Astronomija

Astronomija (grieķu: αστρον (astros) — 'zvaigzne' un νόμος (nomos) — 'likums') ir zinātne par Visumu un tajā sastopamo matērijas formu (atsevišķu debess ķermeņu, to sistēmu un citu veidojumu) uzbūvi, izvietojumu, kustību un attīstību. Astronomija ir cieši saistīta ar citām zinātnēm, kā, piemēram, ar fiziku, ķīmiju, meteoroloģiju, ģeogrāfiju, bioloģiju un, protams, ar matemātiku. Astronomijā uzkrātās zināšanas tiek izmantotas cilvēka praktiskajām vajadzībām. Cilvēki, kas pēc profesijas ir saistīti ar astronomiju, tiek saukti par astronomiem.
Kopš cilvēces sākuma ļaudis vienmēr ir skatījušies debesīs, tāpēc astronomiju var uzskatīt par vienu no vecākajām zinātnes nozarēm. Var teikt, ka astronomija kļuva par zinātni tajā brīdī, kad cilvēki pamanīja, ka debess ķermeņi kustas pa noteiktām un paredzamām trajektorijām. Vēl joprojām arī mūsdienās daži no jaunākajiem zinātnes atklājumiem tiek veikti tieši astronomijā. Astronomija ietver gan vienkāršus Saules un zvaigžņu kustību novērojumus pār debesjumu, gan arī komplicētas teorijas, piemēram, par zvaigžņu kolapsiem vai Visuma izcelšanos.
Gadsimtiem ilgi astronomi koncentrējās tikai uz debess ķermeņu kustību novērošanu. Viņi bija novērojuši, ka Saule lec austrumos, bet riet rietumos. Naktīs viņi pie debesīm redzēja mazus gaismas punktus. Lielākā daļa no šiem gaismas punktiem, tas ir, zvaigznes, izskatījās tā, it kā tās visu laiku būtu "piestiprinātas" vienā konkrētā punktā pie debess sfēras, kas savukārt griežas. Cilvēki ievēroja arī to, ka atsevišķi gaismas punkti pārvietojas attiecībā pret šiem "piestiprinātajiem" punktiem. Tos viņi nosauca par planētām, kas no grieķu valodas nozīmē "klejotāji".
Antīkie astronomi uzskatīja, ka debess ķermeņu pozīcijas norāda uz to, kas notiek vai notiks uz Zemes virsmas. Viņi pēc zvaigznēm prognozēja karus, slimības, dzimšanu - nāvi, laimi - nelaimi un tā tālāk. Mūsdienās joprojām cilvēki ar to nodarbojas, un šo jomu sauc par astroloģiju. Daudzi zinātnieki uzskata, ka astroloģija ir pseidozinātne, kas nav saistīta ar astronomiju.

Vēsture

Astronomija ir viena no visvecākajām dabaszinātnēm. Elementāras zināšanas par astronomiju bija zināmas jau pirms tūkstošiem gadu Babilonijā, Senajā Ēgiptē un Senajā Ķīnā. Cilvēki šīs zināšanas izmantoja, lai spētu orientēties un skaitīt laiku. Ļoti daudz celtņu drupas norāda uz to, ka cilvēki jau tālā senatnē novēroja Saules, Mēness un citu debess ķermeņu kustību. Iespējams ka Stounhendža, kas atrodas Anglijā, ir visslavenākā celtne, kas būvēta astronomijas vajadzībām. Tā ir celta laika posmā no 3100. gada līdz 1550. gadam p.m.ē. Daži no Stounhendžas lielajiem akmeņiem ir novietoti tā, lai vasaras saulgriežos parādītu pie horizonta tieši to vietu, kur uzlec Saule. Arī citur gan Eiropā, gan Ēģiptē, gan arī Amerikā ir atrastas vairāki simti dažādu celtņu, kuras savukārt norāda uz tām vietām, kur noteiktā laika brīdī ir novērojams kāds astronomisks notikums.
Astronomija sāka attīstīties ļoti sen, cilvēkiem novērojot tos debess ķermeņus, kas saskatāmi ar neapbruņotu aci. Daudzām seno laiku civilizācijām bija pietiekamas zināšanas, lai varētu izveidot precīzu kalendāru. Senajā Ēģiptē priesteri, vienlaicīgi arī astronomi, bija atbildīgi par to, lai laikus paziņotu par Nīlas plūdu sākšanos. Viņi to varēja noteikt tikai pēc zvaigznēm. Maiji, kuri dzīvoja mūsdienu Meksikas centrālajā daļā, pirms aptuveni 2000 gadiem izveidoja ļoti sarežģītas un komplicētas kalendāru sistēmas. Savukārt Senās Indijas svētajos rakstos Rigvēdā pieminēti 27 zvaigznāji, kas saistīti ar Saules kustību. Viduslaikos Eiropas astronomijas sasniegumi nebija lieli, taču daudz tika izdarīts austrumos. 10. gadsimta beigās Persijā tika uzbūvēta milzīga observatorija. Persijā Omars Haijāms daudzu pētījumu rezultātā izveidoja precīzāku kalendāru.
Astronomija Eiropā uzplauka renesanses laikā. Nikolajs Koperniks izveidoja heliocentrisko pasaules modeli. Viņa teoriju pilnveidoja Johanns Keplers un Galileo Galilejs. Galilejs sāka izmantot teleskopus. Keplers savukārt pirmais radīja sistēmu, kas pareizi aprakstīja planētu kustību ar Sauli centrā (tā sauktie Keplera likumi). Diemžēl viņš savus novērojumus nepamatoja ar kādu teoriju; planētu kustību beidzot izskaidroja Īzaks Ņūtons ar savu gravitācijas likumu un debesu mehāniku.
2009. gadu Apvienoto Nāciju Organizācija pasludināja par Starptautisko astronomijas gadu.

Uzdevumi

Kopš 19. gadsimta beigām astronomija ir attīstījusies, ietverot astrofiziku, tas ir, ietverot arī fizikas un ķīmijas zināšanu pielietojumu, kas palīdz izprast debess ķermeņu būtību un fiziskos procesus, kuri nosaka to veidošanos, evolūciju un radioaktīvo starojumu. Turklāt par daudzu pētījumu objektiem ir kļuvušas apkārt un starp zvaigznēm esošās gāzu un putekļu daļiņas. Kodolreakciju pētīšana, kas nodrošina zvaigžņu izstaroto enerģiju, ir pierādījusi dabā sastopamo atomu daudzveidību, un tās izcelšanos var attiecināt uz Visumu, kas pēc dažu minūšu eksistences sastāvēja vienīgi no ūdeņraža, hēlija un litija ķīmiskajiem elementiem. Kosmoloģija, kas pēta Visuma evolūciju, attiecas uz lielāka mēroga parādībām. Kosmoloģija ir izveidojusies kā astrofizikas apakšnozare no tīri spekulatīvām darbībām attiecībā pret mūsdienīgu zinātni, kas spēj sniegt pārbaudāmas prognozes.
Astronomijas galvenais uzdevums ir izskaidrot un aprakstīt Visuma uzbūvi, bet tai ir arī citi uzdevumi. Piemēram, mūsdienās vēl joprojām astronomijā iegūtās zināšanas izmanto, lai noteiktu precīzu laiku un ģeogrāfiskās koordinātas. Arī mūsu planētu Zemi, kura ir viena no astoņām planētām, kas riņķo ap Sauli, nemitīgi ietekmē citi astronomiski objekti, piemēram, Mēness un Saule izraisa uz Zemes paisumus un bēgumus; Saules starojums ietekmē dažādu procesu norisi Zemes atmosfērā, kā arī dzīvības procesu norisi. Tātad astronomijā arī tiek pētīts, kā citi ķermeņi ietekmē Zemi.
Saules sistēmā ietilpst arī planētu pavadoņi, asteroīdi, komētas, starpplanētu putekļi un gāze. Saule ir viena no neskaitāmajām zvaigznēm, kas veido Galaktiku jeb Piena Ceļu. Galaktikas var būt sakārtotas galaktiku kopojumos un superkopojumos. Mūsu superkopojuma centrā atrodas Lielais Atraktors — vieta ar ārkārtīgi spēcīgu gravitāciju. Lielais Atraktors ir apmēram 250 miljonu gaismas gadu attālumā Centaura zvaigznāja virzienā.

Astronomisko attālumu noteikšana

Viens no astronomijas galvenajiem uzdevumiem ir attālumu noteikšana. Bez zināšanām par šādiem attālumiem kosmosā novērojamā objekta lielums var pārvērsties par neko citu, kā tikai par leņķisko diametru, un zvaigznes spožumu nevarētu pārveidot faktiski izstarotajā jaudā vai starjaudā. Astronomisko attālumu mērījumi sākās ar zināšanām par Zemes diametru, kas nodrošināja pamatus triangulācijai. Pašreiz Saules sistēmas iekšpusē daži attālumi ir nosakāmi precīzāk, izmantojot radaratstarojuma laiku vai Mēness gadījumā pielietojot lāzera attālumu. Ārējām planētām joprojām izmanto triangulāciju. Aiz Saules sistēmas tuvāko zvaigžņu attālumi tiek noteikti, izmantojot triangulāciju un ņemot vērā Zemes orbītas diametru, kas ir bāzes līnija, un pārvietojas zvaigznes paralaksē, kas ir izmērītais lielums. Astronomi ir vispārpieņēmuši, ka zvaigžņu attālumi tiek izteikti parsekos (pc), kiloparsekos vai mega parsekos (1 pc = 3,086 x 1018 cm vai apmēram 3,26 gaismas gadi). Izmantojot triangulācijas paralaksi, attālumus var izmērīt apmēram uz kiloparseku. No Zemes veiktā mērījuma precizitāti ierobežo atmosfēras ietekme, bet no Hiparko satelīta 1990. gadā veiktajos mērījumos zvaigžņu mērogs palielinājās par 650 parsekiem ar precizitāti līdz apmēram loka sekundes tūkstošdaļai. Attālākām zvaigznēm un galaktikām jāizmanto netiešāki mērījumi.
Galaktikas attālumu noteikšanā turpmāk tiek izklāstītas divas vispārīgas metodes. Pirmajā metodē par atskaites standartu izmanto skaidri identificējamu zvaigznes tipu tāpēc, ka ir labi nosakāma tās starjauda. Šādā gadījumā nepieciešams novērot tādas zvaigznes, kuras ir pietiekami tuvu Zemei un kuru attālumi un starjauda ir droši izmērāmi. Šādu zvaigzni sauc par "standarta sveci". Piemērs ir cefeīdas, kuras spožuma patiesais ceļš periodiski mainās, un dažu supernovu tipu sprādzieni, kuriem ir milzīgs spožums un gredzens, ko var saredzēt īpaši lielos attālumos. Vienreiz kalibrējot šādu tuvāko standarta sveču starjaudu, var aprēķināt attālumu tālākajām standarta svecēm, izmantojot to kalibrēto starjaudu un faktiski izmērīto intensitāti. Formulā I = L/4πd² izmērītā intensitāte [I] ir saistīta ar starjaudu [L] un attālumu [d]. Standarta sveci var noteikt, izmantojot tās spektru vai spožuma pastāvīgo izmaiņu paraugu. Iespējams jāveic korekcijas, jo lielos attālumos gāze un putekļi absorbē zvaigžņu gaismu. Šī metode ir attālumu mērījumu pamatā līdz tuvākajām galaktikām.
Otrajā galaktikas attālumu mērīšanas metodē jāizmanto novērojumi, kādos galaktikas attālumi parasti korelē ar ātrumiem, kādos šādas galaktikas attālinās no Zemes (kā noteikts pēc Doplera efekta — to izstarotās gaismas viļņu garumos). Minētā korelācija ir izteikta Habla likumā: ātrums = H x attālums, kur H nozīmē Habla konstanti, kas ir nosakāma pēc novērojumiem ātrumos, kādos attālinās galaktikas. Ir plaši izplatīta vienošanās, ka H atrodas starp 70 un 76 kilometriem sekundē uz megaparseku (km/sek./Mpc), turklāt vadošās pētījumu grupas piedāvā novērtēt to, kas ir apmēram 71 km/sek./Mpc vispārējā vērtība. H tiek izmantots, lai noteiktu attālumus tālākajām galaktikām, kurās nav konstatētas standarta sveces.

Nozares

Pēc pētījumu objektiem un metodēm izšķir vairākas astronomijas nozares — astrometriju, debess mehāniku, astrofiziku (galvenā astronomijas nozare), kosmogoniju, kosmoloģiju utt.

Tehniskie paņēmieni

Neatkarīgi no vērā ņemamajām priekšrocībām astronomija joprojām ir lielu ierobežojumu iespaidā, jo kopš tās pirmsākumiem astronomija ir vairāk saistīta ar novērojumiem nekā ar pētniecību. Gandrīz visi mērījumi jāveic lielos attālumos no to interesējošiem objektiem, turklāt to lielumus, piemēram, temperatūru, spiedienu vai ķīmisko sastāvu nav iespējams kontrolēt. Minētajā ierobežojumā ir daži izņēmumi, proti, meteorīti, no Mēness atvestie iežu un augsnes paraugi, paraugi no komētu putekļiem, kuri tiek paņemti no robottehnikas kosmosa kuģiem, kā arī stratosfērā vai virs stratosfēras savāktās starpplanētu putekļu daļiņas. Tās var izpētīt, pielietojot laboratorijas metodes, kas vajadzīgs, lai sniegtu informāciju, kuru citā veidā iegūt nav iespējams. Nākotnē kosmosa misijās var iegūt virsmas materiālus no Mēness, asteroīdiem vai citiem objektiem, bet citā ziņā astronomijā daudzi novērojumi ir saistīti vienīgi ar novērojumiem no Zemes, pieaugot novērojumiem no orbītā riņķojošajiem mākslīgajiem pavadoņiem un liela attāluma kosmosa zondēm, kā arī tie tiek papildināti ar teoriju.