Astronomia p.n.e
Astronomia jest najstarszą z nauk przyrodniczych. Jej początki sięgają ok. 3000 r. p.n.e., wtedy to jej niektóre prawa były znane Babilończykom, Indom, Chińczykom oraz Egipcjanom. Jednakże dopiero u Greków astronomia stała się tą właściwą wiedzą. W tym okresie najwyraźniej widoczne były dwa nurty:
● praktyczny - związany z potrzebami życia codziennego,
● naukowy - koncentrujący się na budowie modeli matematycznych, które pozwalały opisywać ruchy planet na sferze niebieskiej i przewidywać ich przyszłe położenia.
Pierwszy z tych nurtów dominował przede wszystkim w Egipcie, gdzie już ok. 3000 r. p.n.e. został wprowadzony kalendarz oparty na podziale roku na 365 dni oraz podział dnia i nocy na 12 części, skąd wzięła się nasza doba, mająca 24 godziny. Drugi był wykorzystywany w Grecji. Połączenie obu tych nurtów miało miejsce w Mezopotamii.
Sumerowie, zamieszkujący Mezopotamię, wnieśli swój wkład do astronomii poprzez wprowadzenie nazw dla gwiazdozbiorów. Najstarsze teksty astronomiczne, pochodzące za czasów babilońskich, datowane są na przełom XVIII/XVII w. p.n.e.. Najstarsze z nich to "Enuma Anu Enlil", które zawierało informacje o położeniach i okresach widoczności Wenus. W Mezopotamii rozwój astronomii wiązał się ściśle z astrologią życia społecznego i politycznego. Babilończykom zawdzięczamy wprowadzenie zodiaku (ok. V w. p.n.e.), zarówno jako konstelacji, jak i koła wielkiego (podstawa ekliptycznego układu współrzędnych na sferze niebieskiej). Oprócz tekstów o zaobserwowanych zjawiskach astronomicznych, pozostawili oni dokładnie wyznaczone "fundamentalne" parametry takie jak: rok zwrotnikowy, stosunki między obiegami planet itp. Już ok. 500 r. p.n.e. astronomia babilońska umożliwiała obliczanie czasu występowania zjawisk na niebie takich jak: nów i pełnia Księżyca, zaćmienia, okresy widoczności planet.
Astronomia w Grecji również "owocowała" w ciekawe osiągnięcia i teorie. W jej pierwszym okresie była nauką czysto opisową. Wtedy też pojawiło się wiele teorii kosmologicznych, które próbowały wyjaśnić fizyczną naturę świata i ciał niebieskich. Autorami tych teorii byli: Tales z Miletu, Anaksymander oraz Pitagoras. Tales z Miletu, przewidział zaćmienie Słońca 22 V 585 r. p.n.e.. Stwierdził on także, że Księżyc świeci światłem odbitym. Tales przedstawił również swój model świata, jako płytę pływającą po oceanie. Pitagoras, rozpoznał kulisty kształt Ziemi i wprowadził termin "kosmos". Wyobrażał on sobie niebo jako szereg kryształowych kul, obracających się dokoła Ziemi wraz z osadzonymi na nich planetami i gwiazdami. Poglądy Pitagorasa na budowę świata zachowali: Platon, Eudoksos i Arystoteles.
Teorii kulistości Ziemi bronił również Platon. Przyjmował on w swej kosmologii, że Wszechświat jest "urządzony harmonijnie". Zaproponował on także, aby przyjąć ruch ciał niebieskich jako jednostajny i kołowy. Jednak założenie to sprawiało duże problemy. Jako pierwszy, problem ten rozwiązał Eudoksos z Knidos, który był uczniem Platona, przedstawiając model świata w postaci współśrodkowych sfer. W modelu tym każda planeta była unoszona przez jedną lub kilka sfer, obracających się za stałą prędkością wokół Ziemi. Model ten rozwinął później Kalippos, zwiększając liczbę sfer z 26 do 35, a następnie przyjął go Arystoteles, który "rozbudował" go do 55 sfer. Jednakże model ten nie był wstanie opisać ruchu planet.
Arystoteles przedstawił również swoje dowody na kulistość Ziemi, poprzez kształt jej cienia oraz zmiany wysokości gwiazdy ze zmianą południka.
Kolejny okres w astronomii greckiej charakteryzował się wyznaczeniem modeli planetarnych wprost z obserwacji. Obserwacje takie rozpoczął w III w. p.n.e. Arystarch z Samos, który opracował metodę pomiaru odległości Ziemia-Księżyc i Słońce-Ziemia, stwierdzając przy tym, że Słońce znajduje się 19 razy dalej od Ziemi niż Księżyc. Wysunął on również, jako pierwszy, hipotezę że Ziemia wykonuje dwa obroty: jeden wokół swej osi, a drugi wokół Słońca, lecz nie mógł na to znaleźć dowodów. Pogląd ten choć odpowiadał rzeczywistości, nie pasował do tamtych czasów i został zapomniany na długie stulecia. Odległość Słońca do Ziemi próbował wyznaczyć także Eratostenes, który wsławił się obliczeniem obwodu Ziemi. Było to ok. 220 r. p.n.e.. Kolejnym etapem w dziejach astronomii było wprowadzenie przez Apoloniusza z Pergi dwóch modeli orbit planet (oba te modele były równoważne):
● planeta krąży wokół Ziemi ruchem jednostajnym po okręgu, ale Ziemia nie leży w jego środku, lecz jest od niego nieco odsunięta, co miało powodować zmiany odległości planet od Ziemi,
● planeta porusza się ruchem jednostajnym po małym okręgu (epicykl), którego środek również wędrował ruchem jednostajnym po dużym okręgu (deferent), natomiast środek deferentu pokrywał się z Ziemią.
Pierwszy z tych modeli wykorzystał Hipparch do opisania ruchu Słońca wokół Ziemi. Wyznaczył on parametry orbity na podstawie pomiarów długości dwóch pór roku: wiosny i lata. Drugi z modeli posłużył mu do przedstawienia ruchu Księżyca, w których korzystał z danych ze źródeł babilońskich. Jemu przypisuje się odkrycie zjawiska precesji astronomicznej, prowadzenie systematycznych obserwacji astronomicznych oraz sporządzenie pierwszego obszernego katalogu gwiazd. Był on "największym" ze starożytnych astronomów. Informacje o jego osiągnięciach zachowały się niemal wyłącznie we fragmentach "Megale syntaxis" ("Almagestu") - Ptolemeusza, który był kontynuatorem jego dzieła.
Tajemnicze światła na niebie, a przede wszystkim Słońce w dzień i Księżyc w nocy, przyciągały uwagę człowieka od początku jego istnienia. Istniały dwie przyczyny, dla których starożytny człowiek prowadził obserwacje astronomiczne:
● w wielu religiach gwiazdy były czczone jak bogowie,
● potrzeba wyznaczania czasu.
Ponieważ pierwsze obserwacje nieba służyły zarówno celom religijnym, jak i kalendarzowym, były prowadzone przez kapłanów-astronomów. Również niektóre budowle z tych czasów miały podwójne znaczenie. Przykładem może być tutaj Stonehenge w południowej Anglii. Budowla ta o kształcie okręgu powstała ok. 2500 r. p.n.e.. Wyznacza kierunki wschodów i zachodów Słońca i Księżyca. Kolejnym przykładem może być piramida Cheopsa w Egipcie. Jej boki wskazują dokładnie cztery strony świata (północ, południe, wschód i zachód). Z rycin, płyt kamiennych i innych tekstów można wywnioskować, że wiedza matematyczna i obserwacje ciał niebieskich była na wysokim poziomie np.: rękopis Majów mówi o całkowitym zaćmieniu Księżyca z 15 II 3379 r. p.n.e..
Astronomia do X w.
Następcą Hipparcha był Klaudiusz Ptolemeusz, który zapisał jego osiągnięcia w swoim dziele "Almagest". Był on zarazem kontynuatorem dzieła Hipparcha. Ptolemeusz pracując w Aleksandrii "stworzył" astronomię, która osiągnęła swoistą doskonałość i kompletność. Swoją wiedzę zawarł w 13 księgach, które zawierały wszystkie dotychczasowe osiągnięcia astronomii. W dziele tym przedstawił model Wszechświata, z Ziemią w środku. Nazwa tego geocentrycznego obrazu świata była od tego czasu związana z jego nazwiskiem i przetrwała aż do czasów polskiego astronoma, Mikołaja Kopernika. Za jego sprawą utrwalił się także porządek planet w rosnącej odległości od Ziemi. Dzieło Ptolemeusza jest ukoronowaniem dokonań astronomii starożytnej. Podczas gdy astronomia w Grecji miała swój rozkwit, w Europie uległa zahamowaniu. Odrodzenie nauki astronomii w Europie wiązało się z dokonaniami astronomów islamskich. Oni to przełożyli znane dzieła, w tym "Almagest" Ptolemeusza, na język arabski i poprzez Hiszpanię (islam był "uprawiany" w mauretańskiej Hiszpanii) trafiał do Europy Zachodniej. Uczeni arabscy wnieśli duży wkład w rozwój astronomii sferycznej, co zaowocowało takimi nazwami jak: zenit, nadir, azymut.
Wraz z rozpowszechnieniem się w Europie, arabskiej wersji astrolabium, upowszechniały się arabskie nazwy najjaśniejszych gwiazd. W krajach islamskich budowano również obserwatoria, wyposażone w instrumenty do obserwacji. Do najbardziej znanych należy obserwatorium w Maradze. Próbowano wyznaczyć dokładniejsze parametry orbit oraz opracowywano lepsze modele Wszechświata. Owocowało to wieloma ciekawymi odkryciami i dokonaniami. Thabit ben Qurra pragnąc wyjaśnić rozbieżność między obserwowaną wartością precesji, a wartością podaną przez Ptolemeusza, wysunął nową teorię tego zjawiska. Mahammad al-Battani na podstawie własnych obserwacji poprawił wiele parametrów w układzie geocentrycznym. Wyznaczył on również wędrówkę Słońca po niebie w ciągu roku. Jego "Tablice astronomiczne" były w późniejszym czasie używane przez astronomów europejskich.
Próbowano również zmienić model Ptolemeusza dotyczący ruchu planet, gdyż nie pasował do filozoficznej koncepcji doskonałego ruchu jednostajnego. Wśród osób, które próbowały zmienić ów model, a tym samym zaproponowały "swój" można wymienić: Ibn Junis, który prowadził również obserwacje planet w obserwatorium w Kairze; Ibn Ruszda z Andaluzji i wielu innych.
Astronomia do XVIII w.
Odrodzenie nauki astronomii w Europie Zachodniej wiąże się z przyswajaniem wiedzy arabskiej (przekłady na język arabski dzieł greckich i islamskich uczonych) w XI i XII w. w ośrodkach hiszpańskich. W ten sposób Jan Sacrobosco napisał z początkiem XIII w. "Traktat o sferze" - dzieło opisujące podstawy astronomii Ptolemeusza. W połowie XIII w. pod protektoratem króla Kastylii i Leonu, Alfonsa X Mądrego, powstały "Tablice alfonsyńskie", które zastąpiły "Tablice toledańskie". Podawały one sposoby obliczania położeń planet według modeli Ptolemeusza.
Znaczący postęp przyniósł okres, który przypadł na koniec XV/początek XVII wieku. W pierwszej fazie powstawania nowego modelu Wszechświata najważniejszą rolę odegrały dwa ośrodki: wiedeńsko-norymberski i krakowski. Z ośrodka wiedeńsko-norymberskiego należałoby wymienić Georga Peuerbacha oraz Johannesa Müllera. George Peuerbach postawił sobie za cel odnowę astronomii poprzez studiowanie dzieł starożytnych. Na tej podstawie zaczął pisać skrót astronomii Ptolemeusza "Nowe teorye planet". Postanowił też napisać streszczenie "Almagestu", jednak zmarł, a jego dzieło dokończył i wydał Müller. Oba z tych dzieł cieszyły się wielką popularnością. Do dzieła "Nowa teorya planet" zostały stworzone tablice astronomiczne, w których znajdowało się położenie ciał niebieskich w okresie 1475-1506.
Z ośrodka krakowskiego należy wymienić wielkiego polskiego uczonego, Mikołaja Kopernika (1473-1543). To jemu zawdzięczamy obecny model Wszechświata, ze Słońcem w środku Układ Słonecznego. Swoją teorię zawarł z dziele "De revolutionilus" opublikowanym w 1543 roku. Było ono poparte zasadami starożytnej astronomii, jak również obserwacjami.
W drugiej połowie XVI w. duński astronom, Tycho Brahe, sprawił że o dalszych losach modeli świata zaczęły decydować coraz to bardziej dokładniejsze obserwacje. Rozpoczął on w 1576 roku budowę obserwatorium na wyspie Hven, gdzie do 1597 r. z bardzo dużą dokładnością prowadził i sporządzał zapiski, położenia planet i gwiazd. Obserwując kometę w 1577 r., zauważył że porusza się ona w miejscu zastrzeżonym przez model Ptolemeusza dla planet. Doszedł więc do wniosku, że istnienie sfer unoszących planety jest niemożliwe. Swoje ostatnie lata spędził w Pradze, na dworze cesarza Rudolfa II. W opracowaniu pomiarów pomagał mu Johannes Kepler, który był zwolennikiem teorii kopernikańskiej. Kepler opierając się o wyniki obserwacji Brahe'go odkrył istotę ruchu planet i sformułował swoje słynne trzy prawa ruchu planet. Ukazały się one w 1609 r. w "Nowej astronomii".
Rok 1609 był również przełomowy pod innym względem. Wtedy to po raz pierwszy w historii ludzkości, włoski uczony Galileo Galilei, skierował swoją wybudowaną lunetę w niebo. Za jej pomocą zobaczył m.in.: rzeźbę powierzchni Księżyca, z górami i dolinami; odkrył cztery największe księżyce Jowisza, które przypominały mu miniaturowy model Układu Słonecznego; "zgrubienie" Saturna, gdyż tak przedstawiały się jego pierścienie; plamy na Słońcu oraz fazy Wenus. Skierował on także swoją lunetę na Drogę Mleczną i zobaczył, że składa się ona rzeczywiście z gwiazd. Było dla niego jasne, że Ziemia jest tylko jednym z wielu ciał niebieskich i nie jest środkiem wszystkich ruchów. W ten sposób przyjął on kopernikański model świata i próbował spowodować, aby model ten przyjął kościół katolicki. Jednakże Rzym, uznał iż model Kopernika przeciwstawia się Pismu Świętemu. W wyniku tego Galileusz musiał odwołać swoje poglądy.
Kolejnym ważnym odkryciem było sformułowanie przez Isaaca Newtona prawa powszechnego ciążenia. Zostało ono opublikowane w dziele "Philosophiae naturalis principia mathematica". Równolegle z tymi odkryciami konstruowano coraz bardziej doskonalsze przyrządy optyczne, w tym pierwsze teleskopy zwierciadlane o układzie optycznym typu Newtona i Cassegraina. Zaczęły też powstawać nowe obserwatoria europejskie. Szczególnie znaczenie miały obserwatoria w Paryżu i w Greenwich pod Londynem. Obserwatorium w Paryżu, w tym okresie było kierowane przez Jean Dominique Cassiniego, który dokonał licznych odkryć dotyczących ciał Układu Słonecznego. Wyznaczył m.in.: okres obrotu Jowisza i Marsa; dostrzegł przerwę w pierścieniu Saturna, która została później nazwana jego nazwiskiem oraz odkrył cztery księżyce Saturna. Natomiast w obserwatorium w Greenwich, gdzie dyrektorem był John Flamsteed, prowadzono obserwacje pozycji gwiazd. Wynikiem tego było opublikowanie w 1712 roku przez Flamsteeda katalogu współrzędnych 2866 gwiazd.
Również inni uczeni ogłaszali swoje teorie m.in.: Huygens - opracowanie teorii rozchodzenia się fal świetlnych, a udoskonaliwszy lunetę odkrył prawdziwą naturę pierścieni Saturna oraz jeden z jego księżyców; Olaf Römer - oznaczył szybkość rozchodzenia się światła oraz wynalazł koło południkowe, które do tej pory jest używane w najnowocześniejszych obserwatoriach.
Astronomia do XX w.
Wiek XVIII zapisał się w historii astronomii udoskonalaniem przyrządów obserwacyjnych. Wśród wielu osiągnięć w tym wieku do najbardziej znaczących należy zaliczyć odkrycie ruchów własnych gwiazd. Odkrycia tego dokonał w 1718 r. Edmond Halley, który w tym czasie był dyrektorem Obserwatorium w Greenwich. Obalił on tym samym przyjmowany model, iż gwiazdy zajmują niezmienne położenie na sferze niebieskiej. Doszedł on także do wniosku, że pojawiająca się na niebie od kilkuset lat pewna kometa, o okresie obiegu 76 lat, jest jedną i tą samą kometą. Wyznaczył jej powrót na rok 1751, jednak sam nie mógł jej podziwiać, gdyż w 1742 r. zmarł. Kometa ta otrzymała później jego nazwisko.
Równie ważnym odkryciem było zmierzenie przez Jamesa Bradleya w 1725 roku, aberracji światła. Stanowiła ona bezpośredni dowód na to, że Ziemia krąży wokół Słońca. Rok 1781 również zapisał się w historii astronomii. W tym bowiem roku angielski astronom, William Herschel, odkrył nową planetę poszerzając tym samym granicę Układu Słonecznego. Planetę nazwano później - Uranem. Swoją karierę astronomiczną zrobił w Anglii, gdzie w Bath niedaleko Londynu, zbudował wielki teleskop, za pomocą którego odkrył wspomnianą wcześniej planetę. Z jego dalszych dokonań można wyróżnić m. in.: pomiar i katalogowanie gwiazd. Stwierdził on też, że oprócz pozornych gwiazd podwójnych, których bliskość na niebie wynika z tego, iż obserwowane z Ziemi leżą prawie w tym samym kierunku, istnieje wiele rzeczywistych układów podwójnych, w których gwiazdy obiegają wspólny środek masy. Za pomocą swojego wielkiego teleskopu badał również Drogę Mleczną.
Od drugiej połowy XVIII wieku powstawać zaczęły pierwsze teorie kosmogoniczne. W ten sposób próbowano dać odpowiedź na pytanie o początku i tworzeniu się Wszechświata. Immanuel Kant, filozof z Królewca, przedstawił w 1755 r. w swoim dziele pt.: "Allegemeinen Naturgeschichte und Theorie des Himmels" słynną hipotezę meteorytową. Według tej teorii Układ Słoneczny powstał z dużego obłoku pierwotnego, którego cząsteczki znajdowały się w nieustannym ruchu. Zderzając się ze sobą. Traciły prędkość i w ten sposób były przyciągane ku centrum obłoku, z którego powstało Słońce. Te które kierowały się w stronę przeciwną, czyli kierowały się w stronę peryferii obłoku, nabierały prędkości i zlepiając się utworzyły planety i księżyce. Kolejna teoria pojawiła się w 1796 roku w dziele "Exposition du systéme du monde", francuskiego astronoma i matematyka, Pierre Simon de Laplace. Była to teoria mgławicowa. Zgodnie z nią Układ Słoneczny powstał z wirującej chmury gazu, która poprzez stygnięcie kurczyła się i przez to zwiększała swoją prędkość rotacji. Na równiku owej chmury siła odśrodkowa stawała się większa niż siła przyciągania, co powodowało odrzucanie pierścieni materii, z których utworzyły się planety. Na tej samej zasadzie, z oddzielających się od planet pierścieni materii powstawały ich księżyce. Teoria ta przyczyniła się do powstania w XX wieku teorii Jeansa Weizsäckera, Kuipera i Alfvéena.
Duże znaczenie w praktycznym zastosowaniu astronomii dla określania pozycji statku na morzu miało wynalezienie w 1735 r. przez Johna Harrisona, chronometru. Około 1730 r. zastosowano w lunetach obiektywy achromatyczne, co wiązało się z bardziej dokładnymi obserwacjami w wyznaczaniu pozycji ciał niebieskich. Oprócz lunet, podstawowymi instrumentami w powstających na przełomie XVIII i XIX w. obserwatoriach, były instrumenty przejściowe oraz koła południkowe, za pomocą których wyznaczano dokładne położenia ciał niebieskich. Obserwacje te pozwoliły w latach 1835-1838 wyznaczyć pierwsze paralaksy gwiazd. Dokonali tego: Wasilij J. Struve w Dorpacie (obecnie Tartu) w Estonii, Friedrich Wilhelm Bessel w Królewcu oraz Thomas Henderson w Cape Town (Afryka Płd.). Paralaksa była koronnym dowodem na prawdziwość teorii heliocentrycznej Kopernika. Poszukiwana była również przez Tychona Brahe, Bradleya oraz Herschela, lecz nie zdawali sobie sprawy z tego, ile wynosi odległość do najbliższych gwiazd, a zatem nie wiedzieli, że wartość paralaksy wynosi poniżej jednej sekundy kątowej. Dzięki dużej liczbie wykonanych obserwacji astrometrycznych udało się stworzyć obszerne katalogi gwiazd. Największy z nich powstał w połowie XIX w. w Obserwatorium Astronomicznym w Bonn pod kierunkiem Friedricha Wilhelma Argelandera, który był dyrektorem tegoż obserwatorium. Katalog ten, znany pod nazwą "Bonner Durchmusterung", zawierał pozycje 320000 gwiazd północnej półkuli nieba wraz z atlasem, dał podstawy naukowe badaniom gwiazd zmiennych. Został on poszerzony o gwiazdy południowej półkuli nieba pod koniec XIX wieku.
Z początkiem XIX w. wiąże się jeszcze jedna ciekawa obserwacja. Otóż w tym czasie, podczas swojej obserwacji w Palermo na Sycylii, Giuseppe Piazzi odkrył w przestrzeni pomiędzy Marsem, a Jowiszem pierwszą planetkę. Otrzymała ona nazwę Ceres. Było to 1 stycznia 1801 roku. Wkrótce po tym odkryciu zaczęto odkrywać kolejne planetki (zwane asteroidami lub planetoidami): Pallas (1802), Juno (1804), Westa (1807). Do końca XIX w. zidentyfikowano ich ponad 300 (obecnie liczba ta przekracza 6000).
Kolejnym ciekawym odkryciem było wyznaczenie przez Wilhelma Bessela, odległości do gwiazdy. Była to gwiazda 61 Cygni, z gwiazdozbioru Łabędzia. Bessel wyznaczył jej odległość na 9,3 roku świetlnego. Wysunął on także hipotezę, iż gwiazdy Syriusz i Procjon mają towarzyszy. Zostało to potwierdzone dopiero wiele lat później za pomocą obserwacji wizualnych. Wiek XIX zapisał się w historii astronomii burzliwym rozwojem metod obserwacyjnych. Chcąc obserwować coraz słabsze obiekty, budowano lunety o coraz większych średnicach obiektywów (pod koniec XIX w. w Obserwatorium Yerkesa powstała luneta soczewkowa o średnicy 102 cm). Niezależnie od lunet powstawały coraz większe teleskopy zwierciadlane (teleskop w Irlandii w 1845 r. miał średnicę 180 cm). Początkowo zwierciadła były metalowe, jednak począwszy od drugiej połowy XIX w. zaczęto stosować zwierciadła szklane, pokrywane warstwą odbijającą.
Na początku XIX w. narodziła się także inna dziedzina astronomii, fotometria. Do tego czasu używana była skala jasności wprowadzona w II w. przez Ptolemeusza. Dopiero pracom Williama Herschela, jego syna Johna oraz Algalandera zawdzięczamy uściślenie pojęcia jasności gwiazdy oraz opracowanie zasad przy określaniu wielkości gwiazdowych. Friedrich Wilhelm Argelander zaproponował w połowie XIX w. swoją wizualną metodę oceny jasności gwiazdy, która znalazła zastosowanie przy obserwacjach gwiazd zmiennych i używana jest do dzisiaj przez miłośników astronomii. Dwa dalsze wynalazki otworzyły przed astronomami XIX w. nowe możliwości badawcze. Były to fotografia i analiza spektralna. W 1830 r. została wykorzystana fotografia do badań nieba, stając się wkrótce niezależną dziedziną astronomii. Zaleta tego typu obserwacji była prosta:
● można było uzyskać obiekty, których nie było widać przez teleskop, z powodu małej jasności,
● obserwacja taka była pozbawiona błędów spowodowanych przez obserwatora
● klisze mogły zostać wykorzystane dużo później do kontroli i porównań, podczas obserwacji tego samego fragmentu nieba.
Obserwacje te sprzyjały odkryciom gwiazd zmiennych i planetoid. Fotografia pozwoliła także na uzyskanie pierwszych fotograficznych atlasów nieba.
Równie fundamentalne znaczenie w astronomii miała analiza spektralna. Za pioniera tych badań uznaje się monachilijskiego optyka Josepha von Fraunhofera, który za pomocą skonstruowanego przez siebie spektroskopu odkrył w widmie Słońca znaczną ilość ciemnych linii. Badał on te linie oznaczając je literami alfabetu, gdyż domyślał się ich wyjątkowego znaczenia. Porównując widmo słoneczne z widmem ziemskich źródeł światła (gorących gazów) odkrył, że każdy pierwiastek chemiczny wykazuje inny, sobie tylko właściwy "obraz". Linie te zostały nazwane liniami Fraunhofera i nazwa ta używana jest aż do dzisiaj. Na podstawie tych charakterystycznych linii każdy pierwiastek i każdy związek chemiczny może zostać wykryty zarówno na Ziemi, jak i w Kosmosie. Fraunhofer dokonał również pierwszych obserwacji spektralnych najjaśniejszych gwiazd. Sformułowanie podstaw analizy widmowej było dziełem dwóch niemieckich uczonych: Wilhelma Bunsena i Gustava Kirchoffa. Wskazali oni, że linie Fraunhofera w widmie słonecznym dlatego są ciemne, iż światło które przepuszcza Słońce, przechodzi jeszcze przez jego chłodniejsze warstwy zewnętrzne, gdzie jest częściowo pochłaniane. W ten sposób stało się możliwe badanie właściwości i składu chemicznego ciał niebieskich. Z badań spektralnych zasłynęło Obserwatorium Uniwersytetu Harvarda, gdzie Edward Charles Pickering w 1886 r. zastosował do fotografowania widm gwiazd, pryzmat obiektywowy. Na podstawie takich badań podzielono gwiazdy na typy widmowe, a dokonała tego Annie Cannon. Klasyfikacja ta, z małymi zmianami jest stosowana po dziś dzień. Obserwacje te przyniosły wkrótce następne ciekawe rezultaty, bo już w 1889 r. za pomocą analizy spektralnej odkryto pierwsze układy gwiazd spektroskopowo podwójnych. Analiza spektralna dała początek nowej dziedzinie astronomii, astrofizyce, zajmującej się badaniem ruchu i położeń gwiazd w przestrzeni. Na drodze analizy widmowej możliwe jest także określenie, czy gwiazda zbliża się do obserwatora, czy też się od niego oddala. Stało się to możliwe dzięki zastosowaniu efektu Dopplera, które zaobserwował Christian Doppler. Otóż jeśli światło zbliża się do nas to dochodzi więcej fal w jednostce czasu, niż ze źródła, które się oddala. Tak więc, każdemu kolorowi w widmie odpowiada inna długość fali. Jeśli więc źródło światła będzie się zbliżało do obserwatora to w widmie zobaczymy przesuwanie się linii Fraunhofera w kierunku niebieskim (przesunięcie ku fioletowi), jeśli natomiast będzie się oddalać to przesunięcie będzie się odbywać w kierunku czerwieni (przesunięcie ku czerwieni). Z wielkości tego przesunięcia można obliczyć prędkość zbliżania lub oddalania się obiektu. Jako pierwszy zastosował tą zależność dla Syriusza w 1868 r. William Huggins, angielski astronom.
Powszechne zainteresowanie astronomią w XIX w. wywołał mediolański astronom Giovanni Schiaparelli, który w 1877 r. odkrył "kanały" na Marsie. Sądził on bowiem, że "kanały" te są kanałami nawadniającymi, zbudowanymi przez mieszkańców Marsa. Wzrosło tym samym zainteresowanie samym Marsem, np.: astronom-amator, Percival Lowell, będąc przekonanym, że na Marsie istnieje życie, wzniósł w Flagstaff obserwatorium astronomiczne (dzisiejsze Obserwatorium Lowella), w których zajmował się przede wszystkim obserwacją Czerwonej Planety. Jednak jak się później okazało, "kanały" które odkrył Schiaparelli były tylko złudzeniem optycznym.
Wraz z rozwojem astronomii obserwacyjnej rozwijała się też astronomia teoretyczna. Dzięki niej możliwe stało się odkrycie kolejnej planety - Neptuna, w 1846 roku. Urbain J. Leverrier w wyniku swych obliczeń, w których uwzględnił zaburzenia w ruchu Urana, wskazał miejsca na niebie, gdzie miała się znajdować nieznana planeta. I tak się stało, gdyż bardzo blisko obliczonej pozycji, berliński astronom Johann Gottfried Galle odkrył właśnie Neptuna. Istotne znaczenie dla astronomii teoretycznej, miały metody wyznaczania orbit ciał niebieskich. Miały one pomóc w przewidywaniu przyszłych położeń owych ciał. Zaowocowało to wieloma publikacjami m. in.: "Canon der Finsternisse", gdzie Teodor Opplolzer zamieścił dane o 8000 zaćmień Słońca i 5200 zaćmieniach Księżyca. Zainteresowanie XIX-wiecznych astronomów wzbudzały również komety. Wynikało to między innymi z tego, że na rok 1835 przewidziany był powrót komety Halleya. Ponadto włoski astronom Schiaparelli odkrył związek pomiędzy rojami meteorów, a kometami.
Astronomia do 1950 roku
Początek XX wieku był w astronomii początkiem wielkich zmian w dotychczasowych obserwacjach. Zaczęto prowadzić badania astrofizyczne ciał niebieskich, rozwijając przy tym spektroskopię i fotometrię. Astronomowie zaczęli także koncentrować się na dwóch tematach:
● powstawaniu i ewolucji gwiazd oraz systemów gwiezdnych,
● galaktyki i gromady galaktyk.
Zaczęto konstruować coraz to większe teleskopy z dala od miast oraz na znacznej wysokości nad poziomem morza. W ten sposób astronomowie mogli "podpatrywać" coraz to słabsze i bardziej odległe ciała niebieskie. W 1908 r. oddano do użytku w Obserwatorium na Mt. Wilson teleskop o zwierciadle 1,52 m., a w 1918 r. zwierciadło o średnicy 2,57 m. Był on w owych czasach największym teleskopem na świecie. Rekord ten został pobity w 1948 roku kiedy to Obserwatorium na Mt. Palomar dostało teleskop o zwierciadle 5,08 m.
Rozwojowi coraz to lepszych teleskopów towarzyszył również rozwój coraz to nowych odbiorników promieniowania. Obserwacje wizualne zastępowano obserwacjami fotograficznymi. Kiedy w 1908 r. Joel Stebbins zastosował do wyznaczenia jasności gwiazd fotoogniwo selenowe, stał się prekursorem fotometrii fotoelektrycznej. Zastosowane w latach 50-tych przetworniki elektronowe pozwoliły na znaczne skrócenie czasu ekspozycji.
Oczywiście wraz z rozwojem techniki dokonywano nowych odkryć astrofizycznych. Do badań ewolucji gwiazd dobrze nadaje się diagram Hertzsprunga-Russella (w skrócie H-R), który został zaprezentowany w 1913 r., a później nieco zmodyfikowany. Autorami tego wykresu, czyli zależności pomiędzy temperaturą, a jasnością absolutną gwiazdy byli Ejnar Hertzsprung i Henry Norris Russell. W ten sposób gwiazdy zostały podzielone na kilka klas:
● nadolbrzymy (I),
● jasne olbrzymy (II),
● olbrzymy (III),
● podolbrzymy (IV),
● gwiazdy ciągu głównego (V),
● podkarły (VI),
● białe karły (VII).
Stał się on kluczem do zrozumienia ewolucji gwiazd. Każda bowiem gwiazda ma swoją ścieżkę na tym wykresie, która zależy od masy jaką posiada w danej chwili. Między innymi z diagramu H-R odczytano, że temperatura wnętrza Słońca i podobnych gwiazd na ciągu głównym wynosi ok. 20 mln K.
Według Hermanna von Helmholtza, niemieckiego fizyka, źródłem energii we wnętrzu gwiazdy była początkowo kontrakcja, czyli kurczenie się i wzrost gęstości jako źródło ciepła i promieniowania. Jednak po przebadaniu wieku skał na Ziemi stwierdzono, że zjawisko kontrakcji nie jest w stanie wyjaśnić zjawiska świecenia gwiazd.
Kiedy w 1912 roku Henrietta Swan Leavitt odkryła zależność pomiędzy okresem zmian jasności cefeid, a ich jasnościami absolutnymi zaczęto tworzyć teorie budowy wnętrz gwiazd. Wśród twórców byli tacy uczeni jak Jonathan Homer Lane, Georg August Ritter oraz Robert Emden. Ten ostatni był autorem monografii pt.: "Kule gazowe", która została wydana w 1907 r. Zawierała ona teorię równowagi kul gazowych. Pierwsze modele gwiazd zawdzięczamy Arthurowi Eddingtonowi. Z jego modeli wynikało, że równowaga w jakiej pozostaje gwiazda jest wynikiem równoważenia się siły ciężkości oraz ciśnienia gazu i promieniowania. Eddington odkrył również, że odpowiedzialne za przenoszenie energii ze środka gwiazdy na powierzchnię jest promieniowanie, a nie konwekcja. Dalsze teorie doprowadziły do pierwszego modelu atmosfery gwiazdy (Carl Schwarzschild). Opracowanie i ogłoszenie teorii jonizacji atomów w atmosferach gwiazd oraz budowy atomu, pozwoliło na objaśnienie mechanizmu występowania linii widmowych gwiazd. Teorie te doprowadziły do wysunięcia wniosku, że we wnętrzu gwiazdy zachodzą reakcje termojądrowe. Dokonali tego niezależnie od siebie Hans Bethe oraz Carl Friedrich von Weizsäcker. To dzięki nim poznaliśmy podstawowe cykle reakcji termojądrowych:
● protonowo-protonowy (p-p),
● weglowo-azotowo-tlenowy (CNO). W ten sposób nadwyżka masy podczas tych reakcji, zostaje zamieniona w promieniowanie i tym samym "zabezpiecza" bilans energetyczny gwiazdy.
Początek XX wieku przyniósł także rozwiązanie natury plam słonecznych i ich związku z polem magnetycznym. Dokonał tego George Hale w 1908 roku. Prowadzono również dokładne analizy widma, które zaowocowały odkryciem w 1942 r. linii wzbronionych wielokrotnie zjonizowanych pierwiastków. Lata 20-te XX w. zaznaczyły się również w astronomii ze względu na kształtowanie się poglądów na temat budowy Drogi Mlecznej oraz Wszechświata. Należy tutaj wymienić Edwin'a Hubble, Harlow'a Shapley'a, Borysa Kukarkina, "zespół" Bertil Lindblad i Jan Oort oraz drugi "zespół" Wiktor Ambarcumin i Beniamin Markarian. Pierwsza z tych osób, Edwin Powell Hubble, w 1924r. zdołał rozdzielić za pomocą teleskopu w Obserwatorium Mt. Wilson, obszary brzegowe w Wielkiej Galaktyce Andromedy na pojedyncze gwiazdy. Odkrycie to dowiodło podobieństwa pomiędzy Naszą Galaktyką, a galaktyką w Andromedzie. Na przełomie lat 1929/30 Hubble odkrył linie widmowe galaktyk, które były przesunięte ku czerwieni. Wykorzystując prawo Dopplera do pomiaru prędkości radialnej galaktyk, wyznaczył odległość do galaktyki. W ten sposób "narodziło" się słynne prawo Hubble'a mówiące, że prędkość radialna galaktyki jest proporcjonalna do jej odległości. Oszacował o także gęstość materii we Wszechświecie. Kolejni z nich odkryli:
● Borys Kukarkin - lata 40-te, podsystemy gwiazd
● Bertil Lindblad i Jan Oort - lata 1926-27, ruch obrotowy Galaktyki i jej spiralną strukturę
● Wiktor Ambarcumian i Beniamin Markarian - lata 40-te, asocjacje gwiazdowe.
Ważne znaczenie dla kosmologii miała sformułowana w 1915 r. przez Alberta Einsteina, ogólna teoria względności. Postulowała ona istnienie zakrzywionej przestrzeni, która wprawdzie jest bez granic, ale nie jest nieskończona. A. Friedman opracował model Wszechświata, który wymuszał ekspansję (rozszerzanie się) i w ten sposób dawał podstawy teoretyczne ucieczce galaktyk, obserwowanej przez Hubble'a.
Lata 30-te XX w. zaznaczyły się w dziejach również z innego powodu. Otóż w marcu 1930 roku, po blisko 90 latach od odkrycia Neptuna, odkryto kolejną planetę - Plutona. Dokonał tego Clyde William Tombaugh w Obserwatorium Lowella. Kolejnym krokiem w astronomii okazała się radioastronomia. Otworzyła ona początek badań promieniowania pochodzącego z Kosmosu. Odkrywcą okazał się Karl Guthe Jansky, który badał rozchodzenie się promieniowania radiowego w atmosferze Ziemi. Było to w roku 1931. Jednak systematyczne obserwacje rozpoczęto dopiero po II wojnie światowej. Wypada jeszcze dodać, że w 1931 r. przeprowadzono pierwsze poza całkowitym zaćmieniem Słońca, badanie korony słonecznej. Dokonał tego Bernard Lyot za pomocą skonstruowanego przez siebie koronografu. W ten sposób odkrył kolejnych 5 linii widmowych Słońca. Po II wojnie światowej, kiedy to nastąpił rozwój techniki rakietowej, zaczęto prowadzić obserwacje Słońca z dala od Ziemi. Przyczyniło się to do odkrycia promieniowania rentgenowskiego korony słonecznej.
Pierwsza połowa XX wieku, to także "tworzenie" teorii powstania Wszechświata. W nawiązaniu do teorii mgławicowej Pierre'a Laplace'a, w XX w. powstały teorie Jamesa Hopwooda Jeansa, Gerarda Petera Kuipera oraz Hannes Alfvéen na temat powstania Układu Słonecznego. Według Jamesa Jeansa system planetarny powstał w wyniku bliskiego spotkania Słońca z inną gwiazdą. Siły przyciągania "wyrwały" ze Słońca materię, z której w późniejszym okresie powstały planety.
Inną hipotezę wysunął w 1944 r. niemiecki astronom i fizyk Carl Friedrich von Weizäcker. Przedstawiała ona powstanie Układu Słonecznego na drodze zawirowań w praobłoku. Zawirowania te doprowadziły do zagęszczenia materii, z której później powstały planety. Hipotezę tą nazwał teorią turbulentną.
Gerard Peter Kuiper powstanie Układu Słonecznego wiązał ściśle z powstaniem gwiazd. Jak twierdził, z praobłoku może powstać - w zależności od jego początkowego kształtu i ruchów - układ wielokrotny, z dwoma lub więcej gwiazdami; albo też jedna gwiazda z układem planetarnym. Teoria ta znalazła wielu zwolenników.
W 1942 r. szwedzki astronom Hannes Alfvéen powrócił do hipotezy meteorytowej wysuniętej przez Immanuela Kanta w 1755 r. Połączył on ją jednak z oddziaływaniem międzygwiazdowych pól magnetycznych. Według niego Słońce "weszło" do obłoku pyłowego i zgromadziło cząstki tego obłoku w płaszczyźnie swojego równika magnetycznego, z których później powstały planety.
Na zakończenie wypada jeszcze dodać, że w 1922 roku w Rzymie, Międzynarodowa Unia Astronomiczna ustaliła liczbę gwiazdozbiorów na 88 i granicę pomiędzy poszczególnymi gwiazdozbiorami.
Ważniejsze daty z historii astronomii
ok. 1100 p.n.e. Pierwsze wyznaczenie nachylenia ekliptyki do równika (Chiny)
ok. 240 p.n.e. Pomiar długości południka ziemskego (Eratostenes z Cyreny, Grecja)
III w. p.n.e. Sformułownie myśli o ruchu Ziemi wokół Słońca (Arystarch z Samos, Grecja)
II w. p.n.e. Obserwacje Hipparcha. Pierwszy katalog gwiazd
II w. Opracowanie systemu geocentrycznego (Klaudiusz Ptolemeusz, Grecja)
1543 Wydanie dzieła M. Kopernika De revolutionibus orbium coelestium
1582 Wprowadzenie kalendarza gregoriańskiego
1609-11 Pierwsza obserwacja teleskopowa, odkrycie czterech satelitów Jowisza (Galileusz)
1609-1618 Ogłoszenie praw Keplera (Niemcy)
1687 Ogłoszenie teorii grawitacji Newtona (Anglia)
1719 Odkrycie ruchów własnych gwiazd (E. Halley, W. Brytania)
1728 Odkrycie aberracji światła gwiazd (J. Bradley, W. Brytania)
1783 Odkrycie ruchu Słońca w przestrzeni międzygwiazdowej (F.W. Herschel, W.Brytania)
1783-84 Przybliżone określenie kształtu i rozmiarów Galaktyki (F.W. Herschel, W.Brytania)
1838 Pomiar pierwszej paralaksy gwiazdy (F.W. Bessel, Niemcy)
1846 Odkrycie Neptuna (J. Galle, Niemcy) na podstawie obliczeń U.J.J Le Verriera (Francja) i J.C. Adamsa (W. Brytania)
1905 Odkrycie gwiazd olbrzymów i karłów (E. Hertzsprung, Dania)
1924 Dowód obserwacyjny istnienia galaktyk analogicznych do naszej Galaktyki (E.P. Hubble, USA)
1926-27 Stwierdzenie obrotu Galaktyki (B. Lindblad, Szwecja, J.H. Oort, Holandia)
1929 Odkrycie zjawiska rozszerzania się Wszechświata (E.P. Hubble, USA)
1932 Odkrycie promieniowania radiowego Galaktyki (K. Jansky, USA)
1938 Odkrycie cyklu węglowego reakcji jądrowych jako źródła energii gwiazd (H.A. Bethe, USA)
1943-44 Odkrycie podsystemów i populacji gwiazd (B.W. Kukarkin, Rosja, W. Baade, USA)
1947 Odrycie asocjacji gwiazd (W.A. Ambarcumian, Armenia)
1962 Odkrycie pierwszego źródła promieniowania rentgenowskiego, Sco X-1, poza Układem Słonecznym (USA)
1963 Odkrycie kwazarów (A.R. Sandage, T.A. Matthews, M. Schmidt, USA)
1965 Odkrycie promieniowania reliktowego tła (A.A. Penzias, R.W. Wilson, USA)
1967-68 Odkrycie pulsarów (A. Hewish, J. Bell, W. Brytania)
!970 Wyniesienie na orbitę pierwszego satelity do badań rentgenowskich, Uhuru (USA)
1983 Wyniesienie na orbitę okołoziemską pierwszego satelity do badań podczerwieni IRAS (USA, Holandia)
1987 Pierwszy pomiar strumienia neutrin od gwiazdy supernowej (Japonia, USA)
1990 Wyniesienie na orbitę Teleskopu Kosmicznego Hubble'a (USA)
1992 Odkrycie satelitów pulsara PSR 1257 + 12 (A. Wolszczan, Polska; D. Frail, USA)
1992 Odkrycie fluktuacji mikrofalowego promieniowania reliktowego (satelita COBE, USA)
1993 Wykrycie pierwszych zjawisk mikrosoczewkania grawitacyjnego (B. Paczyński, C. Queloz, USA; A. Udalski, Polska)
1995 Odkrycie pierwszej planety wokół gwiazdy typu Słońca, 51 Peg (M. Mayer, D. Queloz, USA)
1997 Stwierdzenie, że błyski gamma są pochodzenia pozagalaktycznego (B. Paczyński, USA)
1997 Opublikowanie katalogów gwazdowych Hipparcos i Tycho zawierających najdokładniejsze dane astrometryczne 1,2 mln obiektów astronomcznych (European Space Agency)
1998 Odkrycie pierwszego magnetara
Autor: Wojciech Jonderko
Zródło: http://www.astronomia.pl/
