ВВЕДЕНИЕ В АСТРОФИЗИКУ НОУ ВПО «РОССИЙСКАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ШКОЛА» (институт)

Российская Экономическая Школа
НОУ ВПО «РОССИЙСКАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ШКОЛА»
(институт)
программа учебной дисциплины
ВВЕДЕНИЕ В АСТРОФИЗИКУ
по направлению 080100.62 «Экономика» подготовки бакалавра
автор программы: П.Г. Зверев, д.ф.-м.н., доцент, [email protected]
Утверждена Cоветом Программы
«___»_____________2012 г.
Исполнительный директор:
Е.В. Максимова___________________
Москва
2012
Российская Экономическая Школа
Цели освоения и краткое описание дисциплины
Предметом изучения дисциплины «Введение в астрофизику» являются основные
понятия астрофизики, в частности, планеты, звезды, Солнце как ближайшая звезда и
Солнечная система, Галактики, Вселенная, физические свойства небесных тел, их
движение, происхождение и развитие. Для успешного освоения материала дисциплины
требуется владение курсами математики и физики в объёме школьной программы и
элементарными навыками работы с компьютером.
Цель освоения дисциплины – дать слушателям целостное представление о строении и
законах Вселенной в рамках существующих естественнонаучных представлений;
способствовать развитию их интеллектуальных, творческих способностей и
критического мышления в ходе проведения исследований, анализа явлений, восприятия
и интерпретации информации.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
ОК-12, ОК-13, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-6, ПК-10, ПК-12, ПК-14, ПК-15
Структура и организация учебной дисциплины
Название раздела
Всего
часов
Аудиторные часы
Лекции
Семинары
Самостоятельная
работа
54
8
8
38
2
Место астрофизики в
естествознании
Солнечная система
54
8
8
38
3
Звезды и эволюция звезд
54
8
8
38
4
Галактики и космология
54
8
8
38
32
32
152
1
ИТОГО
216
Система оценивания и требования к выставлению итоговой оценки
Формы контроля знаний
Тип контроля
Форма контроля
Параметры
Текущий контроль
Контрольные
работы
2 письменные работы
Вес в финальной
оценке (%)
40
Российская Экономическая Школа
Итоговый
контроль
Реферат
6-10 страниц
15
Самостоятельная
работа
Выполнение
домашних заданий
15
Тесты
На семинарах
10
Экзамен
Письменная работа
20
Содержание дисциплины
1. АСТРОФИЗИКА КАК ЧАСТЬ АСТРОНОМИИ
Астрофизика как часть астрономии. Астрометрия, небесная механика, астрофизика,
космология. Основные разделы. Связь с другими естественными науками. Краткая
история астрономии. Научная теория и научный метод. Наблюдение. Орбитальное
движение Земли. Астрономическое время. Движение Луны. Солнечные и Лунные
затмения. Измерение расстояний в астрономии.
История Астрономии. Древняя астрономия. Геоцентрическая модель вселенной.
Гелиоцентрическая модель солнечной системы. Законы планетарного движения.
Размеры солнечной системы. Законы Ньютона.
Излучение. Волны. Спектр электромагнитного излучения. Тепловое излучение. Эффект
Доплера.
Спектроскопия. Спектральные линии. Атомы и излучение. Образование спектральных
линий. Молекулы. Спектральный анализ.
Астрономические приборы. Оптический телескоп. Размер телескопа. Изображения и
детекторы. Астрономия высокого разрешения. Радиоастрономия. Интерферометрия.
Астрономия из космоса.
2. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
Введение в планетологию. Открытие солнечной системы. Измерения размеров и массы
планет. Межпланетное вещество. Образование солнечной системы.
Земля. Общая структура планеты Земля. Атмосфера Земли. Строение Земли.
Магнитосфера Земли. Приливы.
Луна и Меркурий. Орбиты, физические свойства. Особенности поверхности и строения
Луны и Меркурия. Скорости вращения. Происхождение Луны и ее будущее.
Венера. Орбита, физические свойства и поверхность Венеры. Исследование Венеры.
Атмосфера Венеры. Магнитное поле и внутреннее строение.
Российская Экономическая Школа
Марс. Орбита, физические свойства и поверхность Марса. Исследование Марса. Вода на
Марсе. Атмосфера и внутреннее строение Марса. Спутники Марса.
Юпитер. Орбита и физические свойства Юпитера. Атмосфера и внутреннее строение
Юпитера. Магнитосфера Юпитера. Спутники и кольца Юпитера.
Сатурн. Орбита и физические свойства Сатурна. Атмосфера Сатурна. Строение и
магнитосфера Сатурна. Спутники и кольца Сатурна.
Уран и Нептун. Открытие Урана и Нептуна. Орбита и физические свойства Урана и
Нептуна. Строение и магнитосфера Урана и Нептуна. Спутники Урана и Нептуна.
Межпланетные объекты. Астероиды (малые планеты). Кометы. Метеориты.
Образование
планетарной
системы.
Модели
образования
солнечной
системы.
Закономерности солнечной системы. Планеты вне солнечной системы.
3. ЗВЕЗДЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД
Солнце. Физические свойства Солнца. Строение и атмосфера Солнца. Солнечный
магнетизм. Активность Солнца. Центр Солнца. Наблюдение солнечных нейтрино.
Звезды. Окрестности Солнца. Абсолютная звездная величина и светимость. Температура
звезд. Размер звезд. Диаграмма Герцшпрунга-Ресселя. Шкала расстояний в космосе.
Масса и другие характеристики звезд.
Межзвездное пространство. Межзвездное вещество. Свечение туманностей. Темные
пылевые облака. Межзвездные молекулярные образования.
Рождение звезд. Области звездообразования. Рождение звезд подобных Солнцу.
Образование фрагментов облаков и протозвезд. Звездные кластеры.
Эволюция звезд. Эволюция звезд, подобных Солнцу. Эволюция красных гигантов.
Эволюции звезд в звездных кластерах и двойных системах.
Взрывы звезд. Жизнь после смерти для белых карликов. Смерть красных гигантов.
Сверхновые звезды. Образование элементов. Цикл звездной эволюции.
Нейтронные звезды и черные дыры. Нейтронные звезды. Пульсары. Черные дыры.
Теория относительность Эйнштейна. Движение пространства рядом с черными дырами.
Экспериментальное подтверждение существования черных дыр.
4. ГАЛАКТИКИ И КОСМОЛОГИЯ
Галактика Млечный путь. Размеры галактики Млечный Путь. Структура галактики.
Образование галактики Млечный путь. Спиральные рукава галактики. Масса галактики.
Центр галактики.
Российская Экономическая Школа
Другие галактики. Классификация галактик по Хабблу. Распределение галактик в
космосе. Красное смещение. Связь расстояния до галактики с ее красным смещением.
Закон Хаббла. Активные ядра галактик.
Галактики и темная материя. Темная материя во Вселенной. Столкновения галактик.
Образование и эволюция галактик. Черные дыры в галактиках. Проблема шкалы
расстояний.
Космология. Вселенная в гигантских масштабах. Расширение Вселенной. Будущее
космоса. Геометрия пространства. Темная энергия и космология. Реликтовое излучение
во Вселенной.
Рождение Вселенной. Большой взрыв и этапы эволюции Вселенной. Образование ядер и
атомов. Образование структуры Вселенной.
Жизнь во Вселенной. Эволюция в космическом пространстве. Жизнь в Солнечной
системе. Поиск внеземных цивилизаций.
Методы обучения
В процессе обучения используются лекционные и семинарские занятия.
Самостоятельная работа студентов является важным видом учебной и научной
деятельности студента. Работа по подготовке самостоятельной исследовательской
работы должна вестись на протяжении всего курса. При выполнении самостоятельной
работы следует учесть, что большинство заданий рекомендуется выполнять в группе.
При реализации различных видов учебной работы используются следующие виды
образовательных технологий: разбор практических задач и кейсов, деловые и ролевые
игры.
Примеры заданий и вопросов для самостоятельной работы и
промежуточного контроля
Примерные задания для текущего контроля, проводимого в форме письменных работ:
1. Если бы Земля вращалась в два раза быстрее, чем это происходит сейчас, а ее
движение вокруг Солнца оставалось бы таким же, тогда
(a) ночь была бы в два раза длиннее
(b) ночь была бы в два раза короче
(c) год был бы в два раза короче
(d) долгота дня была бы неизменной.
2. Длинное, узкое облако, которое протянулось из зенита до западного горизонта
будет иметь угловой размер
(a) 45
(b) 90
(c) 180
(d) 360 градусов
Российская Экономическая Школа
3. Рисунок зодиакальных созвездий. В январе солнце находится в созвездии
(a) рак
(b) близнецы
(c) лев
(d) водолей.
4. Если Земля бы вращалась вокруг Солнца в течение 9 месяцев вместо 12, тогда бы,
по сравнению со звездным днем, солнечный день должен быть
(a) дольше
(b) короче
(c) неизменный.
5. Когда тонкий полумесяц Луны наблюдается прямо перед восходом солнца, то
Луна находится в своей
(a) растущей фазе
(b) фазе новолуние
(c) спадающей фазе
(d) полнолуния.
6. Если бы Лунная орбита была немного больше, солнечные затмения были бы
(a) скорее более кольцевидным
(b) скорее полными
(c) более частыми
(d) без изменений.
7. Если бы Луна вращалась вокруг Земли в два раза быстрее, то частота солнечных
затмений была бы
(a) в два раза чаще
(b) в два раза реже
(c) оставалась бы такой же.
8. При использовании триангуляции использование более длинной базы должно
привести к
(a) менее точному определению расстояния до объекта
(b) более точному определению расстояния до объекта
(c) большей разнице углов наблюдения
(d) определению большего расстояния до объекта.
9. При использовании суточного параллакса, если бы радиус Земли был бы меньше
это должно приводить к
(a) меньшему углу параллакса
(b) меньшему измеренному расстоянию до объекта
(c) большему наблюдаемому смещению объекта
(d) изменению расположения удаленных звезд.
10.Сегодня, расстояния до звезд измеряется
(a) посылая радиолокационные сигналы
(b) с помощью отраженных лазерных лучей
(c) с помощью космических кораблей
(d) с помощью геометрии.
Российская Экономическая Школа
Список основной и дополнительной литературы
Основная литература
Кононович, Э. В., Мороз, В. И. Под ред. Иванова В.В. Общий курс астрономии:
Учебное пособие. М.: Едиториал УРСС, 2004
Cотникова, Р.Т. Введение в астрофизику: учебное пособие. Изд-во Иркут. гос. унта, 2007
Chaisson, E., and McMillan, S., (2011), Astronomy Today with Mastering Astronomy. Pearson, Addison Wesley
Дополнительная литература
Вайнберг, С., Первые три минуты: современный взгляд на происхождение
Вселенной. Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2000, 272 с.
Cотникова, Р.Т., Астрофизика. Иркутск.: РИО, 2005.
Черепащук, А.М., Чернин, А.Д., Вселенная, жизнь, черные дыры., Изд.Век 2, 2004.
Черепащук, А.М., Черные дыры во Вселенной, Изд.Век 2, ISBN 5-85099-149-2; 2005.