Згідно з типовими навчальними планами загальноосвітніх навчальних закладів, у середній школі України поновлено ви­вчення астрономії як обов'язкового предмета інваріантної час­тини навчальних планів

►

ВИКЛАДАННЯ ОСНОВНИХ ПОНЯТЬ АСТРОНОМІЇ

Поряд із застосуванням знань зі нікільної програми фізики та математики під час ви­кладання астрономії доводиться використо­вувати специфічні для неї поняття й мето­ди. Зупинимося на найважливіших із них. Крім того, розглянемо деякі характерні ри­си астрономії, зокрема ті, що відрізняють її від фізики.

но спостерігача, який обертається навколо осі обертання Землі разом із земною кулею, горизонтальні координати (азимут та висота або зенітна відстань) упродовж доби змінюються. При цьому така зміна відбувається складно — нелінійно та немоно-тонно — і, крім того, залежить від географічної широти спо­стерігача. Тому й доводиться розглядати першу та другу еква­торіальні системи координат. У першій з них кутова відстань світила від основної площини — площини небесного екватора (схилення) — уже не залежить від добового обертання небес­ної сфери, друга координата (годинний кут) змінюється рівно­мірно. У другій екваторіальній системі друга координата (пря­ме сходження) відлічується від точки весняного рівнодення, що бере участь у добовому обертанні небесної сфери, і тому також практично не змінюється протягом доби. Тому координати не­бесних тіл (зір, планет та ін.) даються саме в другій екваторіаль­ній системі координат. Зауважимо також, що сама назва «пря­ме сходження» пов'язана з тим, що чим більшим воно є, тим пізніше сходить дане світило (зустрічається й назва «пряме під­несення», але, як на наш погляд, вона не є правильною).

За традицією, кути (або дуги), що є координатами в тій чи іншій системі, виражаються в градусній мірі (градуси, дуго­ві мінути та секунди) або часовій мірі (години, хвилини та се­кунди). Для обчислень на ПК, а також тоді, коли маємо справу з кутами настільки малими, що їхній синус або тангенс мож­на замінити самим кутом, треба мати значення кута в радіан-ній мірі. Знаючи визначення градуса, радіана й те, що повному колу в часовій мірі відповідають 24 години, неважко одержати співвідношення для переходу від градусної або часової міри до радіанної і навпаки та від градусної до часової і навпаки. Ду­же корисно, щоб самі учні обчислили таблицю таких співвідно­шень і надалі користувалися нею.

ВИМІРЮВАННЯ ЧАСУ

Важливе значення, особливо під час проведення спосте­режень, має обізнаність з основними поняттями, що пов'яза­ні з вимірюванням часу. Треба усвідомити, що вимірювати час з огляду на його одновимірність можливо тільки за допо­могою якогось періодичного процесу, період якого й береться

_її

g-BANOHL

Розділ І

за основну одиницю виміру часу. В астрономії таким головним процесом є добове обертання Землі й пов'язане з ним видиме обертання небесної сфери. Системи відліку часу відрізняються одна від одної тим, обертанням саме якої точки на небесній сфе­рі вимірюється час у межах доби. Якщо це точка весняного рів­нодення, то це буде система вимірювання зоряного часу, якщо центр диска Сонця — істинного сонячного часу, якщо так зване середнє Сонце — середнього сонячного часу (яким ми й корис­туємося в повсякденному житті). Слід також розуміти те, яке положення відповідної точки береться за початок доби, а також те, що момент початку доби неоднаковий для місць на різних меридіанах земної кулі. З останнім пов'язана необхідність уве­дення понять місцевого, всесвітнього та поясного часу. Додат­кове ускладнення викликає щорічний перехід від зимового ча­су до літнього й навпаки, але цей захід є економічно доцільним.

ОДИНИЦІ ВІДСТАНІ В АСТРОНОМІЇ

Відстані між планетами Сонячної системи становлять со­тні мільйонів та мільярди кілометрів. Відстані між зорями в Галактиці, а тим більше відстані до позагалактичних об'єк­тів, та їхні розміри ще значно більші. У цих умовах викорис­тання прийнятих у земній практиці одиниць довжини не є до­цільним. Тому в астрономії широко вживаними є спеціальні одиниці довжини. У межах Сонячної системи це астрономічна одиниця (а. о.) — величина великої півосі земної орбіти. Одна а. о. дорівнює 149,6 млн км. Використання астрономічної оди­ниці для вимірювання відстаней, а року для вимірювання ча­су дуже спрощує застосування третього закону Кеплера під час розгляду руху планет та інших тіл Сонячної системи й розв'я­зування відповідних задач. Поза межами Сонячної системи за­стосовується одиниця довжини, що дістала назву «парсек». Це слово утворилося від виразу «паралакс-секунда». Один парсек (1 пк) — це відстань, на якій річний паралакс дорівнює одній кутовій секунді. Тобто це відстань, із якої велику піввісь земної орбіти видно під кутом в одну секунду дуги. Оскільки в одному

180
радіані міститься 60-60 = 206 265 секунд дуги, то:

тс

12

g-BANOHL

ЗОРЯНА ВЕЛИЧИНА

Як відомо, основи фотометрії зараз вилучено з програм фі­зики середньої школи (як це не дивно). Але в астрономії без них зовсім обійтися неможливо. Тому нагадаємо їх. Яскравість — це кількість електромагнітної енергії, що її випромінює або від­биває поверхня одиничної площі в одиничному тілесному куті в одиницю часу. Освітленість — це кількість енергії, що па­дає на одиничну поверхню за одиницю часу. Потік випроміню­вання — це кількість енергії, що падає (або проходить) крізь одиничну поверхню за одиницю часу в певному тілесному ку­ті (наприклад у повному тілесному куті 4п , або розгорнутому куті 2л; , або в тому тілесному куті, під яким ми спостерігаємо певний небесний об'єкт). Якщо вказані вище величини визна­чаються енергією, яка зосереджена в певному одиничному ін­тервалі довжин хвиль або частот і належить до конкретної до­вжини хвилі або частоти, то відповідні величини мають назву монохроматичних. Зауважте, що у визначеннях ідеться про електромагнітну енергію, а не про енергію світла, бо в астро­номії ці поняття застосовуються до будь-якого діапазону елек­тромагнітного випромінювання. Важливо також розуміти, що освітленість і потік є обернено пропорційними квадрату відста­ні між об'єктом спостереження та спостерігачем, а яскравість від відстані не залежить.

Зоряна величина об'єкта — це міра освітленості, яку він створює в місці спостереження на площині, перпендикуляр­ній до напрямку на нього. Але через ряд обставин ця міра є логарифмом освітленості з протилежним знаком і певним чином обраною одиницею освітленості. Головною з цих обста­вин є психофізичний закон Вебера — Фехнера, за яким відчут­тя логарифмічно залежить від енергії збудження. При цьому

ІЗ

g-BANOHL

Розділ І

основою логарифмів є число, десятковий логарифм якого до­рівнює 0,4 (це приблизно 2,512). Вибір цієї основи пов'язаний з тим, що людина у змозі одночасно мати справу не більш ніж із 5—7 поняттями. Тому Гіппарх і розбив усі видимі неозброє­ним оком зорі саме на шість груп за їхньою характеристикою, яку він назвав зоряною величиною. Сучасне кількісне визна­чення зоряної величини ввів у 1857 р. англійський астроном Н. Погсон. Позначення зоряної величини — буква т у показни­ку степеня (від magnitude — величина). Зауважимо, що різни­ця в 1^т відповідає відношенню освітленостей приблизно в 2,5 разу, а різниця в 5^т — рівно в 100 разів. Зі знаком «мінус» у визначенні зоряної величини пов'язане те, що чим більшу освітленість створює той чи інший небесний об'єкт, тим менше алгебраїчне значення має його зоряна величина (а з останнім пов'язане вживання висловів «зірка першої величини», «зірка естради» іт. п.).

Треба чітко усвідомлювати, що поняття зоряної величини характеризує саме освітленість, створювану небесним тілом у місці, де його спостерігають, а не його яскравість. Про яскра­вість зір взагалі не можна говорити. Бо яскравість — це кіль­кість енергії, що її випромінює тіло з одиниці площі своєї по­верхні, а зорі ми спостерігаємо лише як точкові об'єкти. Тому інколи говорять, що зоряна величина визначає таку характе­ристику небесного тіла, як його блиск.

Найбільш придатна під час використання зоряних величин формула, яка пов'язує освітленості Е та зоряні величини т двох об'єктів (насамперед зір):

°^4(тг). (2.1)

Дуже корисно для засвоєння поняття зоряної величини розв'язувати задачі на обчислення сумарного блиску подвійної зорі за блиском її компонентів і одного з компонентів за сумар­ним блиском та блиском другого компонента.

Практично зоряна величина залежить і від способу її вимі­рювання. Різні приймачі випромінювання (око людини, фото-платівка, фотоелемент) неоднаково реагують на світло з різною довжиною хвилі. Тому розрізняють візуальні, фотографічні, фо­тоелектричні та інші фотометричні системи зоряних величин. І кожного разу треба усвідомити, з якою зоряною величиною ви

_її

g-BANOHL

Загальна методика викладання астрономії

маєте справу. Зрозуміло, що освітленість, створювана в даному місці небесним тілом, залежить не тільки від кількості енергії, яку воно випромінює або відбиває, а й від відстані до цього тіла. Тому безпосередньо виміряна зоряна величина має назву види­мої зоряної величини. А та зоряна величина, яку це тіло мало б, якби знаходилося на певній стандартній відстані,— це його аб­солютна зоряна величина. За таку стандартну відстань береться одна астрономічна одиниця для тіл Сонячної системи й 10 пар­сек для об'єктів поза її межами.

Оскільки освітленість Е змінюється обернено пропорцій­но квадрату відстані до джерела, то з урахуванням визначен­ня парсека результат логарифмування формули (2.1) пов'язує абсолютну та видиму зоряні величини зорі й відстань до неї в парсеках:

M = m + 5-51gr = m + 5 + \gp , (2.2)

дер — паралакс зорі. Це так звана основна формула зоряної астрономії.

СПОСТЕРЕЖНИЙ ХАРАКТЕР АСТРОНОМІЇ

Увесь досвід астрономічних досліджень указує на те, що в космосі діють ті ж самі фізичні закони, що їх вивчає фізика на Землі. Але головна відмінність астрономії від фізики полягає в тому, що в основі першої — не експеримент, а спостереження. Сучасні астрономічні спостереження — це, як правило, вимі­рювання певних характеристик випромінювання тих чи інших небесних об'єктів, вимірювання напрямку, звідки приходить випромінювання, або його фізичних характеристик — інтен­сивності, спектрального складу, стану поляризації. І часто до­водиться мати справу з дуже малими кутами, дуже слабкими потоками в умовах, коли наявні похибки вимірювань. Нерід­ко ці похибки є зіставними із самою вимірюваною величиною. Тому дуже важливим етапом астрономічних досліджень є на­копичення спостережних даних та оцінка їхньої вірогідності методами математичної статистики. Нерідко характеристики небесних тіл, насамперед зір, визначаються не з безпосередніх вимірювань, а оцінюються за тими чи іншими залежностями між цими характеристиками, що мають статистичний характер

15

g-BANOHL

Розділ І

і виконуються лише з певним розкидом. Тому дуже важливо знати не тільки числове значення певної величини, а й точність її визначення. Зокрема, це треба мати на увазі під час розв'язу­вання задач і не проводити обчислення із зайвою кількістю зна­чущих цифр, яка не відповідає точності вихідних даних.

Слід відзначити також, що в останні десятиріччя спостері­гається відчутний прогрес у створенні нових засобів астроно­мічних спостережень: створюються нові покоління телескопів великого діаметра, нові чутливі твердотільні приймачі випро­мінювання на основі так званих приладів із зарядовим зв'язком (ПЗЗ-матриці), успішно працює на навколоземній орбіті кос­мічний оптичний телескоп «Габбл» з діаметром дзеркала 2,4 м. Усе це приводить до відкриття багатьох нових небесних об'єк­тів. Тому дані про кількість відомих астрономічних об'єктів певних класів можуть досить швидко змінюватися. Насамперед це стосується кількості відкритих (занумерованих) малих пла­нет та знайдених позасонячних планетних систем. На кінець 2004 р. відкрито майже 50 тис. малих планет, серед яких понад 800 у зовнішньому поясі астероїдів — поясі Койпера (поза орбі­тами Нептуна та Плутона); знайдено більш ніж 2000 астероїдів, що зближуються із Землею; відомо вже близько 250 позасоняч­них планетних систем. Щодо кількості супутників у планет-гі-гантів, то є підстави вважати, що немає принципової різниці між дрібним супутником та структурними елементами кілець планет-гігантів. Тому питання про точну кількість супутників узагалі втрачає сенс. І доцільніше говорити про кількість відо­мих наданий час супутників планет-гігантів.

ОСОБЛИВОСТІ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВСЕСВІТІ

Дуже великі масштаби в просторі та в часі, характерні для явищ і процесів у космосі, приводять до того, що ті самі фізич­ні закони, які діють і на Землі, виявляють себе тут дещо специ­фічно порівняно із земною лабораторною фізикою. Так, напри­клад, рух у суцільному середовищі всіх астрофізичних об'єктів має турбулентний характер, бо число Рейнольдса, пропорцій­не характерному лінійному розміру явища, завжди має велике значення.

16

В астрофізиці, на відміну від лабораторних умов, винятко­ве значення має магнітогідродинамічний ефект, який полягає в підсиленні слабкого початкового магнітного поля рухами про­відного суцільного середовища, він є основним механізмом ви­никнення магнітних полів у космосі. Це також пов'язано з ве­ликими лінійними розмірами явищ і турбулентним характером усіх рухів.

У космосі надзвичайно важливими є процеси взаємодії ре­човини та електромагнітного випромінювання — випромі­нювання, поглинання та розсіяння електромагнітної енергії речовиною зір та їхніх атмосфер, планетних атмосфер і повер­хонь, міжпланетного та міжзоряного середовища. А оскільки взаємодія фотонів з атомами та молекулами речовини є про­цесом мікрофізичним, квантовим, то виняткове значення ма­ють квантові закони — закон спектрального розподілу теплово­го випромінювання абсолютно чорного тіла (закон або формула Планка) та його наслідки — закони Стефана — Больцмана та Віна. Перенесення енергії випромінюванням відіграє провід­ну роль в астрофізичних об'єктах, хоча конвективний та тур­булентний механізми перенесення тепла також можливі. По­ряд із тепловим випромінюванням подекуди діють і нетеплові механізми випромінювання — циклотронний, синхротронний, мазерний.

Головною в процесах еволюції космічних об'єктів є сила тя­жіння. Вона визначає форму та внутрішню будову зір і планет, рух небесних тіл. При цьому в дуже широкому інтервалі мас до­статньо ньютонівської теорії гравітації. У надмасивних і ком­пактних об'єктах (чорні діри, квазари, активні ядра галактик) та у Всесвіті в цілому слід застосовувати загальну теорію від­носності.

ВИВЧЕННЯ ПЛАНЕТ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Під час вивчення теми «Планети Сонячної системи» зазви­чай виходять із розуміння самого поняття «планета» як тіла, що рухається навколо Сонця та світить відбитим від його поверхні сонячним світлом. Але це, з одного боку, не дозволяє розділити великі та малі планети, відділити великі планети від астероїдів

17

g-BANOHL

Розділ І

і періодичних комет. З другого боку, випромінювання планет в інфрачервоному діапазоні та радіодіапазоні — це їхнє власне теплове випромінювання. Тому бажано мати таке визначення терміна «планета», яке б виділяло планети як певний клас кос­мічних тіл. У наведеному нами визначенні (див. с. 226) підкрес­лено, що маса тіла має бути достатньою для того, щоб його гра­вітаційна енергія була співвідносною з енергією кристалічних ґраток. Це треба для того, щоб могла відбуватися гравітаційна диференціація речовини, тобто просторове розділення різних за молекулярною масою компонент речовини планети (утворення ядра, мантії, кори, атмосфери планети). Слід, однак, мати на увазі те, що наведене визначення об'єднує в один фізичний клас космічних об'єктів і великі планети Сонячної системи, і їхні ве­ликі супутники.

На початку вивчення цієї теми доцільно також скористати­ся поняттями газової, льодяної та важкої компонент речовини Сонячної системи та їх розподілом у протопланетній хмарі. Це дозволяє зрозуміти причини існування планет земної групи та планет-гігантів і відмінностей в їхній фізико-хімічній природі. Без цього викладання теми може звестися до простого перелічу­вання планет та їхніх характеристик, що переобтяжує матеріал великою кількістю фактів і кількісних даних без встановлення логічних зв'язків між ними.

Усупереч загальноприйнятій схемі вивчення теми «Плане­ти Сонячної системи», коли розглядаються окремі планети, як правило, у порядку їхньої відстані від Сонця, доцільно, на наш погляд, запропонувати таку послідовність викладання цього матеріалу. Учням подаються основні відомості про орбітальний рух та осьове обертання, розміри та фізико-хімічні властивості планет, їхню внутрішню будову, будову їхніх атмосфер у вигля­ді послідовності таблиць, на зразок наведених у Додатках (у ви­гляді плакатів, за допомогою технічних засобів або роздаваль­ного матеріалу). Подальше вивчення матеріалу відбувається не за «горизонталлю», а «за вертикаллю», тобто розглядаються не різні властивості якоїсь однієї планети, а значення певної ха­рактеристики всіх планет у їх зіставленні між собою. Так, зі­ставлення розмірів, густин і хімічного складу одразу ж чітко виявить розподіл планет на планети земного типу та планети-гіганти, різницю між воднево-гелієвими Юпітером і Сатурном та льодяними, хоча й рідкими Ураном і Нептуном, різницю між

18

g-BANOHL

Загальна методика викладання астрономії

атмосферою Землі й атмосферами Венери та Марса і таке інше. Природно, виникають і питання про те, чому це так і чи можна встановити зв'язки між умовами утворення та еволюції окре­мих планет та їхніми властивостями. Саме порівняння значень різних характеристик планет між собою, а також наслідки, що випливають із цього порівняння, стає предметом пізнавальної діяльності учнів, а не механічне заучування цих характерис­тик. Звичайно, за такого підходу виникає питання про органі­зацію роботи учнів удома над матеріалом цієї теми. Тут, мабуть, треба використати складений учителем конспект, а також пер­ші розділи книжки [25].

До речі, таблична форма подання матеріалу, яка сприяє не послідовному, а паралельному сприйняттю однотипних понять та даних, може бути застосована і в інших темах курсу астроно­мії, таких як системи астрономічних координат, спектральна класифікація зір, класифікація нестаціонарних та подвійних зір, де важливо чітко сформулювати принцип побудови систем координат або принцип відповідної класифікації, а потім по­дати конкретну часткову інформацію в згорнутому табличному вигляді.

ЕВОЛЮЦІЯ ВСЕСВІТУ

Це, мабуть, найскладніша й у той же час одна з найважливі­ших тем курсу астрономії. Можна, зрештою, обмежитися поси­ланням на відомий зі спостережень факт розширення Всесвіту (червоне зміщення в спектрах позагалактичних об'єктів) і на на­ближене значення сталої Габбла як величини, оберненої до ча­су цього розширення, що випливає з порівняння співвідношень

г

v - Нг та v — — , де v — швидкість галактики, г — відстань до

неї, t — час. Для підтвердження необхідності нестаціонарності (розширення) Всесвіту достатньо послатися на фотометричний парадокс, що виникає в безмежному ньютонівському світі й по­яснюється досить просто. При цьому дуже корисною є несклад­на, але змістовна аналогія між Всесвітом, що розширюється, і його двовимірною моделлю — повітряною кулькою, що розду­вається. Вона наочно показує, що відбувається не рух об'єктів (галактик) у просторі, а еволюція (метрична) самого простору.

19

g-BANOHL

Розділ І

Наступний етап — це пояснення трьох основних стадій цієї еволюції: інфляційної, стадії випромінювання та стадії речо­вини. Для цього треба усвідомити, що характер метричної ево­люції Всесвіту визначається рівнянням стану переважаючої на даний час фізичної форми матерії. Це рівняння в космоло­гії використовується у вигляді зв'язку між тиском р та серед­ньою густиною енергії є: р = кг. Якщо переважає речовина в основному у вигляді зір, які практично не зіштовхуються між собою, тор-0, що і є стадією речовини, де залежність ліній­них параметрів Всесвіту така ж, як і закон прямолінійного ру­ху матеріальної точки в ньютонівському всесвіті. Але при цьо­му густина енергії випромінювання зменшується швидше, ніж у речовини, бо зменшується не тільки концентрація фотонів, але й енергія кожного фотона внаслідок збільшення довжини його хвилі. Тому раніше внесок густини випромінювання вва­жався визначальним і темп розширення Всесвіту визначався

його рівнянням стану, яке має вигляд р = — . Це й була стадія

випромінювання. Але на ранньому етапі еволюції Всесвіту, ко­ли він був надзвичайно щільним та гарячим, матерія могла іс­нувати лише у формі так званого фізичного вакууму з досить дивним на перший погляд рівнянням стану р — -£, що приво­дить до експоненціального (показникового) закону розширення Всесвіту,— це і є інфляційна стадія (до речі, грошова інфляція розвивається за таким же законом, якщо їй не протидіють ан-тиінфляційні процеси, у чому ми в Україні могли переконатися в 1992—1995 рр.).

Ще вищий рівень — це розглядання фізичної еволюції Все­світу, тобто послідовної зміни основних фізичних форм існуван­ня матерії — від фізичного вакууму до атомів та молекул, але це потребує мінімальних знань із фізики елементарних частинок.

АНТРОПНИЙ ПРИНЦИП

Надзвичайно цікаві пізнавальні процеси, що відбувають­ся на стику фізики надвисоких енергій та космології раннього Всесвіту, мають велике значення не тільки для фізики та астро­номії, а й для уявлень людини про навколишній світ у цілому,

20

g-BANOHL

Загальна методика викладання астрономії

для всієї людської культури. Ранній (квантовий) етап еволю­ції Всесвіту і є тією предметною цариною, яка безпосередньо потребує єдиної теорії взаємодій. З другого боку, ті наслідки фізичних процесів раннього Всесвіту, які зараз спостерігають­ся,— єдина можливість перевірки цієї теорії. Такі пізнавальні процеси ще тільки інтенсивно розвиваються, є різні теоретич­ні схеми побудови єдиної теорії поля, різні сценарії еволюції раннього Всесвіту. Але з тих результатів, що вже одержані, і з тих перспектив, що проглядаються, можна зробити принай­мні два важливі висновки загальнонаукового та світоглядного значення.

Перший із них полягає в тому, що найбільш загальні та гли­бинні властивості нашого світу — його фундаментальні фізичні властивості — перестають бути просто сукупністю емпіричних фактів. Ми можемо ставити питання, а головне, шукати на них відповіді: чому ці властивості саме такі та як вони виникли. Це стосується таких засад буття, як вимірність простору, кількість фундаментальних взаємодій та значення констант, що їх визна­чають, спектр мас елементарних частинок. Отже, основи фізи­ки — науки про найбільш загальну форму руху матерії — набу­вають еволюційного характеру. У зв'язку з цим нагадаємо, що модель гарячого Всесвіту заклала еволюційний фундамент хімії (а відтак і біології), а сама ідея нестаціонарного Всесвіту є най­більш грандіозним виявом еволюціонізму в сучасній астроно­мії. Таким чином, на межі XX і XXI століть усе природознав­ство набуває послідовно еволюційного характеру.

Другий висновок пов'язаний із так званим антропним прин­ципом. Зараз можна навести цілу низку фізичних та астрофі­зичних фактів і міркувань, які свідчать про те, що згадані вище фундаментальні фізичні характеристики визначають не тіль­ки все розмаїття фізичної та астрономічної картини нашого сві­ту, але і його властивості в інших аспектах, на інших ступе­нях буття. Основні з цих фактів такі. Існування гравітаційно та електростатично зв'язаних систем і водночас їхнє руйнування можливе лише в тривимірному просторі. Відношення мас про­тона й електрона та протона й нейтрона мають бути (з точніс­тю до десятків відсотків) саме такими, якими вони є в нашому світі, щоб енергетично вигіднішим був розпад вільного ней­трона, а не перетворення всіх протон-електронних пар на ней­трони, і водночас могли відбуватися ядерні реакції утворення

21

g-BANOHL

Розділ І

з протонів ядер Гелію. Співвідношення між гравітаційною та електромагнітною взаємодіями мають бути за порядком величи­ни такими, які ми спостерігаємо, щоб могли утворюватися зорі як об'єкти з ядерними джерелами енергії. І такі зорі могли б іс­нувати достатньо довго для того, щоб встигали утворюватися планетні системи, а на окремих планетах встигало б виникати й еволюціонувати життя. Середня густина матерії у всесвіті має бути близькою до критичної, що також є характерним для на­шого Всесвіту.

Усе це дає підстави зробити такий висновок: для того щоб у всесвіті могли виникнути й розвинутися форми організації та руху матерії більш складні, ніж суміш елементарних части­нок, треба, щоб фундаментальні фізичні властивості цього все­світу не були довільними й навіть не просто перебували в пев­них межах, а були відповідним чином збалансовані між собою. Цей висновок, що має величезне загальнонаукове та світогляд­не значення, дістав назву антропного принципу. Об'єктивний фізичний зміст антропного принципу полягає в тому, що він ви­значає необхідні умови утворення складних фізичних структур (атомів та молекул), а цим і умови розвитку складніших рів­нів організації та руху матерії — хімічного, біологічного (ор­ганічного життя), соціального (розумного життя) тощо. Одразу ж виникає питання: чи є ці необхідні фізичні властивості да­ного всесвіту (розмірність простору, спектр мас елементарних частинок, співвідношення між константами фундаменталь­них взаємодій) достатніми умовами його якісної еволюції в бік ускладнення структур, що в ньому виникають? Дані синергети­ки дозволяють сподіватися на одержання ствердної відповіді на це питання.

Сформульоване вище твердження інколи має назву так зва­ного слабкого антропного принципу. Для формулювання силь­ного антропного принципу, за яким властивості нашого Все­світу є такими, якими вони є, тому що в ньому мала з'явитися людина, об'єктивних підстав немає.

Але неминуче виникає питання: а чому ж наш світ саме та­кий — з малоймовірним поєднанням його властивостей, які дозволили принаймні на одній планеті виникнути розумному життю? І важко заперечувати, що досить природною буде та­ка відповідь: наш світ створений саме з цією спеціальною ме­тою — появи в ньому людини. Отже, антропний принцип ніби

22

g-BANOHL

Загальна методика викладання астрономії

підштовхує нас до телеологічного погляду на нього (від «теле-олос» — мета). Проте слідом виникає питання: ким створений? Таким чином цей телеологічний погляд на світ приводить і до теологічного погляду на нього, приводить до ідеї бога-творця, деміурга цього світу.

Чи можливо в цих умовах зберегти й розвинути матеріаліс­тичний погляд на світ як на такий, що його, за відомими сло­вами Геракліта Ефеського, «не створив ніхто ні з богів, ні з лю­дей»? Позитивна відповідь на це питання пов'язана з одним із висновків, що випливає з розгляду процесів на ранній планків-ській стадії історії Всесвіту. Це висновок про можливу множин­ність всесвітів із різними фундаментальними властивостями, що виникають з одного всеосяжного квантового Всесвіту. Та­ким чином, доходимо висновку, що поява всесвіту з усіма умо­вами, потрібними для розвитку вищих, ніж фізична, форм руху матерії, є подією випадковою.

Але в разі достатньо великої кількості всесвітів імовірність такої події також буде достатньо великою. За наявними оцінка­ми, ця кількість має значення N>10' . Отже, існування світу, у якому виникло розумне життя, є явищем цілком природним і закономірним, однак ця закономірність має стохастичний ха­рактер.

Думка про те, що людина та її життя тісно пов'язані з при­родою, причому не тільки з тією, яка безпосередньо оточує лю­дину, а й з космосом, із Всесвітом, є без перебільшення такою ж старою, як і саме людське мислення. І ось уперше в історії ця ідея виступає як науково обґрунтоване положення. У цьо­му — фундаментальне філософське значення антропного прин­ципу. Цей принцип означає новий, більш глибокий рівень піз­нання еволюційних зв'язків між різними щаблями організації та руху матерії. У цьому полягає його інтегративне загальнона-укове значення. Зараз гостро постає проблема відповідальнос­ті людства й кожної окремої людини за долю навколишнього природного середовища, за долю планети Земля. Із часом ареал буття та перетворювальної діяльності людства буде поширюва­тися все далі в космос. Разом із цим мусить зростати й відчуття відповідальності людини за світ, у якому вона живе й діє. Ан­тропний принцип підносить рівень цієї відповідальності до кос­мічних, справді вселенських масштабів. У цьому його неабияке соціальне і моральне значення.

23

g-BANOHL

Розділ І

АСТРОНОМІЯ ТА АСТРОЛОГІЯ

Перші спроби первісних людей усвідомити явища навко­лишньої природи, часом загрозливі для них, привели до олюд­нення, а потім і обожнення цих явищ. Але свідомість первісної людини вимагала наочного уособлення духів, богів та інших мі­фічних істот, що нібито керують навколишнім світом і самою людиною. І тут у нагоді стали насамперед астрономічні об'єк­ти — Сонце, Місяць, яскраві зорі та планети. Потім виникло ба­жання за положенням і рухом небесних світил з'ясувати їхню «волю», тим чи іншим шляхом спонукати їх на добре ставлення до себе, свого племені (пізніше — до своєї держави) і на зле — до своїх ворогів. Так виникли астрологічні вірування. Але це водночас спонукало до нових спостережень за рухом небесних світил, до накопичення емпіричних закономірностей цього ру­ху, що вело до створення первинної спостережної бази наукової астрономії.

Астрологія в її сучасній формі зводиться до визначення зна­ка зодіаку, до якого належить людина (що, до речі, може не збі­гатися з фактичним знаходженням Сонця у відповідному зодіа­кальному сузір'ї).

Астрологія вважає, що здатна за розміщенням Сонця, Мі­сяця та планет відносно знаків зодіаку визначати характер лю­дини, наслідки тих чи інших дій людини в будь-який час і дава­ти рекомендації щодо цих дій. Але ніяких об'єктивних підстав для цього немає. Деякий вплив на стан здоров'я людини може мати відносне положення Сонця і Місяця через величину при­пливної дії на верхні шари земної атмосфери та її вплив на по-годні процеси. Але до того, на що претендує астрологія, це жод­ного стосунку не має.

Існує цікавий засіб продемонструвати учням безпідстав­ність астрологічних прогнозів, зокрема висновків про харак­тер людини. Учитель коротко розповідає учням про принци­пи складання гороскопів. Потім учні складають свої гороскопи й результати порівнюють з дійсністю. Оскільки насправді при цьому йдеться про порівняння двох незалежних рядів подій, то приблизно в половині випадків спостерігатиметься деякий збіг, але в другій половині випадків його не буде. З цією обставиною пов'язане те, що, маніпулюючи, свідомо чи ні, такими даними, можна «довести» справедливість астрологічних прогнозів за до-

24

помогою методів математичної статистики, тобто створити ви­димість «наукового» обґрунтування астрології.

Захоплення вірою в астрологію — це явище суто соціаль­но-психологічне. Людина вірить у те, у що вона хоче вірити, у те, що дає їй психологічний комфорт. Тому вона запам'ятовує випадкові збіги астрологічних прогнозів із реальністю, відсут­ність же таких збігів її свідомістю відкидається.

Але історичний досвід свідчить, що окрема людина, кожна держава, людство в цілому тоді досягають справжнього успі­ху, коли спираються на силу знань, силу свого інтелекту в по­єднанні з моральними принципами добра та соціальної спра­ведливості, що їх виробило людство. Чи не найбільш яскраво підтверджують силу людського розуму успіхи наукової астро­номії в пізнанні Всесвіту та справжнього місця людини в ньо­му. Відомий французький математик А. Пуанкаре (який зробив значний внесок і в розвиток фізики, астрономії та філософії) у своїй книжці «Цінність науки» писав: «Уряди та парламенти повинні вважати астрономію однією з найдорожчих наук, най­менший інструмент коштує сотні тисяч франків, невелика об­серваторія — мільйони, кожне затемнення веде до додаткових кредитів. І все це заради світил, які так далеко від нас, які ціл­ком чужі нашим виборчим чварам...

Можна було б, звичайно, розповісти їм про морську спра­ву, значення якої визнається всіма й для якої потрібна астро­номія. Але це означало б звертати увагу на менш важливий бік справи.

Астрономія корисна, тому що вона підносить нас над нами самими; вона корисна, тому що вона велична; вона корисна, то­му що вона прекрасна. Вона показує нам, яка нікчемна люди­на тілом і яка велична вона духом, бо розум її в змозі осягнути сяючі безодні, де тіло її є лише темною точкою, у змозі насоло­джуватися їх мовчазною гармонією. Так приходимо ми до усві­домлення своєї могутності. Тут ніяка ціна не може бути занад­то дорогою, тому що це усвідомлення робить нас сильнішими».

І далі він зазначає (маючи на увазі Й. Кеплера й відкриті ним закони планетних рухів), що саме «астрономія відкрила нам існування законів природи».

Краще, мабуть, про велике світоглядне значення астро­номії, про її чільне місце в духовному житті людства й не скажеш.

25

g-BANOHL

g-BANOHL

Розділ І

_{► З}

НАВЧАЛЬНІ АСТРОНОМІЧНІ СПОСТЕРЕЖЕННЯ

має бути абсолютно виключеною. Щодо нічних спостережень, то майданчик для їх проведення слід уважно оглянути вдень, перевірити, чи немає на ньому сторонніх предметів, ям, канав і такого іншого. У вчителя та кількох учнів мають бути ліхта­рики, завчасно перевірені на справність. Під час спостережень треба вести журнал, у який заносяться дата й час спостережень, спостережувані об'єкти та мета їх спостережень, результати ви­мірювань. Записувати слід заздалегідь підготовленим олівцем. Нижче описано шість спостережних робіт. У роботах розгля­нуто два рівні складності. Перший рівень відповідає в основному 17-годинній програмі вивчення астрономії, другий — програмі на 34 год. В описі робіт містяться рекомендації щодо їх виконан­ня, на основі яких учитель зможе самостійно сформулювати за­вдання. У тексті також фігурують вирази «Знайдіть..., Визна­чте...», тобто такі, якими вчитель ставитиме завдання учням.

РОБОТА № 1