Образовательная программа
«Основы наблюдательной астрономии и астрофизики»
Составитель: Капарулин Д.С.
Аннотация: целью программы является знакомство слушателей с основными понятиями астрономии и астрофизики, получение практического опыта визуальных и фотографических наблюдений и популяризация астрономии.
Целевая аудитория: школьники 8-11 классов, интересующиеся астрономией, допускается присутствие слушателей старшего возраста.
Проведение занятий: 2-я неделя февраля 2019 – май 2020, разделенных в 3 семестра по 16 занятий: февраль – май 2019, сентябрь – декабрь 2019, февраль – май 2020.
Примечание: С 2020/2021 уч. года за счет расширения изучаемого материала планируется увеличить продолжительность программы до 2х лет. Начало обучения будет в сентябре.
Периодичность занятий: 1 раз в неделю (день подлежит определению) с 18.25 до 20.00. Во время занятий требуется доступ к наблюдательной площадке.
Дополнительно к еженедельным занятия предлагаю в январе в период ясной погоды провести трёхдневную астрономическую школу (по полдня) с мастер-классами по наблюдению и фотографированию неба, а также ночными наблюдениями в течение одной ночи.
Структура курса: Образовательная программа состоит из трех модулей, распределенным по семестрам обучения и предполагает проведение одного астрономического практикума в зимние каникулы 2019/2020 уч. года.
| №пп | Время реализации | Название модуля | Аудиторная нагрузка, час | Наблюдат. площадка, час | Купол планетарий, час | Всего, час |
| Февраль-май 2019 | «Основы наблюдательной астрономии» | |||||
| Сентябрь – декабрь 2019 | «Физическая природа звезд и планет» | |||||
| Январь 2020 | Зимний астрономический практикум (астрон. школа) | 4+ 1 ночь | 12+ 1 ночь | |||
| Февраль-май 2020 | «Астрономические инструменты и наблюдения» | |||||
| Итого: | 16+ 1 ночь | 108+ 1 ночь |
Детализация содержания по модулям содержится ниже.
Модуль 1 «Основы наблюдательной астрономии».
Рассматриваемые вопросы: небесная сфера и объекты на ней, видимое движение небесных светил, экваториальные и горизонтальные координаты, звездное время, заездная величина, видимое движение Солнца, Луны и планет. Наблюдения проводятся при наличии ясной погоды.
Разбивка занятий по темам
1. Небесная сфера и типы объектов на ней. Звезды, созвездия, туманности, галактики, планеты, кометы и астероиды.
2. Звездная величина и угловой размер объекта. Телескоп как инструмент наблюдений небесной сферы. Характеристики телескопа.
3. Основные линии небесной сферы. Зенит, надир, небесный меридиан, альмукантарат. Экваториальные координаты. Место занятия: купол планетария.
4. Суточное движение небесного светила на различных широтах. Восход, заход, кульминация. Формулы высот верхней и нижней кульминации.
5. Звездное время. Часовой угол, азимут и высота небесного светила. Азимут восхода/светила.
6. Предвычисление моментов кульминации, восхода и захода светила. Продолжительность нахождения светила над горизонтом. Решение задач.
7. Подвижная карта звездного неба. Звездное небо в разные сезоны года. Решение задач.
8. Эклиптика. Видимое движение Солнца в течение года и суток. Уравнение времени.
9. Гражданские, навигационные астрономические сумерки. Белые ночи и условия их наступления.
10. Солнечные часы. Расчет циферблата горизонтальных солнечных часов на дату проведения занятия.
11. Видимое движение Луны. Фазы Луны. Синодический и сидерический месяц. Солнечные и лунные затмения.
12. Общие сведения о структуре солнечной системы. Условия видимости планет. Конфигурации планет.
13. Повторяемость конфигураций планет во времени. Синодический и сидерический период обращения планеты.
14. Проектная работа над одной из выбранных тем
15. Проектная работа над одной из выбранных тем
16. Итоговое занятие. Презентация проектов.
Примеры тем занятий для проектной работы:
1. Астрономическая программа-планетарий Stellarium и ее использование.
2. Определение видимого углового размера Солнца/Луны методом дрейфа.
3. Определение широты места наблюдения по длине тени гномона.
4. Изготовление и апробация горизонтальных солнечных часов.
5. Позиционные наблюдения Луны.
6. Наблюдения звёздного неба с биноклем.
7. Фотографирование звездного неба.
8. Каталог Мессье.
9. Созвездия и объекты южного неба.
Модуль 2 «Физическая природа звезд и планет».
Изучаются движение небесных тел в поле тяготения, в том числе движение планет солнечной системы и двойных звезд, а также рассматриваются физические характеристики звезд.
Разбивка занятий по темам
1. Закон всемирного тяготения. Гравитационное ускорение. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия двух тел.
2. Движение пробной частицы в гравитационном поле массивного тела. Большая полуось и эксцентриситет. Первый и второй законы Кеплера.
3. Период обращения. Вывод третьего закона Кеплера в приближении круговых орбит. Решение задач.
4. Скорость движения небесного тела по орбите. Минимальная и максимальная скорость движения по эллипсу. Решение задач.
5. Элементы орбиты небесного тела. Принципиальная схема вычисления эфемерид. Постановка задачи о вычислении орбиты.
6. Двойные звезды. Элементы орбиты двойной звезды. Третий закон Кеплера в формулировке Ньютона.
7. Физические характеристики звезд и их разброс. Физическая природа звезд. Спектральный класс звезды.
8. Определение расстояний до звезд. Годичный параллакс звезды. Величины годичного параллакса для различных звезд.
9. Распределение звезд по температурам и светимостям. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Различные типы звезд.
10. Источники энергии звезд. Эволюция звезд в зависимости от массы. Заключительные стадии эволюции Солнца.
11. Переменные звезды. Типы переменных звезд. Зависимость период-светимость для Цефеид.
12. Решение олимпиадных задач по астрономии
13. Решение олимпиадных задач по астрономии
14. Решение олимпиадных задач по астрономии
15. Решение олимпиадных задач по астрономии
16. Итоговое занятие. Распределение заданий для самостоятельной работы на зимние каникулы.
Примеры тем занятий для самостоятельной работы на каникулах:
1. Наблюдение созвездий зимнего неба невооруженным глазом.
2. Позиционные визуальные/фотографические наблюдения планеты.
3. Изменения фаз Венеры в вечернюю видимость в январе-мае 2020.
4. Определение периода переменности и кривой блеска переменной звезды.
5. Световое загрязнение в городе его влияние на астрономические наблюдения.
6. Кометы, астероиды, метеороиды: малые тела Солнечной системы.
7. Омумамуа – первый межзвездный астероид.
8. Динамический параллакс двойной звезды.
9. Прецессия перигелия в ОТО.
10. Белые карлики.
Модуль 3 «Зимняя астрономическая школа».
Целью мероприятия является закрепление практических навыков по ориентированию на звездном небе, работе с телескопом и биноклем, а также знакомство с основами астрофотографии.
| День | Тема | Место | Содержание занятия | ||
| День 1 | 16.00-18.00 | Теоретическая часть | Звездное небо сегодня | Купол планетария | Созвездия зимнего неба. Яркие звезды. Планеты. Туманности и галактики. Инструкция по технике безопасности. |
| 18.00-20.00 | Практическая часть | Наблюдение неба | Наблюдат. площадка | Наблюдения неба в телескоп, в т.ч. звезд и планет. | |
| День 2 | 16.00-18.00 | Теоретическая часть | Устройство телескопа | Аудитория/ Планетарий | Устройство телескопа и принцип работы. Увеличение, поле зрения. Виды телескопов. |
| 18.00-20.00 | Практическая часть | Работа с телескопом | Наблюдат. площадка | Работа с телескопами. Самостоятельное наведение на объект, смена увеличений. | |
| День 3 | 16.00-18.00 | Теоретическая часть | Фотографиро-вание неба цифровой камерой | Купол планетария | Подготовка фотоаппарата к наблюдениям. Технология получения простейших снимков со штатным объективом. |
| 18.00-20.00 | Практическая часть | Наблюдат. площадка | Фотографиро-вание звезд на цифровой фотоаппарат. | ||
| Ночные наблюде-ния | 20.00-02.00 или 20.00-08.00 Время наблюдений подлежит определению | Практическое занятие | Наблюдение и фотографиро-вание неба | Наблюдат. площадка | Изменение вида звездного неба в течение суток. Поиск и наблюдение новых объектов. Фотографиро-вание звездного неба с длительной экспозицией. |
Модуль 4 «Астрономические инструменты и наблюдения».
Знакомство с основами астрофизики и астрофизических наблюдений, получение опыта научно-исследовательской работы.