Астрономия – наука, которая изучает строение, состав и развитие наблюдаемых небесных тел и Вселенной в целом.
Теоретическая астрономия исследует относительное движение двух небесных тел, при этом не учитывается их взаимодействие с иными телами, поскольку взаимодействия с другими телами проявляются сравнительно слабо и могут не приниматься во внимание исследователями. Такие проблемы изучаются на основе закона всемирного тяготения.
Особенности терминологии
Рассмотрим особенности научной терминологии в наименовании данной дисциплины.
В зарубежной научной литературе дисциплину, посвящённую этим проблемам, называют небесной механикой. В английской научной литературе также применяется наименование "динамическая астрономия".
В русской дореволюционной астрономии термин механика небесных тел не применялся, а был долгое время распространен термин – «теоретическая астрономия».
Само же зарубежное определение (небесная механика) было предложено впервые в 1798 году французским исследователем Лапласом.
Под этим термином он понимал такие проблемы астрономии как теории равновесия и движения твёрдых и газообразных тел, которые составляют Солнечную систему (и схожи с ней), под действием сил тяготения.
Термин же «теоретическая астрономия» был введён российским академиком Ф. Т. Шубертом в 1798 году в начале правления русского императора Павла Первого. При этом данный термин применяется почти в том же смысле, что и понятие «небесная механика».
В свою очередь распространённый в англоязычной научной литературе термин «динамическая астрономия» соответствует по содержанию и смыслу термину, озвученному Леонардо Эйлером – механическая астрономия.
Таким образом, понятия теоретическая астрономия, небесная механика и динамическая астрономия можно считать синонимами, то есть одинаковыми по своему значению.
Однако, существуют и отличия в трактовке данных терминов у разных авторов.
Так, наиболее популярным мнением считается, что теоретическая астрономия ставит своею целью изучение движения существующих в реальности небесных объектов и раскрытие тех законов природы, которые управляют такими процессами.
В свою очередь небесная механика занимается решением модельных задач о передвижении неких абстрактных объектов под воздействием соответствующих идеализированных сил природы.
С такой точки зрения теоретическая астрономия становится частью естествознания. А небесная механика в свою очередь становится частью математики, по методам соответствующей математической физике.
Таким образом, небесная механика исходя из математических методов которые применяются в ней, могла бы называться математической астрономией.
Отметим, что именно так в далёком уже 1933 году называлась одна из специальностей астрономии на механико-математическом факультете Московского Государственного университета имени М. В. Ломоносова.
В наши дни небесная механика является одной из специализаций на кафедре небесной механики, астрометрии и гравиметрии физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
Задачи теоретической астрономии
В теоретической астрономии основной задачей является расчет элементов орбит (или «вычисление орбит») небесных объектов. Основой вычислений являются наблюдения их видимого положения на небосводе в различные моменты.
В результате проводимых наблюдений, которые дают направление от нашей планеты к светилу, вычисляются элементы орбиты.
Под элементами орбиты понимаются соответствующие величины, которые характеризуют размеры, форму орбиты, местоположение её в пространстве, а также местоположение на орбите планеты в какой -либо определённый момент.
Следующая задача теоретической астрономии заключается в расчете и составлении на основе известных данных об орбите эфемериды.
Эфемериды– таблицы, в которых указаны моменты положения небесного объекта в пространстве и на небосводе для наблюдателя с Земли. Проще говоря, эфемеридами являются таблицы небесных координат астрономических объектов.
К теоретической астрономии также могут относить теорию предварительных вычислений таких явлений как солнечное и лунное затмение, предварительное вычисление покрытий звёзд Луною и тому подобных событий, а также вычисление на основе наблюдения орбит визуально-двойных звёзд.
Орбита такого небесного тела как планета или комета вычисляться может по трём наблюдениям за положением планеты или кометы на небосводе.Но с помощью такой операции исследователь может получить лишь предварительную орбиту небесного объекта.
В дальнейшем уточнение орбиты производится при помощи данных от многих наблюдателей. В результате окончательная орбита должна наиболее вероятнейшим образом представлять все полученные наблюдения астрономического объекта.
Также необходимо учитывать такой момент как возмущения от движения иной планеты. Такие движения вызываются притяжением иных тел солнечной системы и потому их расчет является промежуточной задачей небесной механики.
Развитие теоретической астрономии
Рассмотрим особенности начала развития теоретической астрономии.
Исаак Ньютон, знаменитый британский учёный, разработал первый геометрический способ вычисления параболической орбиты в 1686 году. Основой вычисления послужил закон всемирного тяготения и наблюдения, произведённые специалистом.
Рассуждения Ньютона о вычислении параболической орбиты были столь краткими и сжатыми, что лишь другой британский учёный Эдмонд Галлей смог применить их на практике. В результате Эдмонд Галлей в ходе наблюдений за одной из исследуемых им комет пришел к выводу об эллиптичности её орбиты. Эта комета получила впоследствии имя Галлея.
Леонард Эйлер, побывавший в своей жизни швейцарским, немецким и российским математиком, также внёс свой вклад в развитие теоретической астрономии. Он в 1744 году разработал первый способ аналитического вычисления орбит комет, однако, такой способ на практике был неудобен.
Кроме того, Эйлер рассчитал траекторию движения нашего спутника Луны. Для этого ученый разработал метод вариации орбитальных элементов. Позднее в XIX веке, данный метод был расширен и применялся в моделях движения больших планет. В результате такой метод используется и в настоящее время.
В 1761 и в 1771 году немецкий учёный Ламберт сделал обобщение теории Эйлера для иных видов орбит, что позволило развить теоретическую астрономию.
В 1778 и в 1783 французский учёный Лагранж предоставил два аналитических метода для расчёта орбиты небесных тел. Несмотря на то, что умозаключения Лагранжа были верны, на практике их использовать было затруднительно.
Немецкий математик Гаусс в 1809 году, основываясь на первом аналитическом методе Лагранжа, определения орбиты, разработал свой метод вычисления эллиптических орбит. При этом немецкий специалист сделал свой метод более удобным для практического применения.
Другой немецкий специалист, Ольберс почти одновременно с работами Гаусса, основываясь в своих расчетах на исследовании Ламберта, создал собственный метод определения параболических кометных орбит. Таким методом пользуются и в наши дни.
Итак, мы рассмотрели развитие основ теории определения орбит астрономических объектов, разработанные крупнейшими математиками XVIII и начала XIX вв.:
- Ньютоном,
- Эйлером,
- Лагранжем,
- Гауссом.
Таким образом, научная мысль XVIII и начала XIX веков заложила основы всего современного точного естествознания и стала тем краеугольным камнем, на котором зиждется научная картина современного мира.
