Среди методов астрономии, иначе методов астрономических исследований, можно выделить три основных группы:
- наблюдения,
- измерения,
- космический эксперимент.
Сделаем небольшой обзор этих методов.
Астрономические наблюдения
Астрономические наблюдения - это основной способ исследования небесных тел и событий. Именно с их помощью регистрируется то, что происходит в ближнем и дальнем космосе. Астрономические наблюдения - главный источник знания, полученного экспериментальным путём
Астрономические наблюдения и обработка их данных, как правило, проводятся в специализированных научно-исследовательские учреждениях (астрономических обсерваториях).
Первая российская обсерватория была построена в Пулково, под Санкт-Петербургом. Составление звезд каталогов звезд, имеющих высочайшую точность, заслуга Пулковской обсерватории. Можно сказать, что во второй половине 19 века, негласно, ей было присвоено звание «астрономической столицы мира», а в 1884 году Пулково претендовало на нулевой меридиан (победил Гринвич).
Современные обсерватории оснащены наблюдательными инструментами (телескопами), светоприёмной и анализирующей аппаратурой, различными вспомогательными приборами, высокопроизводительными ЭВМ и т.д.
Остановимся на особенностях астрономических наблюдений:
- Особенность №1. Наблюдения весьма инертны, поэтому, как правило, для них требуется достаточно длительные сроки. Активное влияние на космические объекты, за редкими исключениями которые даёт пилотируемая и непилотируемая космонавтика, затруднено. В основном, многие явления, взять хотя бы трансформирование угла наклона оси Земли к орбитальной плоскости, могут быть зафиксированы лишь благодаря наблюдениям на протяжении нескольких тысяч лет. Следовательно, астрономическое наследие Вавилона и Китая тысячелетней давности, несмотря на некоторые несоответствия современным требованиям, до сих пор актуально.
- Особенность №2. Процесс наблюдения, как правило, происходит с земной поверхности, в тоже время Земля осуществляет сложное движение, поэтому земной наблюдатель видит только определённый участок звёздного неба.
- Особенность №3. Угловые измерения, выполняемые на основе наблюдений, являются основой для расчетов, определяющих линейные размеры объектов и расстояния до них. А так как угловые размеры звёзд и планет, измеряемые с помощью оптики, не зависят от расстояния до них, расчеты могут быть довольно неточными.
Основной инструмент астрономических наблюдений - оптический телескоп.
Оптической телескоп обладает принципом действия, определяемым его типом. Но независимо от вида, главная его цель и задача заключается в сборе максимального количества света, испускаемого светящимися объектами (звёздами, планетами, кометами и др.), для создания их изображений.
Виды оптических телескопов:
- рефракторы (линзовые),
- рефлекторы (зеркальные),
- а также зеркально-линзовые.
В рефракторном (линзовом) телескопе, изображение достигается результатом преломления света в линзе объектива. Недостаток рефракторов - ошибка в результате размытости изображения.
Особенность рефлекторов - использование в астрофизике. В них главное не то, как свет преломляется, а как отражается. Они совершеннее линзовых, и более точны.
Зеркально-линзовые телескопы сочетают в себе функции рефракторов и рефлекторов.
Рисунок 1. Малый оптический телескоп. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Астрономические измерения
Так как измерения в астрономических исследованиях осуществляются с помощью различных приборов и инструментов, проведём их короткий обзор.
Основные из астрономических измерительных приборов - это координатно-измерительные машины.
Данные машины измеряют одну или две прямоугольные координаты с фотографического изображения или диаграммы спектра. Координатно-измерительные машины оснащены столом, на который помещаются фото и микроскопом с измерительными функциями, применяемым для наводки на светящееся тело или его спектр. Современные приборы могут иметь точность отсчёта до 1 мкм.
В процессе измерения могут возникнуть ошибки:
- самого инструмента,
- оператора (человеческий фактор),
- произвольные.
Ошибки инструмента возникают от его несовершенства, следовательно, должна быть, предварительно осуществлена, его проверка на точность. В частности, проверке подлежат: шкалы, микрометрические винты, направляющие на предметном столе и измерительном микроскопе, отсчётные микрометры.
Ошибки, связанные с человеческим фактором и случайностью, купируются кратностью измерений.
В астрономических измерениях происходит широкое внедрение автоматических и полуавтоматических измерительных приборов.
Автоматические приборы работают на порядок быстрее обычных, и имеют в два раза меньшую среднюю квадратическую ошибку.
Космический эксперимент
Космический эксперимент - это множество связанных между собой взаимодействий и наблюдений, дающих возможность получения необходимой информации об исследуемом небесном теле или явлении, осуществляемых в космическом полете (пилотируемом или непилотируемом) с целью подтверждения теорий, гипотез, а также совершенствования различных технологий, могущих принести вклад в развитие научных знаний.
Основные тенденции экспериментов в космосе:
- Изучение протекания физико-химические процессов и поведения материалов в космическом пространстве.
- Изучение свойств и поведения небесных тел.
- Влияние космоса на человека.
- Подтверждение теорий космической биологии и биотехнологии.
- Пути освоения космического пространства.
Здесь уместно привести примеры экспериментов, проводимых на МКС российскими космонавтами.
Эксперимент по выращиванию растений (Veg-01).
Задача эксперимента – изучить поведение растений в орбитальных условиях.
Эксперимент "Плазменный кристалл" - изучение плазменно-пылевых кристаллов и жидких веществ при микро гравитационных параметрах.
Было проведено четыре его этапа:
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в газоразрядной плазме при высокочастотном емкостном разряде.
- Исследовалась плазменно-пылевая структура в плазме при тлеющем разряде с постоянным током.
- Исследовалось как воздействует ультрафиолетовый спектр космического излучения на макрочастицы, которые могут быть заряжены фотоэмиссией.
- Исследовались плазменно-пылевые структуры в открытом космосе при действии солнечного ультрафиолета и ионизирующего излучения.
Рисунок 2. Эксперимент "Плазменный кристалл". Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
А всего российскими космонавтами на МКС было проведено более 100 космических экспериментов.