Астрономия
Как астрономия помогает человеку
Астрономия в народном хозяйстве СССР
Астрономия во все века была необходима людям как наука практическая. Но особенно велико ее значение в народном хозяйстве сейчас. Прежде всего астрономия необходима для определения географических координат мест на поверхности Земли. Знание координат нужно, чтобы составлять географические карты, вести корабли в открытом море по намеченному курсу.
Например, как определить кратчайшее расстояние между Москвой и Якутском? Измерять его мерной лентой - задача невыполнимая. Но если получить из наблюдений координаты этих мест, т. е. широту и долготу Москвы и Якутска, то определить это расстояние будет нетрудно. Железнодорожную магистраль нельзя проложить правильно, не определив координаты ряда пунктов на ее пути.
На практике часто приходится определять направление относительно стран света, например точки юга. Эту задачу называют определением азимута земного предмета и решают методами астрономии. Азимут определяют при сооружении предприятий, научных и общественных учреждений (башни и павильоны обсерваторий, антенны радиостанций, стадионы). Азимутом пользуются, определяя направление полетов межконтинентальных ракет.
Однако координаты мест на земной поверхности не строго постоянны, а непрерывно изменяются, правда в очень небольших пределах. Происходит это оттого, что Земля слегка смещается относительно своей оси вращения и географические полюсы (т. е. точки пересечения оси вращения Земли с ее поверхностью) непрерывно перемещаются Это перемещение невелико. Северный полюс движется против часовой стрелки по сложной спиралеобразной, кривой, которая то закручивается, то раскручивается, не выходя из квадрата со сторонами 26 м (см. рис.). Движение полюса очень сложное. На рисунке видно, что с 1928 по 1934 г. полюс "топтался" на месте, незначительно смещаясь около среднего положения. В 1952 г. его отклонение достигло максимального значения (см. рис.).
Из-за смещения полюсов смещается и экватор Земли, так как ось вращения перпендикулярна плоскости экватора. Изменяется и меридиан любого места наблюдения. Все эти смещения вызывают изменение координат. И как ни малы такие отклонения, но их надо учитывать и исправлять координаты применительно к движению полюса. Поправки координат необходимы не только астрономии, но и геодезии, геофизике, картографии. Получают эти поправки из наблюдений на многих обсерваториях земного шара. Их проводит специальная Служба движения полюсов.
Другая очень важная астрономическая задача -определение, хранение и передача точного времени. Без точного времени не могут нормально работать фабрики и заводы, государственные учреждения, учебные заведения, железнодорожный и водный транспорт, авиация и т. д. Поэтому из Москвы ежечасно подаются широковещательные сигналы времени - шесть коротких гудков; начало последнего гудка соответствует концу данного часа и началу следующего.
Для специальных научных учреждений, обсерваторий, ведущих астрономические наблюдения, штурманов кораблей, многочисленных географических, геодезических, геологических, гравиметрических и других экспедиций несколько раз в сутки подаются специальные сигналы еще более точного времени.
Определяют точное время на астрономических обсерваториях, наблюдая звезды с помощью точнейших астрономических приборов. Указывают его на каждый момент высокоточные часы. Из наблюдений звезд и определяется поправка этих часов. V Для определения координат мест на земной поверхности, точного времени и решения многих других задач (о них будет рассказано дальше) нужно знать точные положения на небе Солнца, Луны, планет и многих звезд, т. е. их небесные координаты. Эти координаты вычисляют на основе многочисленных наблюдений на обсерваториях и приводят в специальных списках или таблицах - астрономических ежегодниках.
В Советском Союзе заранее на каждый год издается Астрономический ежегодник СССР; в нем даются координаты Солнца, Луны, планет, многих звезд и приводятся другие сведения. Астрономическими расчетами определяется заранее время восходов и заходов Солнца. 21 марта и 23 сентября Солнце восходит в точке востока и заходит в точке запада. В Северном полушарии Земли зимой Солнце восходит южнее точки востока, заходит южнее точки запада, а летом, наоборот, восходит севернее точки востока и заходит севернее точки запада. Восходы и заходы Луны приходятся на самые различные часы суток. Когда Луна в новолунии, она восходит и заходит примерно в одно время с восходом и заходом Солнца. В полнолуние Луна восходит во время захода Солнца, а заходит во время его восхода.
Вычисление времени восходов и заходов Солнца, а также продолжительности дня имеет большое практическое значение. Данные о продолжительности дня и сумерек для разных широт нужны при подсчете электроэнергии, необходимой для предприятий, уличного освещения и других целей.
Почти в каждой семье есть отрывной календарь. На его листках приводится время восхода и захода Солнца для широты Москвы. Чтобы узнать, когда восходит или заходит Солнце в других местах, в данные календаря вносится поправка на широту места и на местное декретное время. Как это делать, обычно написано в начале календаря. В отрывном календаре указываются также продолжительность дня, восходы, заходы и фазы Луны. Географические карты нужны для изучения расположения природных богатств на данной территории, рационального использования их и проведения различного рода народнохозяйственных мероприятий. Они необходимы промышленности для всякого рода изысканий, для правильного размещения в стране заводов и фабрик. Они нужны сельскому хозяйству, транспорту, армии, государственным учреждениям, учебным заведениям и т. д. Чтобы составить географическую карту района, области или целого государства, нужно провести на данной местности целый комплекс астрономо-геодезических работ: определить широту, долготу, азимут опорных пунктов, равномерно расположенных на площади, с которой снимается карта (район, область, государство и т. д.), высоту опорных пунктов над уровнем моря. Без всех этих данных карты сделать нельзя.
Важно для отдельных районов страны предвычисление приливов и отливов. Для безопасности мореплавания, проведения на побережьях строительных работ, для различных исследований моря и т. д. нужно знать высоту прилива в данном месте на каждый час суток. Ее также определяют методами астрономии.
Мы живем в самом плотном, нижнем слое атмосферы. Поэтому всестороннее изучение его очень важно. У поверхности Земли и на небольшой высоте химический состав, плотность, влажность и другие свойства атмосферы можно изучать лабораторными способами, но на большой высоте они неприменимы. Здесь нас выручают влетающие в земную атмосферу метеоры.
Изучая метеоры, ученые исследуют физические свойства верхних слоев земной атмосферы, определяют направления и скорости воздушных течений. Так, по данным наблюдений метеоров впервые было установлено, что атмосфера химически однородна и на высоте 80-100 км имеет тот же состав, что и на уровне моря. На этих высотах определены скорости ветров и температуры. В последние годы верхние слои земной атмосферы ученые изучают также с помощью ракет и искусственных спутников Земли.
На Землю огромное влияние оказывает Солнце. Полярные сияния, магнитные бури, нарушение нормальной радиосвязи - все эти явления зависят от солнечного излучения. Поэтому очень важно изучать процессы, протекающие на Солнце и в его атмосфере, и выяснять их влияние на Землю и ее атмосферу.
Сейчас встает вопрос о непосредственном использовании энергии Солнца в промышленности и сельском хозяйстве. Есть разные способы использования энергии солнечных лучей. В южных районах Советского Союза имеются солнечные установки, дающие горячую воду и пар для консервных заводов, бань, кухонь и отопления зданий. В Ташкенте сооружена солнечная установка, состоящая из бетонного параболоида с поверхностью 80 м2. На нем смонтированы небольшие посеребренные зеркала: отражаясь от них, солнечные лучи собираются в фокус и нагревают котел с водой; получаемый пар используется в холодильной машине. Подобных установок сейчас много.
Советские ученые работают над использованием солнечной энергии в промышленности и сельском хозяйстве. Методы, разработанные в астрономии, с успехом применяются в других областях науки и практики. Зачастую чисто теоретические астрономические исследования при дальнейшем их развитии приобретают важное практическое значение. Характерный пример - спектральный анализ. В 1666 г. Ньютон с помощью стеклянной призмы разложил белый солнечный свет на семь основных цветов - получил спектр. В нашем столетии на основе этого очень важного открытия создан обширный раздел новой, теперь уже технической, науки о природе - спектральный анализ.
Методы, применяемые астрономами для изучения химического состава Солнца и звезд посредством спектрального анализа, широко распространены в металлургии, при плавке различных металлов. Ими пользуются медики при определении процента кислорода в крови больного, химики - для определения состава полимеров и т. п.
Другой пример - открытие элемента гелия. В 1868 г. астрономы, наблюдая солнечный протуберанец, нашли в его спектре яркую желтую линию. Ее не было в спектрах ни одного известного в то время химического элемента. Солнечный газ, которому принадлежит эта желтая линия, назвали гелием, что означает "солнечный". Спустя 25 лет гелий был выделен химиками на Земле из минерала клевеита.
Гелий - самый легкий газ после водорода. Им наполняют лампы накаливания и радиолампы, он сверкает желтовато-розовым цветом в витринах магазинов. Гелий применяется в металлургии для продувания расплавленных металлов и ведения плавок. Сейчас гелий добывают в основном из подземных газовых скоплений.
За последние годы между астрономией и космонавтикой установилась тесная научная связь. Пример этому - изучение Земли космическими методами. Фигура Земли очень сложна, а ее внутреннее строение неоднородно, поэтому она по-разному притягивает спутник в разных точках его пути, и он отклоняется от расчетной орбиты. Наблюдая эти отклонения (возмущения), делают очень важные выводы о форме Земли и ее основных параметрах: размерах, сжатии, напряженности гравитационного поля.
Вследствие вращения Земли спутник при каждом обороте летит по новой орбите. Эту орбиту нужно заранее вычислить, чтобы знать, когда и где полетит спутник. Наблюдение спутников и вычисление их орбит - очень нужная и вместе с тем сложная и трудоемкая задача, которая также решается с помощью астрономии.
Теория космических полетов непосредственно вытекает из теории движения небесных тел. Космические корабли уже достигли Луны и доставили на Землю образцы лунных пород; космические межпланетные станции доставляют ценные научные сведения о природе Марса и Венеры и их атмосферах. Многие другие вопросы, имеющие важное практическое значение, также решаются с помощью астрономии.