Co roku odkrywane są nowe planety lub ciała niebieskie, wymaga to zastosowania matematyki. Astronomowie opracowują możliwie najdokładniejsze modele matematyczne opisujące powstawanie, historię i przyszłość ciał niebieskich.
Dawniej, społeczeństwa prymitywne używały arytmetyki do śledzenia cykli księżycowych i słonecznych oraz zwierząt, żywności i ludzi. Jednak pierwsza matematyczna i astronomiczna relacja nastąpiła podczas cywilizacji mezopotamskiej i babilońskiej. Pozorny ruch Słońca został wykorzystany do przewidywania zaćmień i pozycji ciał niebieskich pod względem szerokości i długości geograficznej.
Historia matematyki staje się naprawdę interesującą, gdy zbliżamy się do jednego z najbardziej udanych geniuszy ludzkości. Newton opracował rachunek różniczkowy, badając kometę Halleya. Ten sposób zajmowania się poruszającymi się ciałami pozwoliło mu idealnie odtworzyć ruch nie tylko Komety Halleya, ale każdego innego ciała niebieskiego, które podróżowało po niebie.
Astronomowie często wykorzystują matematykę w swojej pracy, aby osiągnąć swoje cele. Używają go do określania tras satelitów, rakiet i pojazdów kosmicznych, a także do przesyłania sygnałów w globalnym systemie, gdy przesyłane są skompresowane dane. Algebra służy do obliczania prędkości i śledzenia ruchu. Bez tego zlokalizowanie urządzeń takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST) będzie trudne.
W misjach badań kosmicznych astronomowie wykorzystują technologię i matematykę, co doprowadziło do istotnych odkryć. Do znalezienia Neptuna użyto obliczeń matematycznych, a nie eksperymentów empirycznych.
Wcześniej astronomowie zatrudniali matematyków, którzy pomagali im w skomplikowanych obliczeniach. Przykładowo: astronom używający teleskopu do oglądania obiektów niebieskich rejestruje sekwencję liczb w kamerze teleskopu. Liczby te odnoszą się do całkowitej ilości światła emitowanego przez różne obiekty niebieskie (gwiazdy, gromady gwiazd itp.). Jak widać, aby zrozumieć te liczby, potrzebna jest arytmetyka i statystyka.
Pitagoras, doszedł do wniosku, że każda planeta jest połączona sferami. Ptolemeusz, który zarejestrował długości i szerokości geograficzne, opracował ziemski model matematyczny Układu Słonecznego. Kepler zbadał matematycznie orbity planet, a później odkrył prawa ruchu planet. Newton wyjaśnił grawitację i opisał, w jaki sposób planety poruszają się wokół siebie, a dziś jego równania są używane do obliczania sił grawitacyjnych. Podczas badania obiektów w ruchu Galileusz zaobserwował, że prędkość spadania ciężkiego obiektu nie jest wprost proporcjonalna do jego ciężaru.
Czy astronomowie są matematykami?
Astronomia to dyscyplina matematyczna. Dzisiaj astronauci używają arytmetyki do nawigowania wahadłowca kosmicznego z powrotem na Ziemię w celu lądowania. Aby uniknąć kolizji między szybko poruszającymi się obiektami w jednym punkcie, które mogą powodować szkody, należy wykonać złożone obliczenia matematyczne.
Astronomowie, w przeciwieństwie do fizyków, nie mogą przeprowadzać eksperymentów na stole jak fizycy. Opierają się więc na logice, rozsądku i faktach. Ponieważ ich jedynym źródłem danych jest galaktyka odległa o 40 milionów lat świetlnych, astronomowie muszą być matematykami i wydobyć każdy element informacji z każdej obserwacji.
Zastosowania matematyki w astronomii
Astronomowie używają matematyki na różne sposoby, w tym do tworzenia i rozwijania praw regulujących ciała niebieskie. Kiedy patrzymy na rzeczy na niebie przez teleskop, soczewka teleskopu przechwytuje szereg liczb, które pokazują, ile światła i jakiego rodzaju poszczególne obiekty świetlne emitują, i tak dalej. Arytmetyka i statystyka służą do zrozumienia gromadzonych danych.
Większość matematycznych, astronomicznych operacji, takich jak trygonometria sferyczna, która opiera się na danych otrzymanych od obserwatora na Ziemi, koncentruje się na lokalizacji i obliczaniu względnych odległości ciał niebieskich. Możliwość rzutowania sfery niebieskiej na płaską powierzchnię przygotowała grunt pod rozwój instrumentów takich jak mapy nieba. Astronomia stała się bardziej dokładna wraz z tworzeniem precyzyjnych algorytmów matematycznych.
Wielu największych astronomów świata było również matematykami i odwrotnie. Stąd obliczenia astronomiczne wpłynęły na matematyczne przełomy i zainspirowały je. Gdy tylko dane zostaną określone ilościowo, astronomowie mogą obliczać i przewidywać obserwacje.
Matematyka to znacznie więcej niż zbiór rozmytych równań i skomplikowanych reguł. Matematyka jest językiem uniwersalnym, a zrozumienie jej umożliwia dostęp do podstawowych systemów rządzących wszechświatem.
To matematyczne przedsięwzięcie pozwala nam zanurzyć się w głębinach kosmosu. Obecnie nie ma sposobu, aby ludzie mogli udać się do jądra naszej galaktyki i potwierdzić obecność czarnej dziury. Nie możemy być świadkami ewolucji gwiazdy w Mrocznej Mgławicy w czasie rzeczywistym. Jednak dzięki matematyce możemy uchwycić, jak te obiekty istnieją.
Epicka opowieść o kosmosie jest napisana liczbami, a nasza zdolność do interpretowania tych liczb w wydarzenia, o których wszyscy lubimy się uczyć, jest po prostu fenomenalna. Jeśli więc masz szansę nauczyć się matematyki, skorzystaj z niej, ponieważ matematyka łączy nas z gwiazdami.
