astrónomo francés Messier (1730-1817).
El descubridor de Urano, el astrónomo británico William Herschel (1738-1822).
El astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953).
El famoso físico Einstein (1879-1955).
Jansky, fundador de la radioastronomía e ingeniero estadounidense dedicado al trabajo de la radio.
Astrónomo Subramanyan Chandrasekhar (1910-1995).
Telescopio astronómico
Telescopio refractor
En 1608, el comerciante de gafas holandés Lee Bolser descubrió accidentalmente que los objetos distantes se podían ver claramente con dos lentes. construyó el primer telescopio de la historia de la humanidad.
En 1609, Galileo construyó un telescopio con una apertura de 4,2 centímetros y una longitud de aproximadamente 1,2 metros. Usó una lente plano-convexa como lente objetivo y una lente cóncava como ocular. Este sistema óptico se llamó telescopio galileano. Galileo utilizó este telescopio para apuntar al cielo e hizo una serie de descubrimientos importantes, y la astronomía entró en la era de los telescopios.
En 1611, el astrónomo alemán Kepler utilizó dos lentes biconvexas como lente objetivo y ocular respectivamente, lo que mejoró significativamente el aumento. A partir de entonces este sistema óptico se denominó telescopio kepleriano. Hoy en día, la gente todavía utiliza estos dos tipos de telescopios refractores y los telescopios astronómicos utilizan el tipo kepleriano.
Cabe señalar que debido a que los telescopios de esa época utilizaban una sola lente como lente objetivo, existía una aberración cromática grave. Para obtener buenos efectos de observación, se utilizaba una lente con una curvatura muy pequeña. necesario, lo que conduciría inevitablemente al alargamiento del cuerpo de la lente. Por eso, durante mucho tiempo los astrónomos han soñado con fabricar telescopios más largos, y muchos intentos han fracasado.
En 1757, Dulong estableció las bases teóricas de las lentes acromáticas estudiando la refracción y dispersión del vidrio y el agua, y fabricó lentes acromáticas con vidrio corona y vidrio de sílex. Desde entonces, los telescopios refractores acromáticos han sustituido por completo a los telescopios de cuerpo largo. Sin embargo, debido a limitaciones técnicas, era difícil fabricar vidrios de pedernal más grandes. En los primeros tiempos de los telescopios acromáticos, las lentes de hasta 10 cm sólo podían rectificarse.
A finales del siglo XIX, con la mejora de la tecnología de fabricación, fue posible fabricar telescopios refractores de mayor diámetro, y luego se produjo un clímax en la fabricación de telescopios refractores de gran diámetro. Siete de los ocho telescopios refractores de más de 70 cm existentes en el mundo se construyeron entre 1885 y 1897. Los más representativos de ellos son el Telescopio Yerkes de 102 cm de diámetro construido en 1897 y el telescopio LIKE de 1886.
Las ventajas de los telescopios refractores son su larga distancia focal, su gran escala de película y su insensibilidad a la flexión del tubo. Son más adecuados para mediciones astronómicas. Pero siempre tiene una aberración cromática residual y, al mismo tiempo, absorbe con mucha fuerza la radiación en las bandas ultravioleta e infrarroja. También fue muy difícil fundir vidrio óptico enorme. Cuando se completó el telescopio Yekaishi en 1897, el desarrollo de los telescopios refractores alcanzó su punto máximo. En los siguientes cien años, no apareció ningún telescopio refractor más grande.
Esto se debe principalmente a que es técnicamente imposible fundir un gran trozo de vidrio perfecto para hacer una lente y, debido a la gravedad, la deformación de una lente de gran tamaño será muy evidente, perdiendo así el enfoque nítido.