Введение в астрономию

---

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

2. Вселенная и человек

2.1. Картины мира как цель естествознания

На протяжении всей истории человечества возникновение и развитие науки, в том числе и естествознания, как и любого другого вида человеческой деятельности, всегда было неразрывно связано с потребностями человеческого общества. Стимулом для появления астрономии были потребности человека ориентироваться в пространстве (ориентирование на местности, определение широты и долготы) и во времени (счет времени, календарь). Второй основной причиной изучения космоса является извечная любознательность человека. Оказалось, что кроме удовлетворения насущных потребностей, человек хочет выяснить свое место в Мире. Чтобы освоить Мир, он должен знать, его устройство и принципы действия. Целью любой науки, как интеллектуальной формы деятельности человека, является формирование картины мира.

Картина мира является эволюционным понятием. По мере познания природы картины мира менялись. Количественные изменения в знаниях приводили к скачкам в отношении целостностного представления о мире. На формирование картин мира накладывали отпечаток две основные черты, связанные с социальным характером процесса познания:

• безграничная экстраполяция известного на неизвестное (плоскостность участка поверхности Земли на представление обо всей Земле; физические условия на Земле на представление об условиях на других планетах, Луне, Солнце...);
• антропоцентризм (топоцентризм, геоцентризм, гелиоцентризм, галактикоцентризм и т.д.).

Картина мира не может быть абсолютно достоверна, как не может быть абсолютного знания, но в каждой картине мира есть достоверное ядро, которое уже не меняется при переходе на другую картину мира. Картина мира, существующая на данном историческом этапе развития человечества, является единой, но в каждой науке рассматриваются различные аспекты общей картины мира. Поэтому, можно говорить об астрономической картине мира - картине мегамира, сформированной преимущественно методами астрономии и физики, о физической картине мира, биологической картине мира и т.д.

На протяжении человеческой цивилизации неоднократно менялись картины мегамира.

1. Первой картиной Вселенной было представление о плоской Земле, накрытой хрустальным куполом неба. Это представление, отраженное в мифологии многих народов мира, основывалось на зрительных восприятиях древнего человека. Такая картина мира была развита в основных религиях представлениями о многослойной Вселенной: три основных этажа: небо, земля, преисподняя, состоящая в свою очередь из нескольких функциональных оболочек. Мифологические картины мира, являлись ложными, тем не менее, они были первыми попытками понять устройство мега мира и положение человека в нем. Благодаря им, человек оказался подготовленным к более глубокому познанию мегамира.

2. Первой научной картиной мира была геоцентрическая модель мира Птолемея. В ней утверждалась пространственность Вселенной, дискретность космических тел и их движение, был создан математический аппарат, позволяющий вычислять положение космических тел на небе. Хотя эта картина мира в целом была неверна, но ее обстоятельность, отсутствие новых идей позволили просуществовать ей около полутора тысяч лет.

3. Революционный переворот в познании мира был совершен ученым Н. Коперником в XV веке, создавшим гелиоцентрическую картину мира. В нее утверждалась подвижность Земли, находящейся не в центре мира, а занимающей рядовое положение в Солнечной системе. В его теории устройство Солнечной системы оказывалось принципиально более простым, и объяснялись многие наблюдаемые небесные эффекты. Однако переворот в человеческом сознании оказался настолько большим, что потребовалось около двухсот лет, что бы эта теория утвердилась. Картина мегамира Коперника имела и принципиальные недостатки. Космос Коперника был ограничен пространственно, так как в нем рассматривалось устройство только внутренней части Солнечной системы (по орбиту Сатурна). В ней сохранилось представление о сфере неподвижных звезд и атавизмы теории Птолемея: круговые движения небесных тел и эпициклы, хотя количество последних стало существенно меньше.

4. Гелиоцентрическую систему мира сменила картина однородной и бесконечной Вселенной Ньютона, заполненной звездами - солнцами. Закон всемирного тяготения и законы динамики объясняли наблюдаемое движение небесных тел. Законы Ньютона не только обосновали геометрию и кинематику Солнечной системы, но и позволили в последствии объяснить устройства звездных систем и движение звезд в них. Система мира Ньютона впоследствии дополнилась представлениями У. Гершеля о структурной Вселенной.

5. В иерархической гравитационной картине мира выявились принципиальные недостатки, получившие название парадоксов: гравитационного, фотометрического, термодинамического. Эта картина мира была заменена новой более сложной моделью расширяющегося мегамира Эйнштейна - Фридмана, в которой также существуют иерархические структуры. В последние десятилетия XX века эта картина мира была уточнена. По современным представлениям (см. предыдущий раздел) Вселенная (точнее Метагалактика) имеет филаментарно (волокнисто) - ячеистую структуру.

6. Новая формирующаяся космофизическая картина мира основывается на новейших открытиях и достижениях физики элементарных частиц, астрономических открытиях, сделанных с помощью больших телескопов и космических аппаратов. Ее принципиальным положением является представление о "раздувающейся Вселенной", о множестве угасающих и возникающих вселенных, характеризующихся разными физическими свойствами.

Картины мира являются своего рода индикаторами развития человеческого общества. Их появление связано обычно с переломом в развитии общества, их уровень отражает уровень развития общества.

2.2. Роль человека во Вселенной

2.2.1. Влияние космоса на человека

Естествознание включает в себя не только науки о неживой природе: астрономию, геологию, химию, но и науки о живых организмах: биологию, ботанику, антропологию и др. Во Вселенной каким-то образом, пока еще не известным науке, возникли живые структуры, могущие воспроизводить себе подобных. Живой мир возник из неживого и находится с ним во взаимодействии. Живое является частью природы, элементом системы мира. Утверждение о том, что мир есть система, предусматривает взаимодействие элементов системы между собой. Велика роль высокоорганизованной живой материи. Мощь человеческого разума оказалась настолько велика, что человек за весьма короткий исторический интервал времени (верхний предел - десятки тысяч лет, нижний предел несколько тысяч лет) смог не только понять устройство мира, но и проникнуть в тайны материи. Возможность понимания физических свойств областей Вселенной, находящихся в далеких и даже противоположных частях Метагалактики, свидетельствует о единстве природы и единстве живой и неживой материи.

Человек неразрывно связан с космосом и своим происхождением обязан космосу. Химический состав вещества, из которых состоит организм человека и других биологических структур, резко отличается от химического состава дозвездного вещества и звезд первого поколения. Человеческое тело на 65% состоит из кислорода, на 18% из углерода, также в нем имеется азот, магний, фосфор и другие элементы. Всего в живых организмах установлено наличие 70 химических элементов. Все химические элементы, более тяжелые, чем водород и гелий, включая железо, синтезировались в термоядерных реакциях в недрах звезд. Химические элементы, более тяжелые, чем железо, образовались во время взрывов Сверхновых звезд, то есть во время коллапса массивной звезды.

Из рассеянного звездного вещества, насыщенного тяжелыми элементами, сформировались звезды второго поколения, к которым относится и Солнце, а также планеты. Уже из этого вещества возникли и земные живые организмы. Не будет преувеличением утверждать, что человек, как и другие биологические структуры на Земле, - это дети звезд; не было бы эволюции звезд и, вероятно, не было бы человека.

Жизнь на Земле существует около трех миллиардов лет, а вот человек как биологический вид насчитывает не более двух миллионов лет. Одной из причин появления человека, как биологического вида, могли быть мутации, вызванными изменениями в окружающей среде.  Таким фактором могла оказаться вспышка Сверхновой в окрестностях Солнца. Поток корпускулярного и электромагнитного излучения мог привести к изменениям мозга предшественника человека и обезьяны, в результате чего появился человек разумный.

Не только возникновение, но и эволюция живого на Земле, сильно зависит от космических факторов. Известны глобальные проявления на поверхности Земли, которые к гибели отдельных видов живых организмов. Например, гибель гигантских ящеров 65 миллионов лет назад объясняется столкновением Земли с малым телом типа кометы или астероида, в результате чего произошло запыление атмосферы и понижение температуры. Периодические оледенения Земли также носят глобальный характер и все больше ученых склоняются к мысли об их космической природе (в частности, прохождением Солнечной системы через облака космической пыли).

Солнечная система в целом находится в благоприятном месте Галактики. Она расположена на окраине звездной системы, на расстоянии 10 килопарсек от нестационарного ядра. Солнце находится вне областей звездообразования и период обращения Солнца вокруг ядра Галактики равен периоду обращения звезд спиральных рукавов этой части Галактики. Таким образом, по крайней мере, в течение нескольких оборотов Солнца стабильность окружающего Солнечную систему космического пространства сохраняется.

Роль самого Солнца велика в функционировании живого на Земле. Солнце оказывается достаточно стабильным объектом, по крайней мере, в течение нескольких миллиардов лет Солнце сохранило свою светимость и постоянство характера излучения. Но это не означает, что на Солнце не протекают активные процессы, под которыми понимают быстрые явления, сопровождаемые увеличением корпускулярного и электромагнитного излучений. Прежде всего - это солнечные вспышки, когда на Солнце, в области между двумя участками с сильными локальными магнитными полями разной полярности происходит резкое увеличение температуры, при этом происходят выбросы корпускул. Электромагнитное и корпускулярное излучения, достигнувшие поверхности Земли, приводят к нарушению радиосвязи, плохому самочувствию, особенно людей, страдающих заболеваниями сердечно-сосудистой системы, увеличению числа инфарктов, повышению числа автомобильных катастроф. Особенно опасны вспышки на Солнце для космонавтов на орбите, которых не защищает земная магнитосфера. Обнаруженные в последние годы озоновые дыры пропускают жесткое ультрафиолетовое излучение, которое тоже является опасным для людей.

Еще один глобальный фактор, непосредственно связанный с жизнью на Земле это наличие углекислоты в земной атмосфере, что приводит к парниковому эффекту. Без углекислого газа и водяного пара в атмосфере общая температура поверхности Земли была бы существенно ниже. Увеличение концентрации CO₂, вызванное техногенными причинами, ведет к всеобщему потеплению на Земле, таянию ледников и полярных льдов, повышению уровня Мирового океана. Это негативно повлияет не только на жизнь прибрежных государств, но и климат планеты в целом.

В последние годы внимание научной общественности привлечено к проблеме кометной и астероидной опасности. Как известно, в Солнечной системе находится громадное количество комет. Столкновения комет с планетами возможны. Так летом 1994 года с Юпитером столкнулась много компонентная комета Шумейкеров - Леви - 9. В 1910 году Земля прошла через хвост кометы Галлея, но в тот раз, без всяких последствий для себя. Исследование при помощи космических аппаратов показали, что Земля непрерывно бомбардируется небольшими ледяными кометами. Грандиозным явлением было столкновение в 1908 году Земли с Тунгусским космическим телом. Не исключены столкновения с Землей тел, которые повлекут за собой катастрофические изменения в биосфере. Очевидно, что слежение за подобными объектами позволит заранее принять меры против  столкновения с ними.

Космос является гигантской физической лабораторией, в которой естественным путем создаются физические условия, невозможные на Земле, - экстремальные значения температур, плотностей, светимостей и т.д. Природа космических тел и космического пространства является предметом исследования не только астрономов, но и физиков.

Космос является и важной областью человеческой культуры. Наблюдение звездного неба способствовало появлению и развитию наук; все мировые религии в своих мифологиях базируются на представлениях об устройстве мегамира.

2.2.2. Антропогенное воздействие на космос

В современную эпоху взаимодействие космоса и человека не ограничивается односторонним воздействием. Человек сам стал мощной силой, действующей на космическое пространство.

Рассмотрим электромагнитное излучение Земли. Она излучает в трех спектральных диапазонах: в видимой области - это отраженное излучение Солнца, в инфракрасной области с  l_max 10 мкм - это тепловое излучение и в радиодиапазоне, где излучение обеспечивается работой многочисленных радио - и теле вещательных станций. В Солнечной системе Земля стоит на третьем месте по мощности радиоизлучения после Сатурна и Юпитера.

Околоземное пространство заполнено большим количеством деталей и фрагментов искусственных спутников Земли и ракет-носителей, что уже сейчас создает опасность для полета космических аппаратов. Проблема космического мусора в околоземном пространстве является очень актуальной. Человеческая цивилизация, как уже говорилось, существенно влияет на параметры земной атмосферы, что касается в первую очередь парникового эффекта и озоновых дыр.

Наиболее мощным и перспективным средством воздействия человечества на окружающее космическое пространство является космонавтика. Космонавтика - это совокупность отраслей науки и техники, занимающихся теорией космических полетов, космической техникой, условиями жизнеобеспечения космических кораблей и жизнедеятельности космонавтов. Однако роль космонавтики заключается не только в научно-техническом обеспечении космических полетов, но в использовании новых активных методов познания мира. Начиная со второй половины XX века человек медленно, но неуклонно, пользуясь базой космонавтики, ракетной техникой, соответствующими науками, обеспечивающими космические полеты - ракетодинамикой, динамикой космического полета, техническими науками, начинает осваивать околоземное и межпланетное пространство. Общая стратегия освоения космоса была заложена К.Э. Циолковским в конце XIX - начале XX веков. Первые работы, заложившие основы космонавтики, были выполнены в Рязани. К.Э. Циолковский разработал план завоевания космического пространства, включающий в себя освоение околоземного пространства, создания искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций, исследование Луны, запуска межпланетных станций. Многие пункты его плана выполнены. Вокруг Земли движутся многочисленные искусственные спутники самого различного назначения: научные, экологические, метеорологические, навигационные, связные и т.д. Без ИСЗ уже не возможно функционирование народного хозяйства и современной науки. С первого полета в космос Ю.А. Гагарина в 1961 года начинается отчет пилотируемых полетов, точнее полетов космических кораблей с космонавтами на борту. Космическая техника с человеком дает несравненно больше научной продукции. Как говорилось в разделе I, космические автоматические аппараты побывали на Луне, Марсе, Венере и получили много научной информации, недоступной при исследовании этих тел с Земли. Общий вывод из космических исследований тел Солнечной системы заключается в том, что они очень разнообразны; нет двух одинаковых планет, нет двух одинаковых спутников. Но самый любопытный факт, выявленный космическими аппаратами, - это не обнаружение на космических телах не только высокоразвитых форм жизни в Солнечной системе, но и жизни вообще в любой форме. Даже Марс, который по некоторым параметрам был наиболее вероятным кандидатом на носителя жизни, оказался полностью безжизненным. На других планетах и спутниках в силу физических условий жизнь тем более не возможна.

Космонавтика будет развиваться, и человек рано или поздно освоит все околоземное пространство. Что же дальше? Полеты к звездам - это тоже цель человечества, хотя технически и экономически невероятно сложная задача. Трудно представить, когда человечество будет готово полететь даже к ближайшим звездам. Да и такие полеты будут продолжаться десятки и сотни лет и, следовательно, должны быть рассчитаны на несколько поколений космонавтов. Будут ли космические исследования приоритетным направлением развития человеческой культуры? Или приоритеты человечества сменятся, и оно займется собственным совершенствованием на родной планете? В связи с выходом человека в космос актуальным становится вопрос о существовании разумных внеземных существ и их стратегии освоения космоса. Вопрос о внеземных цивилизациях, обсуждавшийся человечеством на протяжении тысячелетий, пусть даже в фантастической форме, в последние десятилетия обрел форму научной проблемы. Поиском свидетельств существования внеземных цивилизаций в далеком космосе посвящено много исследований и дискуссий.

Эйфория первых десятилетий космонавтики сменилась обоснованным пессимизмом. Никаких сигналов из космоса, носящих искусственный характер, никаких искусственных изменений в космической среде не обнаружено. Похоже, что, по крайней мере, в Галактике мы одиноки. Факты указывают на единственность существования землян как технологичной высокоразвитой цивилизации. Однако это заключение входит в противоречие с фактом однородности и изотропности мегамира. Если свойства пространства в любом месте Метагалактики и по любым направлениям одинаковы, то возникновение жизни, в том числе и разумной, не может быть прерогативой данной области пространства.

Очевидно, налицо противоречие - парадокс. Появление парадоксов в науке говорит о несовершенстве знаний, об экстраполяции старых теорий на новые факты. Парадоксы со временем разрешатся. Может быть:

1. технологическая фаза цивилизации только кратковременный этап ее существования;
2. цивилизаций много, но мы их не слышим, так как используем не те технические методы, которые необходимы;
3. жизнь во Вселенной имеет другое содержание, чем на Земле, где жизнь - форма существования белковых тел;
4. цивилизация очень редкое явление;
5. уровень развития земной цивилизации существенно ниже уровня развития космических цивилизаций и поэтому нет "общего предмета для разговора".

Перечисленные пункты показали сложные проблемы поиска и связи с внеземными цивилизациями, но в XXI веке эта проблема может стать основной в естествознании. Без сравнительного анализа невозможна современная наука. Без сравнения человечества, его культуры, с ему подобными, невозможно истинное познание судьбы человечества.

2.3. Контрольные вопросы к разделу 2

1. Каковы причины возникновения астрономии?
2. Что такое картина мира?
3. Какие астрономические картины мира известны?
4. Является ли современная картина мегамира окончательной?
5. Почему человек - "дитя звезд"?
6. В чем заключается воздействие космоса на человека?
7. Благоприятна ли космическая экология для существования человека - как биологического вида?
8. Как влияет Солнце на живые организмы?
9. Как влияет парниковый эффект на физические условия на Земле?
10. В чем опасность озоновых дыр?
11. Почему возникла проблема кометной и астероидной опасности?
12. В чем проявляется воздействие космоса на духовную и эмоциональную сферу жизнедеятельности?
13. В чем проявляется антропогенное воздействие на электромагнитное излучение Земли?
14. Почему возникла проблема загрязнения околоземного пространства?
15. Какова роль космонавтики в познании Земли и других планет и спутников Солнечной системы?
16. Существует ли внеземной разум?

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Публикации с ключевыми словами: Вселенная - Метагалактика - антропогенное воздействие - методика преподавания - дидактический материал Публикации со словами: Вселенная - Метагалактика - антропогенное воздействие - методика преподавания - дидактический материал
См. также: "Иллюстрис" моделирует Вселенную Эдвин Хаббл открывает Вселенную Карта наблюдаемой Вселенной Послание от гравитационной Вселенной Раскрасьте Вселенную Степени десяти Эарендел: звезда в ранней Вселенной Все публикации на ту же тему >>