Астрономія — природнича наука, що вивчає небесні тіла та космічні явища. Вона використовує математику, фізику та хімію для пояснення їхнього походження та загальної еволюції. До об'єктів дослідження належать планети, їхні супутники, зорі, туманності, галактики, метеороїди, астероїди, комети. До досліджуваних космічних явищ належать вибухи наднових, гамма-спалахи, квазари, блазари, пульсари, реліктове випромінювання тощо. Загальніше кажучи, астрономія вивчає все, що походить з-за меж атмосфери Землі. Космологія — це розділ астрономії, що досліджує Всесвіт в цілому.
Астрономія є однією з найдавніших природничих наук. Стародавні цивілізації виконували систематичні спостереження нічного неба, зокрема, єгиптяни, вавилоняни, греки, індійці, китайці, мая. Астрономію, зокрема, використовували для створення календарів, навігації, віщування за допомогою астрології.
Сучасну професійну астрономію поділяють на спостережну й теоретичну. Спостережна астрономія зосереджена на отриманні даних шляхом спостережень астрономічних об'єктів. Ці дані згодом аналізують з використанням законів фізики. Теоретична астрономія спрямована на створення комп'ютерних або аналітичних моделей для опису астрономічних об'єктів і явищ. Обидві галузі взаємно доповнюють одна одну: теоретична астрономія прагне пояснити результати спостережень, а спостереження використовують для перевірки теоретичних передбачень.
Астрономія є однією з небагатьох наук, у яких активну роль відіграють аматори. Особливо це стосується спостереження транзієнтів та виявлення нових комет.
Термін
Слово «астрономія» походить від давньогрецького ἀστρονομία, утвореного від ἄστρον «астрон» — «зоря» та νόμος «номос» — «закон» або «правило».
Астрономію не слід плутати з астрологією — системою переконань, яка стверджує, що людські справи корелюють із положеннями небесних тіл. Обидві галузі мають спільне походження, але згодом розійшлися: астрономія спирається на фізику, тоді як астрологія — є псевдонаукою.
У сучасному вжитку «астрономія» майже синонімічна «астрофізиці». Словники часто дають їм майже синонімічні визначення. (Наприклад, у Вебстерському словнику «астрономія» — це «вивчення об'єктів і матерії за межами атмосфери Землі та їхніх фізичних і хімічних властивостей», а «астрофізика» — це розділ астрономії, що займається «поведінкою, фізичними властивостями та динамічними процесами небесних об'єктів і явищ»). Іноді між ними проводять тонке розділення, як-от «астрономією» вважають якісне вивчення предмета, а «астрофізикою» — фізично орієнтований підхід до нього. (Наприклад, за цим визначенням астрометрія належить до астрономії, але не до астрофізики.) Наукові підрозділи можуть використовувати назви «астрономія» або «астрофізика» залежно від того, чи історично вони пов'язані з фізичними факультетами, а багато професійних астрономів мають дипломи з фізики, а не з астрономії. Історія
Дописемна доба
Початковий розвиток астрономії був зумовлений практичними потребами, зокрема створенням сільськогосподарських календарів. Археологічні пам'ятки, такі як Стоунгендж, свідчать про зацікавлення давніх суспільств астрономічними спостереженнями.
Додаткові свідчення походять від артефактів, зокрема небесного диска з Небри, який виконував функцію астрономічного календаря: рік у ньому поділений на дванадцять місячних місяців (354 дні), а додаткові вставні місяці використано для узгодження з тривалістю сонячного року. Диск інкрустовано символами, які інтерпретують як Сонце, Місяць і зорі, зокрема зоряне скупчення Плеяди.
Стародавній світ
Цивілізації Єгипту, Месопотамії, Греції, Індії та Китаю — частково обмінюючись між собою знаннями — створювали астрономічні обсерваторії та розвивали уявлення про будову Всесвіту, а також календарі й астрономічні інструменти. Ключовим досягненням ранньої астрономії стало формування математичної та наукової астрономії у вавилонян, що заклало підвалини астрономічних традицій інших цивілізацій. Вавилоняни встановили, що місячні затемнення повторюються з періодом саросу — 223 синодичні місяці.
Після вавилонян значний поступ відбувся в Стародавній Греції та елліністичному світі. Грецька астрономія прагнула раціональних і фізичних пояснень небесних явищ. У III столітті до н. е. Арістарх Самоський оцінив розміри та відстані до Місяця й Сонця і запропонував модель Сонячної системи, у якій Земля та планети обертаються навколо Сонця — нині відому як геліоцентричну модель. У II столітті до н. е. Гіппарх обчислив розміри та відстань до Місяця й винайшов найдавніші відомі астрономічні прилади, зокрема астролябію. Він також зафіксував повільне зміщення положень рівнодень і сонцестоянь відносно нерухомих зір, яке нині відоме як випередження рівнодення. Гіппарх уклав каталог із 1020 зір, і більшість сузір'їв північної півкулі походять саме з грецької астрономічної традиції. Антикітерський механізм (–80 до н. е.) був раннім аналоговим комп'ютером, призначеним для обчислення положень Сонця, Місяця й планет на задану дату. Технологічні артефакти подібної складності більше не створювали аж до XIV століття, коли в Європі виникли механічні астрономічні годинники.
Після класичної грецької доби в астрономії домінувала геоцентрична модель Всесвіту, або Птолемеєва система, названа на честь Клавдія Птолемея. Його 13-томна праця з астрономії, відома в арабському перекладі як «Альмагест», протягом понад тисячі років залишалася головним джерелом астрономічних знань. У цій системі Землю вважали центром Всесвіту та вважали, що Сонце, Місяць і зорі обертаються навколо неї. Хоча згодом цю систему спростували, на той час вона давала найточніші передбачення положень небесних тіл.
Середні віки
Астрономія процвітала в середньовічному ісламському світі. Уже на початку IX століття там почали засновувати астрономічні обсерваторії. У 964 році перський мусульманський астроном Абд аль-Рахман аль-Суфі у праці «Книга нерухомих зір» описав галактику Андромеди — найбільшу галактику в Місцевій групі. Надяскраву наднову 1006 року — найяскравішу зоряну подію за видимою зоряною величиною від того часу — спостерігали єгипетський арабомовний астроном та китайські астрономи. Іранський учений Аль-Біруні визначив, що, всупереч поглядам Птолемея, апогей Сонця (найвища точка на небі) не є фіксованим, а зміщується. Арабські астрономи також запровадили багато арабських назв, які нині використовують для окремих зір.
Руїни у Великому Зімбабве та Тімбукту імовірно могли містити астрономічні обсерваторії. У посткласичній Західній Африці астрономи вивчали рух зір і їхній зв'язок із порами року, створюючи небесні карти та схеми орбіт інших планет на основі складних математичних обчислень. Історик імперії Сонгаї задокументував метеорний потік у 1583 році.
У середньовічній Європі (1292—1336) винайшов перший астрономічний годинник — , який давав змогу вимірювати кути між планетами та іншими небесними тілами, а також екваторіум, що використовувався для астрономічних обчислень, зокрема місячних, сонячних і планетних довгот. Ніколя Орезм (1320—1382) обговорював докази обертання ЗемліGrant, The Foundations of Modern Science in the Middle Ages, (Cambridge: Cambridge University Press, 1996), pp. 114—116.. Жан Бурідан (1300—1361) розвинув теорію імпульсу, описуючи, зокрема, рухи небесних тілQuestions on the Eight Books of the Physics of Aristotle: Book VIII Question 12. English translation in Clagett's 1959 Science of Mechanics in the Middle Ages , p. 536.
Протягом понад шести століть — від відновлення античної ученості в пізньому Середньовіччі до доби Просвітництва — Римсько-католицька церква надавала вивченню астрономії більше фінансової та соціальної підтримки, ніж, імовірно, будь-яка інша установа. Однією з головних практичних мотивацій було визначення дати Великодня.
Ранній телескопічний період
У період Ренесансу Миколай Коперник запропонував геліоцентричну модель Сонячної системи. У 1610 році Галілео Галілей спостеріг фази планети Венера, подібні до фаз Місяця, що стало важливим підтвердженням геліоцентричної моделі. Приблизно в той самий час Йоганн Кеплер надав геліоцентричній системі кількісного, математичного оформлення. Проаналізувавши майже два десятиліття ретельних спостережень Тихо Браге, Кеплер створив систему, що детально описувала рух планет навколо Сонця. Хоча Кеплер відкинув рівномірний круговий рух Коперника на користь еліптичних орбіт, йому не вдалося сформулювати фізичну теорію, що пояснювала б відкриті ним закони. Остаточне пояснення руху планет дав Ісаак Ньютон, який розробив небесну механіку та сформулював закон всесвітнього тяжіння. Ньютон також створив дзеркальний телескоп. Ньютон у співпраці з Річардом Бентлі висунув ідею, що зорі подібні до Сонця, але розташовані на значно більших відстанях.
Нові телескопи істотно змінили уявлення про зорі. Уже в 1610 році Галілей з'ясував, що смуга світла, яку ми бачимо в нічному небі як Чумацький Шлях, складається з безлічі окремих зір. 1668 року Джеймс Грегорі порівняв світність Юпітера зі світністю Сіріуса та оцінив відстань до нього більш ніж у 83 000 астрономічних одиниць. Англійський астроном Джон Флемстід, перший Королівський астроном Великої Британії, склав каталог понад 3000 зір, і ці дані були опубліковані в 1712 році. Астроном Вільям Гершель уклав докладний каталог туманностей і зоряних скупчень, а в 1781 році відкрив Уран — першу нову планету, виявлену в історичний час. Фрідріх Бессель у 1838 році розробив методику вимірювання зоряного паралаксу, однак через складність застосування до 1900 року таким чином було виміряно лише близько 100 зір.
У XVIII—XIX століттях дослідження задачі трьох тіл Леонардом Ейлером, Алексі Клеро та Жаном Лероном д'Аламбером дало змогу значно підвищити точність передбачень руху Місяця і планет. Ці дослідження розвинули Жозеф-Луї Лагранж і П'єром-Сімон Лаплас, що дозволило оцінювати маси планет і їхніх супутників за збуреннями орбіт.
Вагомий прогрес в астрономії вдалося досягти із запровадженням нових технологій, зокрема спектроскопа та астрофотографії. У 1814—1815 роках Йозеф фон Фраунгофер відкрив близько 574 темні лінії в спектрі Сонця та інших зір. У 1859 році Густав Кірхгоф пояснив ці лінії наявністю різних хімічних елементів.
Галактики
Наприкінці XVIII століття Вільям Гершель склав карту розподілу зір у різних напрямках від Землі й дійшов висновку, що Всесвіт складається із Сонця, розташованого поблизу центра диска зір — Чумацького Шляху. Після того як Джон Мічелл показав, що зорі відрізняються за власною світністю, а також завдяки подальшим спостереженням самого Гершеля за допомогою потужніших телескопів, які виявили наявність зір у всіх напрямках, астрономи почали припускати, що деякі розмиті спіральні туманності є далекими «острівними всесвітами».
Існування галактик, зокрема й нашої галактики, Чумацького Шляху, як окремих систем зір було доведено лише у XX столітті. У 1912 році Генрієтта Лівітт відкрила залежність між періодом і світністю для цефеїд, що дало змогу визначати їхню істинну світність і використовувати їх як надійний інструмент для оцінювання відстаней. Використовуючи цефеїди, Гарлоу Шеплі побудував першу точну карту Чумацького Шляху. Застосовуючи телескоп Гукера, Едвін Габбл виявив цефеїди в кількох спіральних туманностях і в 1922—1923 роках остаточно довів, що туманність Андромеди, туманність Трикутника й деякі інші є повноцінними галактиками поза межами нашої власної, чим підтвердив, що Всесвіт складається з безлічі галактик.
Космологія