from "Astronomy in Everyday Life", International Astronomical Union, 2013

Астрономія в повсякденному житті

1. Вступ

Протягом усієї історії люди дивилися на небо, щоб орієнтуватися у величезних океанах, щоб вирішити, коли посіяти їх сільськогосподарські культури й відповісти на питання, звідки ми прийшли і як ми сюди потрапили. Це дисципліна, яка відкриває наші очі, дає контекст для нашого місця у Всесвіті, яка може змінити те, як ми бачимо світ. Коли Коперник стверджував, що Земля не є центром Всесвіту, це викликало революцію. Революцію, через яку релігія, наука і суспільство мали адаптуватися до цієї нової картини світу.

Астрономія завжди мала значний вплив на наш світогляд. Ранні культури асоціювали астрономічні об'єкти з богами й сприймали їх рух по небу, як пророцтва, що мали статися. Тепер ми назвали б це астрологія, далека від реальних фактів і дорогих інструментів сьогоднішньої астрономії дисципліна, але є ще її натяки в сучасній астрономії. Візьмемо, наприклад, назви сузір'їв: Андромеда - скута ланцюгом діва з грецької міфології, або Персей, напівбог, який врятував її.

Тепер, оскільки наше розуміння світу прогресує, ми знаходимо себе і наше уявлення про світ, навіть ближчими до зірок. Відкриття того, що основні елементи, які ми знаходимо в зірках, і газу і пилу навколо них, ті ж, які складають наші тіла ще більше посилило зв'язок між нами й космосом. Цей зв'язок зачіпає наше життя, і вселяє трепет, мабуть, з-за того, красиві астрономічні зображення так популярні в сучасній культурі.

Є ще багато питань без відповідей в астрономії. У даний час дослідники намагаються зрозуміти такі питання, як: "Скільки років нам", "Яка доля Всесвіту?" І, можливо, найцікавіше: "Наскільки унікальний Всесвіт, і чи може трохи інший Всесвіт підтримували життя?" Але астрономія також відкриває нові рекорди щодня, встановлюючи найбільш далекі відстані, наймасивніші об'єкти, високі температури та найсильніші вибухи.

Займатись цими питаннями є фундаментальною частиною людського буття, але в сучасному світі стає все більш важливим, мати можливість виправдовувати переслідування відповідей. Труднощі в описі важливості астрономії та фундаментальних досліджень загалом, добре описані в наступній цитаті:

"Зберігати знання просто. Передати знання також легко. Але зробити нові знання не є ні легким, ні прибутковим в короткостроковій перспективі. Фундаментальні дослідження є вигідними в довгостроковій перспективі, і, що важливо, це сила, яка збагачує культуру будь-якого суспільства розумом і основною істиною." - Ахмед Зевалі, лауреат Нобелівської премії з хімії (1999).

Хоча ми живемо в світі, стикаючись із багатьма нагальними проблемами голоду, бідності, енергії й глобального потепління, ми стверджуємо, що астрономія має довгострокові переваги, які стільки ж важливі для цивілізованого суспільства. Кілька досліджень (див нижче) сказали нам, що інвестиції в наукову освіту, наукові дослідження і технології забезпечують більшу віддачу - не тільки економічно, але культурно і побічно для населення в цілому - і допомогли країнам мати обличчя і подолати кризи. Науково-технічний розвиток країни або регіону тісно пов'язаний з її індексом людського розвитку - статистика, яка є мірою середньої тривалості життя, освіти та доходу (Truman, 1949).

Є інші роботи, які внесли свій внесок, щоб відповісти на питання "Чому астрономія важлива?" Д-р Роберт Ейткен, директор Лик обсерваторії, показує нам, що навіть у 1933 році була необхідність виправдати нашу науку, в своїй статті під назвою Використання астрономії (Aitken, 1933). Його остання фраза підбиває підсумок його настрою: "Дати людині скільки-небудь більше знань про Всесвіт і допомогти їй навчитися смирення і знати захват - це місія астрономії". Зовсім недавно, C. Рене Джеймс написав статтю з викладом останніх технологічних досягнень, за які ми можемо подякувати астрономії, такі як GPS, медична візуалізація та бездротовий доступ до Інтернету (Renée James, 2012). На захист радіоастрономії, Дейв Фінлі стверджував "в цілому, астрономія була наріжним каменем технічного прогресу протягом всієї історії, може внести великий внесок у майбутнє, і пропонує всім людям фундаментальний сенс нашого місця в неймовірно величезному і захопливому Всесвіті" (Finley 2013).

Астрономія і пов'язані з нею дисципліни знаходяться на передньому краї науки й техніки, відповідаючи на фундаментальні питання та впроваджуючи інновації. Саме з цієї причини, стратегічний план Міжнародного астрономічного союзу (МАС) на 2010-2020 роки має три основні напрямки діяльності: технології та уміння; наука та дослідження; культура і суспільство.

Хоча "дослідження блакитних небес", тобто астрономія рідко сприяє безпосередньо відчутним результатам на короткій часовій шкалі, прагнення даного дослідження потребують передових технологій і методів, які можуть на тривалому часовому масштабі знайти широке застосування.

Безліч прикладів - багато з яких викладені нижче - показали, як вивчення астрономії сприяє технології, економіці й суспільству, постійно наполягає на інструментах, процесах і програмному забезпеченні, які виходять за рамки наших нинішніх можливостей.

Плоди науково-технічного розвитку в астрономії, особливо в таких областях, як оптика й електроніка, стали важливими для нашого повсякденного життя, з такими додатками, як персональні комп'ютери, супутники зв'язку, мобільні телефони, системи глобального позиціювання, сонячні батареї та магнітно-резонансна томографія (МРТ).

Хоча дослідження астрономії надає багатство матеріального, грошового і технологічного прориву, можливо, найважливіший аспект астрономії не є одним з економічних. Астрономія продовжує революцію в нашому мисленні в світовому масштабі. У минулому, астрономія використовувалась для вимірювання часу, відзначення сезонів і орієнтуванні у величезних океанах. В якості одної з найдавніших наук астрономія є частиною історії кожної культури. Вона надихає нас красивими зображеннями й обіцяє відповіді на важливі питання. Вона діє як вікно в неосяжних розмірів і складності простори, поклавши Землю в перспективу й просуваючи глобальне громадянство і гордість нашої рідної планети.

Кілька звітів США (National Research Council, 2010) і Європи (Bode et al., 2008) показують, що основні вклади астрономії це не тільки технологічні та медичні програми (дивись нижче), але й унікальні перспективи, що розширюють наші горизонти й допомагають нам виявити велич Всесвіту і нашого місця в ньому. На більш нагальному рівні, астрономія допомагає нам вчитися, як продовжити життя нашого виду. Наприклад, дуже важливо вивчити вплив Сонця на клімат Землі і як це вплине на погоду, рівень води й т.д. Тільки вивчення Сонця та інших зірок можуть допомогти нам зрозуміти ці процеси у всій їхній повноті. Крім того, зображення руху всіх об'єктів в нашій Сонячній системі, дозволяє прогнозувати потенційні загрози для нашої планети з космосу.

На особистому рівні, навчання астрономії нашої молоді також має велике значення. Було доведено, що учні, які займаються в пов'язаній з астрономією освітньою діяльністю в початковій або середній школі, швидше за все, здобудуть кар'єру в галузі науки й техніки, а також будуть в курсі наукових відкриттів (National Research Council, 1991). Через це не тільки виграє область астрономії, але й інші наукові дисципліни.

Астрономія є однією з небагатьох наукових областей, яка безпосередньо взаємодіє з суспільством. Не тільки долаючи кордони, але активно просуває співробітництво по всьому світу. Далі ми опишемо найбільш відчутні аспекти того, який астрономія робить внесок в різні області.

2. Передача технологій

З астрономії в промисловість
Деякі з найбільш корисних прикладів передачі технологій між астрономією і промисловістю, включають досягнення у візуалізації та зв'язку. Наприклад, фільм під назвою Kodak Technical Pan широко використовується медичними й промисловими спектроскопістами, промисловими фотографами й художниками, був спочатку створений для того, що сонячні астрономи змогли записати зміни в структурі поверхні Сонця. Крім того, розробка Technical Pan - знову виготовлена згідно з вимогами астрономів - використовувалась протягом кількох десятиліть (поки це не було припинено) з метою виявлення хворих культур і лісів, у стоматології та медичній діагностиці, так і для зондування шарів картини, щоб виявити підробки (National Research Council, 1991).

У 2009 Віллард С. Бойл і Джордж Е. Сміт були відзначені Нобелівською премією з фізики за розробку іншого пристрою, який буде широко використовуватися в промисловості. Датчики для захоплення зображення, розроблені для астрономічних зображень, відомі як прилади із зарядним зв'язком (ПЗЗ), були вперше використані в астрономії в 1976 році за кілька років вони замінили плівку не тільки на телескопах, але і в багатьох особистих камерах, веб-камерах та мобільних телефонах. Вдосконалення та популярність ПЗЗ пояснюється рішенням НАСА використання супер-ПЗЗ-технології на космічному телескопі Габбла (Kiger & English, 2011).

У галузі зв'язку, радіоастрономія надала безліч корисних інструментів, пристроїв і методів обробки даних. Багато успішних компаній зв'язку були спочатку засновані радіоастрономами. Комп'ютерну мову FORTH спочатку створили для використання на 36-футовому телескопі Кітт-Пік і вона стала основою для високорентабельного підприємства (Forth Inc.). В даний час вона використовується FedEx у всьому світі у послугах відстеження.

Деякі інші приклади передачі технологій між астрономією і промисловістю наведені нижче (National Research Council, 2010):

  • Компанія General Motors використовує астрономічну мову програмування Interactive Data Language (IDL) для аналізу даних ДТП.
  • Перші патенти на методи для виявлення випромінювання, яке виробляється, якщо масивні тіла прискорити - були придбані компанією, щоб допомогти їй визначити гравітаційну стійкість підземних нафтових резервуарів.
  • Телекомунікаційна компанія AT & T використовує Image Reduction and Analysis Facility (IRAF) - колекцію програмного забезпечення в Національній Оптичній Астрономічній Обсерваторії щоб проаналізувати графіки комп'ютерних систем і фізики твердого тіла.
  • Ларрі Альтшулер, астроном, був відповідальним за розвиток томографії - процес візуалізації за допомогою проникної хвилі - через його роботи з реконструкції сонячної корони з проекцій. (Schuler, M. D. 1979)

З астрономії в аерокосмічну галузь

Аерокосмічний сектор поділяє більшість технології з астрономією – зокрема, обладнання телескопів і приладобудування, отримання зображень та методи обробки зображень.

З розвитком космічних телескопів, збір інформації для захисту змістився з наземних методів у повітряні чи космічні методи. Супутники оборони, по суті, телескопи спрямовані на Землю і вимагають ідентичних технологій та обладнання, які використовуються в їх астрономічних двійниках. Крім того, обробка супутникових знімків використовує те ж програмне забезпечення та процеси, що й астрономічних зображень.

Деякі конкретні приклади астрономічних розробок, що використовуються для захисту наведені нижче (National Research Council, 2010):

  • Спостереження зірок і моделі зоряних атмосфер використовуються, щоб відрізняти ракетні шлейфи від космічних об'єктів. Той же метод в даний час вивчається для використання в системах раннього попередження.
  • Спостереження розподілу зірок на небі – яке використовується для спрямування й калібрування телескопів – також використовується в авіаційно-космічній техніці.
  • Астрономи розробили засліплений сонцем лічильник фотонів - пристрій, який може виміряти частинки світла від джерела, протягом дня, не бувши перевантажений частинками, що приходять від Сонця. Це в даний час використовується для виявлення ультрафіолетових (УФ) фотонів, що приходять від вихлопних газів ракети, що дозволяє УФ системі протиракетного попередження практично звільнитися від помилкових тривог. Та ж сама технологія може також використовуватися для виявлення токсичних газів.
  • Глобальна система позиціювання (GPS) супутників покладається на астрономічні об'єкти, такі як квазари й далекі галактики, щоб визначити точні позиції.

З астрономії в енергетичному секторі

Астрономічні методи можуть бути використані для пошуку нових викопних видів палива, а також оцінити можливість нових поновлюваних джерел енергії (National Research Council, 2010):

  • Два нафтові компанії, Texaco і BP, використовують IDL для аналізу зразків навколо нафтових родовищ, а також для спільних досліджень нафти.
  • Австралійська компанія Ingenero, створила збирачі сонячного випромінювання, щоб використовувати енергію сонця для виробництва енергії на Землі. Вони створили збирачі до 16 метрів в діаметрі, які можливі тільки з використанням графітового композитного матеріалу, розробленого для орбітальних телескопів.
  • Технологія призначена для зображення рентгенівських променів в рентгенівських телескопах – які мали бути розроблені на відміну від телескопів видимого світла - тепер використовується для спостереження плазмового синтезу. Якщо злиття - де двом легким атомним ядрам не дозволяють сформувати більш важке ядро - стане можливо контролювати, це може бути відповіддю для безпечної, чистої енергії.

3. Астрономія і медицина

Астрономи постійно борються, щоб побачити об'єкти, які все тьмяніші й знаходяться усе далі. Медицина бореться з подібними проблемами: бачити речі, які є прихованими в людському тілі. Обидві дисципліни вимагають високої роздільної здатності, точних і докладних зображень. Можливо, найбільш яскравим прикладом передачі знань між цими двома дослідженнями є методика синтезу апертури, розроблена радіоастрономом і лауреатом Нобелівської премії Мартіном Райлом (Шведська королівська академія наук, 1974). Ця технологія використовується в комп'ютерній томографії (також відомий як КТ), магнітно-резонансній томографії (МРТ), позитронно-емісійній томографії (ПЕТ) і багатьох інших інструментах медичної візуалізації.

Поряд з цими методами візуалізації, астрономія розробила безліч мов програмування, які роблять обробки зображень набагато простішими, особливо IDL та IRAF. Ці мови широко використовуються для медичних застосувань (Shasharina, 2005).

Ще один важливий приклад того, як астрономічні дослідження сприяли медичному світу знаходиться в розробці екологічно чистих робочих місць. Виробництво космічних телескопів вимагає надзвичайно чистого довкілля, щоб запобігти пилу або часткам, які можуть затемнювати або перешкоджати дзеркалам або інструментам на телескопах (наприклад, в місії STEREO НАСА; Gruman, 2011). Протоколи чистих приміщень, повітряні фільтри і спеціальні костюми, які були розроблені для досягнення цієї мети в даний час також використовуються в лікарнях і фармацевтичних лабораторіях (Clark, 2012).

Деякі більш прямі застосування астрономічних інструментів в медицині, наведені нижче:

  • Співробітництво між фармацевтичною компанією і Кембриджською Установою Автоматичних Вимірів дозволяє аналізувати зразки крові від хворих на лейкемію швидше і, таким чином, забезпечити більш точні зміни в медикаментозному стані (National Research Council, 1991).
  • Радіоастрономи розробили метод, який в даний час використовується в якості неінвазивного способу виявлення пухлини. Комбінуючи це з іншими традиційними методами, досягнуто виявлення 96% пацієнтів з раком молочної залози (Barret et al., 1978).
  • Малі теплові датчики спочатку розроблені для управління температурою телескопних приладів в даний час використовується для контролю нагрівання в неонатології - блоку по догляду за новонародженими (National Research Council, 1991).
  • Низької енергії рентген-сканер розроблений НАСА в даний час використовується для амбулаторної хірургії, при спортивних травмах, а в країнах третього світу - в клініках. Він також використовується в Адміністрації США з харчових продуктів і ліків для виявлення можливих забруднених таблеток. (National Research Council, 1991).
  • Програмне забезпечення для обробки супутникових знімків, зроблених з космосу тепер допомагає медичним дослідникам встановити простий метод для реалізації широкомасштабного оцінювання щодо хвороби Альцгеймера (ESA, 2013).
  • Переглядання заповнених рідиною, постійно рухливих очей живої людини не відрізняється від спостереження астрономічних об'єктів через турбулентну атмосферу й однаковий фундаментальний підхід, здається, працює для обох випадків. Адаптивна оптика, яку використовують в астрономії може бути використана для візуалізації сітківки в живих пацієнтів для вивчення таких захворювань, як дегенерація жовтої плями й пігментний ретиніт на ранніх стадіях (Boston Micromachines Corporation, 2010).

4. Астрономія в повсякденному житті

Є багато речей, з якими люди стикаються в повсякденному житті, що були отримані з астрономічних технологій. Можливо, найбільш часто використовуваний, отриманий з астрономії винахід бездротової локальної мережі (БЛМ). У 1977 Джон О'Салліван розробив метод підвищення чіткості фотографій від радіотелескопа. Цей же метод був застосований для радіосигналів в цілому, спеціально для тих, хто займається зміцненням комп'ютерних мереж, які в даний час є невід'ємною частиною всіх реалізацій БЛМ (Hamaker et al., 1977).

Інші технології, важливі для повсякденного життя, які спочатку були розроблені для астрономії, перераховані нижче (National Research Council, 2010):

  • Рентгенівські обсерваторні технології також використовуються в сучасних рентгенівських просвічуваннях багажу в аеропортах.
  • В аеропортах, газовий хроматограф - для розділення й аналізу сполук - призначений для марсіанської місії використовується для обстеження багажу на предмет наркотичних і вибухових речовин.
  • Поліція використовує ручні фотометри Хімічного споживання кисню (ХСК) - інструменти, розроблені астрономами для вимірювання інтенсивності світла - щоб переконатися, що вікна автомобіля прозорі, як визначено законом.
  • Гамма-спектрометр, який спочатку використовувався для аналізу місячного ґрунту в даний час використовується для неінвазивного дослідження структурного ослаблення історичних будівель або щоб зазирнути за тендітні мозаїки, наприклад, в базиліці Сан-Марко у Венеції.

Тонший вклад, ніж ці внески в технології, астрономія зробила наш погляд часу. Навіть те, як ми визначаємо секунду обумовлено астрономією. Атомний годинник, розроблений в 1955 році, був відкалібрований за допомогою астрономічного Ефемеридного Часу - колишній стандарт астрономічної шкали часу, прийнятий Міжнародним астрономічним союзом у 1952 році, що призвело до погодження на міжнародному рівні повторного визначення секунди (Markowitz et al., 1958).

Це все дуже відчутні приклади впливу астрономії на наше повсякденне життя, але астрономія також відіграє важливу роль в нашій культурі. Є багато книг і журналів з астрономії для НЕ астрономів. Коротка історія часу Стівена Хокінга є бестселером і була продана тиражем в понад десять мільйонів примірників (Paris, 2007) а телесеріал Карла Сагана, «Космос: персональна подорож», був переглянутий більш ніж в 60 країнах більш ніж 500 мільйонами людей (NASA, 2009).

Багато хто з не-астрономів також займався астрономією в рамках Міжнародного року астрономії 2009 (IYA2009), найбільша подія освіти й зв'язків з громадськістю в науці. IYA2009 об'єднав понад 800 млн осіб в більш ніж 148 країнах (МАС, 2010).

5. Астрономія і міжнародне співробітництво

Наукові та технологічні досягнення дають велику конкурентну перевагу для будь-якої нації. Нації пишаються тим щоб мати найефективніші нові технології й гоняться, щоб досягти нових наукових відкриттів. Але, мабуть, більш важливим є спосіб, в який наука може звести нації разом, заохочення співпраці й створення постійного потоку, коли дослідники подорожують по всьому світу, щоб працювати в міжнародних установах.

Астрономія особливо добре підходить для міжнародного співробітництва у зв'язку з необхідністю мати телескопи в різних місцях по всьому світу, для того, щоб побачити все небо. Принаймні, ще в 1887 році астрономи з усього світу об'єднали свої оптичні телескопи й зробили першу карту всього неба; продовжувалось міжнародне співробітництво в галузі астрономії й у 1920 році, а Міжнародний астрономічний союз став першим міжнародним науковим союзом.

На додаток до необхідності побачити небо з різних точок зору на Землі, будівництво астрономічних обсерваторій на землі й у космосі дуже дорогі. Тому більшість нинішніх і планованих обсерваторій є у власності кількох країн. Всі ці співпраці досі були мирними й успішними. Деякими з найбільш помітних є:

  • Атакамський Великий міліметровий / субміліметровий Масив (ALMA), міжнародне партнерство Європи, Північної Америки та Східної Азії у співпраці з Республікою Чилі, є найбільшим астрономічним проектом в історії.
  • Європейська південна обсерваторія (ESO), яка включає в себе 14 європейських країн і Бразилію, знаходиться в Чилі.
  • Співробітництво основних обсерваторій, таких як NASA / ESA у проекті Космічний телескоп «Габбл» між США і Європою.

6. Післямова

У наведеному вище тексті ми намітили як матеріальні, так і нематеріальні причини, чому астрономія є важливою частиною суспільства. Хоча ми були зосереджені головним чином на технології та передачі знань, можливо, найважливіший внесок є ще той факт, що астрономія дає нам знати про те, як ми вписуємося у величезний Всесвіт. Американський астроном Карл Саган показав нам один з простих і найбільш наснажливих внесків астрономії у розвиток суспільства в його книзі, Pale Blue Dot:

"Як вже було сказано, астрономія є досвідом, який приносить смиренність і будує характер. Мабуть, немає найкращої демонстрації дурості людського марнославства, ніж у цьому віддаленому зображенні нашого крихітного світу. Для мене це підкреслює нашу відповідальність бути більш доброзичливими один до одного, і берегти й плекати блідо-блакитну точку, єдиний будинок, який ми коли-небудь знали."