Кенжәлиев Д. И. L Аспан механикасы «Астрономия»
Аспан механикасының пайда болуы және дамуы
жүктеу/скачать 2.32 Mb.
|
| Аспан механикасының пайда болуы және дамуы
Адам баласы ежелден планеталардың аспандағы орын ауыстыруын бақылап, оны өз тұрғысынан түсіндіруге тырысқан. Қазақ халқының ауыз әдебиетінде осындай аңыздардың үлгілерін табуға болады. Меркурийді қазақтар - Болпан немесе Кіші Шолпан, Марсты - Қызыл жұлдыз, Юпитерді – Есекқырған, Сатурнды – Қоңырқай деп атаса керек. (Прманов К. Сохраним самобытные научные термины казахского народа.//Физика және астрономия-Физика и астрономия, №6(15), 2005). Аспан шырақтарының қозғалысы жөніндегі алғашқы көзқарастар кей халықтарда аңыз түрінде сақталды. Ежелгі грек философтарының еңбектерінде әлемнің моделі түрінде қалыптасты. Ежелгі грек философтарының ең алғашқы модельдері осындай сипатта болды. Филолайдың, Аристархтың, Пифагордың, Аристотельдің және т. б. философтарының әлем жүйелерінің әрқайсысы аспандағы шырақтардың көрінерлік қозғалысын түсіндіруге тырысты. Осы модельдердің ішінде ең жетілгені Птолемей моделі болған. Ежелгі грек ойшылдары Әлемнің негізгі қасиеті етіп сфералық симметрияны бөліп алды. Жалпы симметрия принципі («Гармония») астрономияның ғылым болып қалыптасуына себепші болған екен [45]. Парменид мифологиялық көзқарастан нақты физикалық әлем ұғымына көшті. Филолай аспан денелерін де Жерді де шар пішінді, ал олардың қозғалысы сфералық симметриялы қозғалыс деп есептеді, ал Эратосфен Жердің сфералық пішінін қабылдап, оның өлшемдерін анықтау әдісін ұсынды. Астрономияның дамуына ежелгі грек астрономдарымен бірге үнді, қытай және араб астрономдары ерекше үлес қосқан.Орта ғасырларда Европа елдерінде ғылым үшін қара түнек заман орнағанда, ғылымның, оның ішінде астрономияның жетістіктерін болашақ ұрпақ үшін сақтап,әрі толықтырып, дамытқан араб және Орта Азия ғалымдары болатын. Әл-Хорезми, әл-Фараби, әл-Баттани, Бируни және т.б. даналар ежелгі дүние мен үнді астрономиясының мұрасын игеріп дамытты [22,26]. Әл-Фараби жан-жақты еңбек жазған ғалым болса да оның астрономиялық бағыттағы еңбектері ерекше орын алады. Ол Птолемей жүйесін жетілдіріп, оны түсіндіретін еңбектер жазды, алғашқы болып Шолпанның Күн дискісінен өтуін бақылаған. Европада бұл құбылысты көп кейін, 1639 жылы ғана бақылаған. Бируни жайында оқырман [42] жинақтан, ал Әл-Фараби астрономиялық еңбектері жайында Кубесовтың [22] кітабынан танысуға болады. Птолемей жүйесі планеталардың қозғалыстарын алдын ала есептеуге мүмкіндік беретіндіктен, әрі діни көзқарастарға үйлесетіндіктен, орта ғасырларға дейінгі аралықта бұл модель дүниетанымдық және практикалық қажеттіктерді қанағаттандыратын ең сенімді модель болып танылған. Орта ғасырлардағы теңіздегі саяхаттардың арқасында Жер бетінде коммуникациялық байланыстардың күшеюі, және сонымен байланысты Жер бетінде бағдарлау әдістеріне қойылатын талаптың күшеюі Птолемей жүйесінің кемшіліктерін көрсетті. Оның ішіндегі бастысы- шындыққа үйлеспейтіндігі болатын. Николай Коперниктің терең зерттеу жұмысы нәтижесінде жаңа модель - Коперник жүйесі дүниеге келді. Бұл жүйенің де кемшіліктері бар еді, бірақ ол Күн жүйесі құрылымын дұрыс негізде түсіндірді. Коперник идеясы діннің кертартпа қарсылығын жойып, ғылымның қарыштап алға дамуына түрткі болды. (Коперниктің өмірі мен қызметі егжей-тегжейлі баяндалған еңбектерді оқуға болады- [40-42]) Осы кезде аспан денелерінің қозғалысы дұрыс негізде түсіндіріліп, дәл есептелінетін болған. Бұның өзі уақытты өлшеу, Жер бетіндегі бағдарлану, Жер қорларын барлау және т.б. практикалық мәселелерді шешу үшін қажет болды. Иоганн Кеплер Коперник жүйесінің елеулі кемшіліктерін түзетіп, планеталардың қозғалысын дәлірек түсіндіретін заңдарды ашты. (Кеплер және Дж. Бруно жайында- [4,23,42]). Ал Ньютон осы заңдар негізінде денелердің әсерлесуінің универсал заңын ашты. Бұл заң аспан механикасына негіз болған заң. Осыдан кейін аспан денелерінің қозғалысын есептегенде осы заңды пайдаланатын болған. Бұл аспан денелерінің қозғалыстарын алдын ала есептеуге мүмкіндік берді. Есептелген координаттар аспан денелерінің бақылаудан алынған координаттардан айырмашылығы шамалы болған. Есептеу нәтижелерін ұзақ уақытқа пайдалану үшін, олар дәлірек болуы үшін, планетаға Күннің әсерін ғана емес, басқа денелердің ұйытқуларын есепке алу керек болды. Сондықтан аспан механикасының есептерін шешу оңай емес болатын. Ньютон заңының көмегімен аспан денелерінің қозғалысын зерттеу- таза математикалық есепке айналды, ал аспан механикасының табыстары– математиканың дамуында елеулі жетістіктермен байланысты болды. Айталық, XVIII ғасырдың басында аспан механикасының дамуында Ньютон еңбектерінің күшті әсері арқасында болса, аяқ жағында бұл ғылым – математик ғалымдар Клеро (1713-1765), Даламбер (1717-1783), Эйлер (1707-1783), Лагранж (1736-1813) және Лаплас (1749-1827)[43] еңбектерімен дамытылды. Сол кезеңде жеке аспан денелерінің қозғалыс теорияларын құру әдістемелері жасалынды. Жер бетінде бағдарлану үшін Айдың қозғалысын анықтайтын таблицалар жасалынды. XIX ғасыр – аспан денелері, әсіресе үлкен планеталар қозғалысының аналитикалық теорияларының шығуы, қазіргі уақытқа дейін қолданылатын таблицалардың пайда болуы- астрономдардың үлкен тобының еңбегінің нәтижесі болды. Солардың ішінде көп үлес қосқандары: Леверье (1811-1877), Ньюкомб (1835-1909), Хилл (1838-1914) болған. Бұл ғасыр- аспан механикасының есептеу әдістері ғана емес, сонымен бірге бақылау әдістерінің дамып, табыстарға жетіп жүрген дәуірі. Юпитер мен Сатурнның көптеген серіктерінің ашылуы, қозғалыстарының сипаттамаларының анықталуы, Уран планетасы ашылып, орбитасының элементерінің анықталуы үлкен табыс болды. Ал Нептунның ашылу тарихы ғылыми әдістемелердің қуаттылығын көрсетті [11,24,39]. Бұл планетаны «қалам ұшымен тапты» деген теңеу бар. Бұл жайында кейінірек айта кетерміз. XIX ғасыр астрономияның тағы бір елеулі табысымен белгілі. 40-шы жылдары жұлдыздарға дейінгі қашықтықтар өлшеніп, астроном–ғалымдар жұлдыздардың Ғаламдағы қозғалыстарын механика заңдарына сүйеніп зерттей бастады. Бұл астрономияның жаңа саласы: жұлдыздық динамиканың пайда болғаны еді. Жұлдыздық динамика саласында өзіндік зертеу әдістері қалыптасқанмен, оның негізін аспан механикасының әдістері құраған. Сондықтан жұлдыздық динамиканы кейде жұлдыздардың аспан механикасы деп атайды. Бұл мәселелерді [34(29-53б),35(308-323б),36,63-67] кітаптар мен мақалалардан оқуға болады. XX ғасырдың бірінші жартысында планеталардың, серіктердің, кометалардың қозғалыс теорияларын құру әдістемелері дами берді. Бірақ бұл кез сапалық аспан механикасының дамуымен ерекшеленеді. Француз ғалымы А. Пуанкаре және орыс ғалымы А.М. Ляпунов шығарған жаңа әдістемелер аспан денелерінің қозғалыстарын жүздеген миллион жыл аралықтары үшін есептеуге мүмкіндік береді. Бұл сапалық әдістемелер аспан денелерінің қозғалыстарындағы ортақ қасиеттеріне сүйенеді. [11,17,34(3-28б.), 35(123-137б.)]. Қазіргі кезең аспан механикасының дамуында қызықты кезең. Ғарыштық зерттеулер аспан механикасына жаңа серпін бергендей болды. Космонавтиканың (ғарышкерліктің) пайда болу және даму тарихымен [11,46-59] еңбектерінде танысуға болады. Енді ол аспан денелерінің қозғалыстарын зерттеп қана қоймай, сонымен бірге жасанды аспан денелерінің қозғалысын басқарып тұруды мақсат етеді. Ал болашақта табиғи аспан денелерінің қозғалысын да басқаратын деңгейге жету мүмкін болмас па екен? Ғарыш кемелерін басқаруда басты мәселе – ұшу кезінде траекториялардың түзету, яғни коррекция жасау болып табылады. Бұл мәселе планетааралық сапарларда маңызды болып отыр. Бұл мәселені түсіну үшін физикалық тәжірибелердің барысымен салыстырып көрейік: кез-келген физикалық тәжірибе қателіксіз орындалмайды. Тәжірибе жасаған ғалымның басты көздейтін мақсаты: қателіктерді мейлінше азайту. Тәжірибе көп сатылы болса, әр сатыдағы қателіктер қосылып, үлкен шамаға жетуі мүмкін. Ғарыштық ұшу сапарларында да басында жіберілген шамалы қателіктер үлкен қашықтықтарды ұшып өткенде үлкен қателіктерге әкеліп соқтырады. Сондықтан ұшу барысында қозғалтқыштарды іске қосып түзетулерді енгізу керек. Қазіргі кезде ғарышкерлік мәселелерімен байланысты аспан механикасының тағы бір мәселесі актуальды болып келеді. Бұл “Жоғары ұйытқулар” мәселесі. Табиғи аспан денелерінің қозғалысын зерттегенде бұл мәселе көтерілмеген болатын, өйткені бұл денелердің арақашықтығы өте үлкен, сондықтан бір-біріне тарту күштері Күннің тарту күшінен әлдеқайда әлсіз. Ғарыш аппараты ұшу сапарының бір бөлігін планеталарға жақын қашықтықта өту керек, сол кезде солардың тарапынан күшті әсер түседі. Осы әсерлерді есептеу шешімді күрделендіріп жібереді. Бұрындары да осыған шамалас есептер қарастырылған болатын, атап айтқанда, кометалардың Юпитер маңынан өтуі, тіпті Марстың қозғалысының теориясын жасағанда да. Өйткені Юпитердің Марс планетасының қозғалысына әсері күшті болды. Бұл есеп „әсер ету сфералары” әдісінің көмегімен жеңілдетілетін болды. [11] Қазіргі ғарыштық зерттеулердің аспан механикасының алдына қойған мәселелердің бірі – есептеулерді тез атқару қажеттігі. Бұрынғы заманның мамандары қозғалыс теориясын қорытуға бірнеше жыл жұмсайтын, ал сол кезде жұмысты жылдамдату мәселесі көтерілмеген болатын. Қазір ғарыш аппаратының траекториясына дер кезінде коррекция енгізу үшін орбита элементтерін үздіксіз есептеп тұру керек. Ал бұл- есептеу операцияларын өте тез атқарылуын қажет етеді. Қазір бұл есептеулер электронды есептеуіш машиналарды қолданудың арқасында көп жеңілдетілді. Сонымен кейінгі жылдары аспан механикасының зерттейтін мәселелерінің көлемі ұлғайып кеткен. Бұл жаңа әдістемелердің пайда болуына және дамуына түрткі болды. Аспан механикасының басқа салалармен байланысы күшейді (басқару теориясы, биология, медицина, радиоэлектроника және т.б.). Жаңа саланың пайда болуы басқа салалардың алдына жаңа мәселелер қояды, ескі бағыттарды қайта қарауды қажет етеді. Мысалы, ғарыштық зерттеулерді іске асыру үшін үлкен планеталардың координаттарын дәлірек анықтау қажет болды. ХХ ғасырда жасанды аспан денелерін ұшыру мәселесін іске асыру үшін де осындай есептеулер жасау қажет болған. Бұл есептің ең жеңіл түрдегі үлгілері жұмысымызда келтіріліп отыр. Аспан механикасының теориялық негіздерімен Дубошиннің кітаптарынан[1,5] және Арнольдтың[10] еңбегінен танысуға болады. Бұл кітаптар математикалық жағынан қиын болса, жоғарыда айтылған: Е.А.Гребеников, Ю.А.Рябовтың кітаптары[11,14], А.А. Гурштейннің [23], Деминнің [18], О.Байндердің [15] кітапшалары - түсінуге жеңіл. Астрономияның, оның ішінде аспан механикасының мектеп курсында да алатын орны бөлек. Мектепте осы пәндер бойынша факультатив өткізуге болады. Оқушыларды қызықтыратын тақырыптардың бірі: Космонавтика. Бұл Марленскийдің [53], Кожеуровтың[56], Байндердің [15] және т.б. кітаптарда қамтылған. Планеталарды бақылау әдістерімен Бекбасаровтың [29] мектеп оқушыларына арналған кітаптан танысуға болады. Аспан механикасы саласынан көптеген есептер келтіруге болады. Сондай есептер Белонучкиннің [44] кітабында көптеп келтірілген. Біздің жұмысымызда аспан механикасына, астродинамика және ғарышкерлік космонавтика және жұлдыз жүйелері динамикасы салаларына қысқаша сипаттама беріледі. Толық және жан-жақты сипаттама беру- кейінгі басылымдардың мақсатына қалады. Жалпы сіздің назарыңызға ұсынылып отырған жұмыста Күн жүйесі планеталардың қозғалысынан және аспан механикасынан қажетті мәліметтер келтірілді. Осы саладағы маңызды мәселелермен таныстыруды мақсат қылдық. Жұмысымыздың бірінші тарауында планеталардың қозғалыстарымен, бұларды түсіндіретін модельдермен, яғни Птолемей және Коперник әлемдік жүйелерімен таныстыруды мақсат еттік. Бұл тарауға «Кеплер заңдары» тақырыбын кіргізіп отырғанымыз жұмыстың логикалық құрылымын сақтау үшін, өйткені бұл заңдар планеталардың нақты қозғалыстарын дәлірек сипаттайды. Екінші тарауда планеталардың қозғалыстарын түсіндіру мақсаты қойылады. Бұл тарауда аспан механикасы әдістемелеріне сипаттама беріледі. Бұнда математикалық аппаратты мейлінше сығымдап беруге тырыстық. Үшінші тарауда қазіргі аспан механикасының құрамындағы астродинамика, ғарышкерлік (космонавтика), Қосымшада аспан механикасынан ертеректе бөлініп кеткен жұлдыздық динамика салаларына жалпы сипаттама берілді. Қорытындылай келе, осы жұмысымды тексеруге уақытын бөлген және құнды кеңес айтқан коллегаларым Сырым Жәлел Сырымұлына, Ахметкереев Серік Хабирұлына, жұмысты дайындауға көп көмек көрсеткен Тасмағамбетов Талғат, Хисмаденов Нәби, Иманғали Ерлан, Сәриев Алтынбек сынды шәкірттеріме және т.б. көмекшілеріме алғысымды білдіргім келеді. жүктеу/скачать 2.32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|