01.03.02 - Астрофизика и звездная астрономия

УТВЕРЖДАЮ
Директор ГАО РАН
Доктор физ.-мат. наук
___________А.В. Степанов
«___»__________2009 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в аспирантуру ГАО РАН
по специальности 01.03.02
«Астрофизика и радиоастрономия»
Утверждена на заседании
Ученого совета ГАО РАН
Протокол №
от «
Санкт-Петербург
2009
»
2009 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в аспирантуру ГАО РАН
по специальности 01.03.02 «Астрофизика и радиоастрономия»
(Разработанная на базе государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования)
I. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1. Определение основных плоскостей: горизонта, небесного экватора, эклиптики. Системы
небесных координат. Астрометрические звездные каталоги.
2. Время солнечное и звездное, уравнение времени, шкалы времени, используемые в
астрономии, календарь. Пульсары как новый астрономический эталон времени.
3. Принципы определения координат небесных объектов: классические методы,
радиоинтерферометрия, лазерная локация. Прецессия, нутация, движения полюсов и
неравномерность вращения Земли. Редукционные вычисления: учет прецессии, нутации,
параллакса, рефракции, аберрации света и эффекта Допплера.
4. Невозмущенное движение. Законы Кеплера и движение планет. Эллиптическое,
гиперболическое, параболическое и прямолинейное движения. Элементы орбиты.
Возмущенное движение. Ограниченная задача трех тел.
5. Определение масс, размеров, формы небесных тел и расстояний до них. Определение
расстояний и пространственных скоростей звезд.
6. Методы анализа излучения звезд: фотометрия и спектроскопия. Телескопы и приемники
излучения для различных диапазонов спектра. Внеатмосферные наблюдения.
7. Основные характеристики Солнца: строение, спектр, химический состав. Внутреннее
строение. Фотосфера, хромосфера, корона. Активные образования на Солнце.
Солнечные магнитные поля. Солнечная активность. Солнечный ветер.
8. Строение и эволюция Солнечной системы. Классические планеты, карликовые планеты,
малые тела Солнечной системы. Кометы, метеоритное вещество. Спутники планет.
9. Планеты земной группы и планеты-гиганты. Строение и состав планетных атмосфер.
Понятие о внутреннем строении планет. Результаты космических исследований планет и
их спутников.
II. АСТРОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ
1. Оптические телескопы. Светосила, разрешающая способность. Спектральное оснащение
телескопа. Основные аберрации оптических систем. Активная и адаптивная оптика.
Оптические интерферометры и спеклинтерферометрия. Солнечные телескопы.
Основные поколения оптических телескопов ХХ столетия. Современные крупные
телескопы.
2. Основные характеристики приемников излучения. Фотографическая пластинка.
Фотоэмиссионные приемники (ФЭУ, ЭОП). Одноканальные приемники на внутреннем
фотоэффекте
(фотосопротивление,
вентильные
фотоэлементы,
фотодиоды).
Телевизионные трубки. Твердотельные панорамные приемники (ПЗС). Тепловые
приемники. Методы счета фотонов в изображении. Приемники излучения для
рентгеновского диапазона. Особенности регистрации гамма-квантов и космических
лучей. Нейтринные детекторы.
3. Фотометрические системы и их реализация. Учет поглощения в земной атмосфере.
Основные этапы обработки ПЗС-изображений. Звездная и поверхностная фотометрия.
Фотометрия спектральных линий. Методы астроспектроскопии. Контуры линий. Кривые
роста. Лучевые скорости и их измерение. Спектрофотометрия непрерывного спектра.
Методы поляриметрии.
4. Радиотелескопы. Антенны радиотелескопов - основные типы и их характеристики.
Двухэлементные и многоэлементные интерферометры. Основные схемы радиометров.
Шумовая температура и чувствительность радиометров
5. Тепловое и нетепловое космическое радиоизлучение; механизмы излучения и его
источники. Космические лучи. Основы радиоастрономии. Основные характеристики
радиоизлучения - интенсивность, яркость, плотность потока. Излучение черного тела,
закон Планка. Поглощение и излучение радиоволн, уравнение переноса. Закон
Кирхгофа, температура излучения.
6. Радиоизлучение небесных объектов. Основные механизмы: тепловой, синхротронный.
Радиоизлучение Солнца (основные характеристики). Радиоизлучение Луны и планет.
Галактика - основные источники радиоизлучения. Основные характеристики излучения
пульсаров, квазаров, радиогалактик.
7. Законы излучения черного тела. Ионизация газа. Основные понятия классической и
квантово-механической теории излучения. Нетепловые механизмы излучения. Эффекты
Доплера, Зеемана, Штарка.
8. Перенос излучения: коэффициенты излучения и поглощения, оптическая толщина,
уравнение переноса и его решение для простейших случаев.
9. Непрерывные и линейчатые спектры звезд. Термодинамическое равновесие; локальное
термодинамическое равновесие в астрофизических условиях. Формула Саха.
Коэффициенты поглощения и образование спектральных линий. Рассеяние и истинное
поглощение как механизмы образования линий.
10. Взаимодействие излучения и вещества: основные процессы; томсоновское рассеяние;
свободно-свободное излучение; обратное комптоновское рассеяние; синхротронное
излучение.
11. Особенности астрофизической плазмы. Движение частиц в магнитном поле.
Квазинейтральность и вмороженность. Движение плазмы в магнитном поле. Волны в
плазме. Ударные волны.
12. Фотометрические характеристики звезд. Системы звездных величин. Светимости и
абсолютная величина звезд. Показатель цвета звезд. Температуры звезд.
13. Классификация звездных спектров. Статистические зависимости между основными
характеристиками звезд. Диаграмма «спектр – светимость» и классы светимости.
Зависимость «масса-светимость». Оценка размеров звезд.
14. Джинсовская неустойчивость и образование звезд. Контракционная фаза эволюции.
Звезды типа Т Тельца. Образование газопылевых дисков.
15. Звезды: механическое и тепловое равновесие; теорема вириала и отрицательная
теплоемкость звезд. Основные уравнения теории внутреннего строения звезд. Перенос
излучения и источники непрозрачности в звездных атмосферах. Политропные звезды.
Конвекция.
16. Физические условия в недрах звезд. Модели звезд. Источники звездной энергии;
ядерные реакции. Эволюция звезд и синтез тяжелых элементов.
17. Поздние стадии эволюции звезд. Вырожденный газ и белые карлики. Нейтронные звезды
и их астрофизические проявления. Черные дыры.
18. Двойные звезды. Классификация. Определение масс звезд. Общее представление о
методах определения орбит визуально-двойных и спектрально-двойных звезд. Затменнопеременные звезды.
19. Переменные звезды: пульсирующие и эруптивные переменные. Спектральные
особенности переменных звезд.
20. Эволюция звезд в тесных двойных системах. Рентгеновские и радиопульсары.
Миллисекундные пульсары. Новые звезды.
21. Межзвездная среда. Газовые туманности, ионизация водорода. Механизмы свечения
туманностей в разрешенных и запрещенных линиях. Непрерывные спектры газовых
туманностей. Определение электронных температур, плотностей и масс газовых
туманностей. Диффузия излучения в туманностях.
22. Многофазная структура межзвездной среды. Ионизованный, нейтральный и
молекулярный водород. Области НI и НII, физические условия в них. Молекулярные
облака.
23. Межзвездная пыль. Отражательные и темные туманности. Межзвездное поглощение в
разных спектральных диапазонах. Межзвездная поляризация света. Распределение пыли
в Галактике. Околозвездные пылевые оболочки.
24. Межзвездные магнитные поля. Вмороженность магнитного поля. Наблюдательные
проявления космических магнитных полей в оптическом и радиодиапазонах. Остатки
сверхновых. Крабовидная туманность.
25. Общие черты строения Галактики. Звездные скопления и ассоциации, их распределение
в Галактике. Спиральная структура, индикаторы спиральных ветвей. Наблюдения в
линии нейтрального водорода на 21 см. Вращение Галактики. Типы звездного населения.
Различия химических составов звездных населений.
26. Классификация галактик, их стpоение и физические хаpактеpистики. Особенности
звездообразования в галактиках различных морфологических типов. Определение
расстояний до галактик. Вращение галактик и оценка их масс. Радиоизлучение галактик.
27. Группы и скопления галактик. Рентгеновское излучение скоплений. Проблема скрытой
массы в системах галактик. Пpостpанственное pаспpеделение и эволюция галактик.
28. Активные внегалактические объекты (сейфертовские галактики, радиогалактики,
квазары и лацертиды). Проявления активности в разных диапазонах спектра. Природа
излучения радиоактивных ядер.
29. Оценка расстояний и размеров галактик. Красное смещение. Постоянная Хаббла и
методы ее определения.
30. Основы космологии. Фридмановские модели Вселенной, модели одноpодной
изотpопной Вселенной. Ранние стадии эволюции. Первичный нуклеосинтез. Реликтовое
излучение и крупномасштабная структура Вселенной.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ
 Светимость
 Видимая звездная величина
 Абсолютная звездная величина
 Болометрическая звездная величина
 Абсолютно черное тело
 Тепловое излучение
 Спектр (виды спектров)
 Спектральная линия
 Спектральная классификация звезд
 Диаграмма H-R
 Внутреннее строение звезд
 Звездные атмосферы
 Фотосфера
 Пульсирующие переменные
 Эруптивные переменные
 Классификация галактик
 Звездные скопления
 Радиоисточники
 Квазары
 Закон Хаббла
 Метагалактика
Основная литература
К Части I.
1. Абалакин В.К. Эфемеридная астрономия .
2. Блажко С.Н.. Курс практической астрономии. 4-е изд., М.: Наука, 1979
3. Жаров В.Е. Сферическая астрономия Век2, 2006
4. Киселев А.А. Теоретические основания фотографической астрометрии. Наука, М. 1989
5. Ковалевский Ж., Современная астрометрия, М.: 2004, 480 с.
6. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. -М.: Едиториал УРСС, 2004,544 с.
7. Куликов К.А.. Сферическая астрономия.
8. Мюррей К.Д., Дермот С.Ф., Динамика Солнечной системы, М.: Наука, 2009 (Murray C.D,
Dermott S.F. Solar System Dynamics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000)
9. Подобед В.В., Нестеров В.В.. Общая астрометрия, М. 1983
10. Подобед В.В. Фундаментальная астрометрия (второе издание)
11. Субботин М.Ф. Курс небесной механики
К Части II.
1. Воронцов-Вельяминов Б.А.. Внегалактическая астрономия. Наука, М., 1978
2. Горбацкий В.Г., Введение в физику галактик и скоплений галактик. М. Наука 1986
3. Гоффмейстер К., Рихтер Г., Венцель В. Переменные звезды. М.: Наука, 1990.
4. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии.
2-е изд. Наука, 1976. 392 с.
5. Засов А.В., Постнов К.А. Общая астрофизика. Век2, Фрязино. 2006. -496 с.
6. Каплан С.А.,.Пикельнер С.Б., Физика межзвездной среды. Наука, М., 1979
7. Куликовский П.Г. Звездная астрономия. М.: Наука, 1985.
8. Мартынов Д.Я., Курс общей астрофизики. Наука, М., 1988
9. Мартынов Д.Я., Курс практической астрофизики. Наука, М., 1977
10. Соболев В.В., Курс теоретической астрофизики. Наука, М., 1985
11. Теребиж В.Ю., Современные оптические телескопы. Физматлит, М., 2005
12. Христиансен У., Хегбом И. Радиотелескопы. М.: Мир, 1988.
13. Черепащук А.М. Черные дыры во Вселенной, Век 2, 2005, 64 с.
14. Чернин А.Д. Космология: Большой Взрыв, Век 2, 2005 , 64 с.
15. Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. М.: Наука, 1984, 368 с.
16. Шкловский И.С. Сверхновые звезды. М.: Наука, 1976, 440 с.
Дополнительная литература
1. Бакулин П.И. Фундаментальные каталоги звезд (переизданное с дополнением
Гуляева).
2. Паркер Е., Космические магнитные поля. в 2-х томах М. Мир, 1982
3. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д., Шукуров А.М.: Магнитные поля галактик. М.: Наука,
1988.
4. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда, М.: Мир, 1978.
5. Сим Э.,Триттон К. Детекторы слабого излучения в астрономии. М.: Мир, 1986.
6. Физика космоса. Маленькая энциклопедия. - М.: Сов.энциклопедия, 1986.
7. Уокер Г., Астрономические наблюдения, М: Мир, 1990
Вступительный экзамен предполагает ответы на три вопроса (один из Части I и два из Части II)
и знание определений основных понятий.