МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Мурманский государственный гуманитарный университет»
(ФГБОУ ВПО «МГГУ»)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
ДН(М).Р4 Астрономия
Основная образовательная программа подготовки бакалавра по направлению
050200.62 Физико-математическое образование
Утверждено на заседании кафедры
физики, информатики и ИТ
факультета физико-математического
образования, информатики
и программирования
(протокол №2 от 04 октября 2012 г.)
Зав.кафедрой физики, информатики и ИТ
____________________ Н.Ю.Королева
РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины.
Автор программы: Шолохов Владислав Сергеевич, к.ф.-м.н., доцент кафедры физики, информатики и ИТ
Рецензенты: кандидат физико-математических наук, доцент Карбановский В.В., кандидат философских наук, доцент Никонов О.А.
1.3 Пояснительная записка:
Цель:
Целью дисциплины «Астрономия» является формирование, в сочетании с другими дисциплинами естественнонаучного цикла, целостного представления о процессах и явлениях, происходящих в неживой природе; формирование представления о роли и месте физической науки для описания научной картины мира.
Задачи:
Ознакомить студентов с теоретическими основами современной астрономии – фундаментальными законами физической науки, лежащими в основе изучения астрономических объектов, их систем, эволюции небесных объектов и Вселенной в целом.
Место курса в общей системе подготовки специалиста:
Астрономия, наряду с математикой и физикой, принадлежит к фундаментальным физико-математическим дисциплинам и входит в число естественных наук вместе с науками о Земле, химическими и биологическими науками. По ряду проблем астрономия на протяжении тысячелетий пересекалась с геодезией и картографией. Значимые связи науки астрономии сегодня прослеживаются с такими областями естествознания, как химия (по проблеме происхождения химических элементов) и биология (в связи с возникновением жизни на Земле и с проблемой жизни вне Земли).
Требования к уровню освоения содержания дисциплины (должны знать, должны уметь):
После изучения дисциплины студент:
должен знать:
значение физической науки для формирования современного научного мировоззрения.
фундаментальные законы, определения, понятия физической науки для изучения астрономических объектов.
методы астрономических исследований.
должен обладать умениями и навыками:
- использовать знания, полученные при изучении физики и математики, для изучения астрономии.
использовать физические методы исследования в приложении к различным разделам астрономии.
пользоваться справочной литературой по физике и астрономии.
производить измерения и обрабатывать их результаты.
математически обрабатывать результаты измерений.
применять полученные знания для решения практических и прикладных зада.
Ссылки на авторов и программы, которые использовались в подготовке:
программа составлена в соответствии с ГОС ВПО по специальности 032 100. 00. «Физика с дополнительной специальностью информатика» и 032. 100. 00. «Математика с дополнительной специальностью физика». Специальности утверждены Госкомвузом РФ 10. 03. 2000г.
1.4 Извлечение из ГОС ВПО направления 050200.62 Физико-математическое образование – вузовский компонент.
1.5 Объем дисциплины и виды учебной работы:
№ п/п
|
Шифр и
наименование специальности
|
Курс
|
Семестр
|
Виды учебной работы в часах
|
Вид
итогового контроля (форма
отчетности)
|
Трудо-емкость
|
Всего аудит.
|
ЛК
|
ПР/
СМ
|
ЛБ
|
Сам.
раб.
|
1.
|
050200.62 Физико-математ. образование
|
4
|
7
|
80
|
52
|
22
|
6
|
24
|
28
|
Экзамен
|
1.6 Содержание дисциплины.
1.6.1 Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:
№
п/п
|
Наименование
раздела, темы
|
Количество часов
|
Всего
аудит.
|
ЛК
|
ПР/
СМ
|
ЛБ
|
Сам.
раб.
|
1.
|
Сферическая астрономия.
|
5
|
2
|
1
|
2
|
5
|
2.
|
Небесная механика.
|
5
|
2
|
|
2
|
5
|
3.
|
Методы астрофизических исследований.
|
|
2
|
1
|
2
|
5
|
4.
|
Определение температуры небесных тел. Приемники излучения.
|
4
|
2
|
|
2
|
5
|
5.
|
Планеты и их спутники.
|
5
|
2
|
1
|
2
|
5
|
6.
|
Физика Солнца. Солнечная активность. Спектр излучения Солнца. Солнечный ветер. Солнечная атмосфера Фотосфера. Хромосфера. Корона.
|
4
|
2
|
|
2
|
5
|
7.
|
Невозмущенное Солнце. Источник энергии Солнца.
|
5
|
2
|
1
|
2
|
5
|
8.
|
Звезды.
|
4
|
2
|
|
2
|
5
|
9.
|
Переменные, новые и сверхновые звезды.
|
5
|
2
|
1
|
2
|
5
|
10.
|
Галактическая и внегалактическая астрономия.
|
5
|
2
|
|
3
|
8
|
11.
|
Космология и космогония. Вселенная.
|
65
|
2
|
1
|
3
|
5
|
|
Итого
|
52
|
22
|
6
|
24
|
58
|
1.6.2 Содержание разделов дисциплины.
1. Введение: Предмет астрономии, разделы астрономии, роль астрономии в формировании научного мировоззрения. Современные представления о строении Вселенной.
2. Основы астрометрии:
2.1 Основы сферической астрономии: видимое вращение звездного неба. Небесная сфера, элементы небесной сферы. Горизонтальная и экваториальная системы небесных координат. Теорема о высоте полюса мира. Суточное вращение небесной сферы. Кульминация светил. Видимое годовое движение солнца. Эклиптика. Смена времен года. Эклиптическая система небесных координат. Измерение времени. Звездное, истинное и среднее солнечное время. Уравнение времени. Системы счета времени. Атомное и эфемеридное время. Календарь. Параллактический треугольник. Преобразование небесных координат. Сумерки. Белые ночи.
2.2 Вопросы практической астрономии: ориентирование по звездам, Солнцу. Гномон. Поправка и ход часов. Служба времени. Определение широты и долготы места. Астрономия в геодезии, мореплавании.
3. Строение солнечной системы: видимое движение планет на фоне звезд. Геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея. Гелиоцентрическая система мира Николая Коперника. Движение планет вокруг Солнца. Конфигурации планет. Синодический и сидерический периоды обращения планет. Параллакс звезд. Методы определения расстояний до небесных тел. Доказательства движения Земли вокруг Солнца. Доказательства движения Земли вокруг оси. Видимое движение Луны относительно Земли. Смена фаз Луны. Вращение Луны вокруг оси. Солнечные и лунные затмения. Сарос.
4. Земля: определение формы и размеров Земли. Триангуляция. Эллипсоид Красовского. Понятие о геоиде.
5. Вопросы небесной механики. Закон всемирного тяготения. Элементы орбит планет. Понятие о возмущениях в движении планет. Определение масс небесных тел. Открытие Нептуна. Приливы и отливы. Прецессия и нутация земной оси.
6. Основы астрофизики: визуальный метод. Телескопы. Астрофотографический метод. Радиоастрономический метод.
7. Физика планет. Физика Земли. Физика планет группы Юпитер. Физика планет группы Земля. Спутники планет. Физика Луны. Малые тела солнечной системы.
8. Физика Солнца: общие сведения о Солнце. Спектр и химический состав Солнца. Солнечная постоянная. Температура внешних слоев. Внутреннее строение. Атмосфера Солнца. Активные образования в солнечной атмосфере. Цикл солнечной активности.
9. Физика звезд: спектральная звездная классификация. Абсолютная величина и светимость звезд. Цвет и температура звезд. Диаграмма спектр – светимость. Диаграмма масса – радиус – светимость. Двойные и переменные звезды, их классификация. Цефеиды. Определение звездных расстояний. Новые и сверхновые звезды. Вырожденные звезды.
10. Галактика. Метагалактика: Млечный путь. Галактическая система небесных координат. Распределение звезд по блеску. Звездные скопления. Звездные ассоциации. Межзвездная среда. Планетарные туманности. Галактика и ее подсистемы. Вращение галактики. Место Солнца в галактике. Радиоизлучение галактики. Структура галактики. Разновидности галактик. Измерение расстояний и размеров галактик. Метагалактика, «красное смещение» в спектрах галактик.
11. Вопросы космогонии и космологии: происхождение и эволюция звезд. Происхождение планет. Происхождение Солнечной системы. Эволюция галактики. Однородная и изотропная Вселенная. Модель «горячей» Вселенной.
1.6.3 Темы для самостоятельного изучения.
№
п/п
|
Наименование
раздела дисциплины.
|
Тема
|
Кол-во
часов
|
Форма
самостоятельной
работы
|
Форма контроля
выполнения
самостоятельной
работы
|
1
|
Сферическая астрономия.
|
Календарь.
|
5/10/8
|
Написание реферата
|
Защита реферата
|
|
|
Практическая астрономия
|
12/10/8
|
2
|
Солнечная система
|
Системы мира
|
10/10/8
|
|
|
Движение Земли
|
10/10/8
|
3
|
Физика планет
|
Большие планеты солнечной системы
|
10/10/8
|
|
|
Спутники планет
|
10/10/8
|
4
|
Физика звезд
|
Двойные и переменные звезда
|
10/10/8
|
|
|
Звездные скопления
|
5/10/8
|
|
|
Структура Галактики
|
10/10/8
|
5
|
Галактики
|
Строение Метагалактики
|
10/10/8
|
|
ИТОГО:
|
|
|
|
1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Лабораторные занятия.
Тема: Сферическая астрономия.
План: Системы астрономических координат.
Вопросы: Горизонтальная, экваториальные и эклиптическая системы координат.
Задания для самостоятельной работы: Основные точки и линии на небесной сфере.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Тема: Измерение времени.
План: Системы счета времени.
Вопросы: Единицы счета времени. Служба времени.
Задания для самостоятельной работы: Календарные системы. Воспроизведение и хранение точного времени.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Тема: Небесная механика.
План: Законы Кеплера.
Вопросы: Конфигурации планет. Эллиптическое движение.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Тема: Физическая природа планет.
План: Большие планеты. Астероиды. Кометы.
Вопросы: Физическая природа планет Солнечной системы.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Тема: Солнце.
План: Солнечная атмосфера. Активные образования в атмосфере Солнца.
Вопросы: Циклическая активность Солнца. Числа Вольфа.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Тема: Звезды.
Вопросы: Спектральная классификация звезд. Переменные звезды.
Литература: Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Астрономический календарь. Переменная часть.
1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1.8.1 Рекомендуемая литература:
Основная:
Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии, М., 1983.
Дагаев М.М. и др. Астрономия, М., 1983.
Попов Н.Н. и др. Астрономия, М., 1967.
Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики, М., 1979.
Левитан Е.П. Методика преподавания астрономии в школе, М. 1989.
Энциклопедический словарь . Сост. Ерпылев Н.П., М., 1980.
Физика космоса. Энциклопедия. М., 1986.
Астрономический календарь. Переменная часть.
Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. М. «Наука», 1976.
Гуди Р., Уокер Дж. Атмосферы. М. «Мир», 1976.
Каплан С.А., Элементарная радиоастрономия, М. «Наука», 1966.
Физика космоса. Энциклопедия. Под ред. Р.А. Сюняева. М., 1986.
Дополнительная:
Пирожный Н.А. Астрономия, М., 1967.
Нестеров В.В. Общая астрономия, М., 1982.
Куликовский Н.Н. Звездная астрономия, М., 1984.
Новиков И.Д. Эволюция Вселенной, М., 1983.
Чаругин В.М. Космология, М.,1984.
Мартынов Д.Я. Планеты, решенные и нерешенные проблемы, М., «Наука», 1970.
Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. М., «Наука», 1976.
Аллер Л. Атомы, звезды и туманности, М., «Мир», 1976.
Уикс Т.К. Астрофизика высоких энергий, М., «Мир», 1972.
1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Программа Redshift
О. Монтенбрук, Т. Пфлегер.Астрономия на персональном компьютере. Питер. 2002.
Перечень используемых технических средств: на каждой лекции кодоскоп.
Перечень используемых пособий: методические разработки к лабораторным работам по астрономии.
Перечень видео- и аудиоматериалов программного обеспечения: демонстрация слайдов со звуковым сопровождением, демонстрация фрагментов видеофильмов.
1.10 Примерные зачетные тестовые задания:
Программа Redshift
1.11 Примерный перечень вопросов к зачету:
Основные точки и линии небесной сферы. Горизонтальная и экваториальная системы координат.
Эклиптика и ее основные точки. Изменение экваториальных координат Солнца в течение года.
Звездное и солнечное время, причины их отличия. Продолжительность тропического и звездного года.
Солнечное истинное, среднее, поясное, декретное и летнее время. Уравнение времени. Тропический год и его отличие от звездного.
Лунный и солнечный календари; юлианский и григорианский календари.
Строение Солнечной системы.
Система мира Птолемея и теория Коперника. Объяснение попятного движения планет в этих системах.
Доказательства движения Земли вокруг Солнца. Аберрация и определение скорости движения Земли вокруг Солнца. Годичный параллакс и единицы расстояний до звезд.
Эмпирические законы Кеплера. Конфигурации внутренних и внешних планет и условия их видимости.
Первый и третий обобщенные законы Кеплера.
Определение масс небесных тел.
Круговая и параболическая скорости (1 и 2 космические скорости). Понятие о черной дыре и расчет ее радиуса.
Движение и фазы Луны. Сидерический и синодический месяцы, драконический год.
Условие наступления затмений, число затмений в году, сарос.
Приливы и отливы и их природа, понятие предела Роша.
Ограниченная круговая задача трех тел и примеры ее реализации в Солнечной системе.
Планеты земной группы их основные свойства и отличия от планет гигантов.
Планеты гиганты их основные свойства и отличия от планет земной группы.
Астероиды. Физические свойства астероидов, распределение их в пространстве.
Кометы. Примеры известных комет. Разрушение комет и их связь с метеорными потоками (примеры). Понятие об облаке комет Оорта.
Запуск ИСЗ и расчет элементов его орбиты, скорость запуска.
Полеты к планетам, расчет орбиты, скорости, даты запуска и времени полета.
Определение основных характеристик Солнца (М, R, L, Т, скорости вращения).
Солнечные пятна и их природа. Солнечная активность и ее цикл. Солнечно-земные связи.
Внутреннее строение Солнца, оценка температуры внутри Солнца и доказательства протекания в нем протон-протонных реакций.
Звездные величины, формула Погсона. Цвет звезды, показатель цвета и его связь с температурой звезды (качественно). Эффективная и цветовая температуры звезды.
Основные характеристики звезд. Определение светимости и массы звезд. Связь между массой и светимостью у звезд главной последовательности.
Определение химического состава звезд; обилие водорода, гелия и других элементов во Вселенной.
Спектральная классификация звезд и качественное ее объяснение на примере наблюдений линий поглощения серии Бальмера.
Условие гидростатического равновесия в звездах Оценка давления и температуры внутри звезды.
Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. Основные классы светимости звезд. Спектральный параллакс.
Источники энергии Солнца и звезд (химический, гравитационный и ядерный). Характерные времена химической, гравитационной и ядерной эволюции.
Протон-протонные реакции и необходимые условия их протекания. Элементарный расчет потока солнечных нейтрино на Земле и их наблюдения.
Строение звезд главной последовательности.
Понятие о вырожденном электронном газе и строение белых карликов, чандрасекхаровский предел на массу белого карлика.
Основные свойства белых карликов. Гидростатическое равновесие в белых карликах. Качественный вывод зависимости радиуса белого карлика от его массы.
Основные свойства красных гигантов и их внутреннее строение.
Понятие о вырожденном нейтронном газе и строение нейтронных звезд. Предельная масса нейтронной звезды.
Переменные пульсирующие звезды. Качественная теория пульсаций. Зависимость светимости от периода пульсаций и определение расстояний до цефеид.
Эволюция звезд (подробно на примере Солнца).
Неустойчивость Джинса и образование звезд и звездных скоплений.
Пульсары: основные наблюдательные данные, их связь с нейтронными звездами.
Понятие о черной дыре, зависимость ее радиуса от массы (Объект Лебедь Х-1 - кандидат в черные дыры).
Особенности эволюции тесных двойных звездных систем.
Сверхновые звезды: наблюдения и теория.
Строение Млечного Пути.
Межзвездная среда. Распределение газа и пыли в Галактике.
Наблюдение радиоизлучения нейтрального водорода и спиральная структура Галактики.
Свойства рассеянных и шаровых звездных скоплений. Определение их возраста.
Классификация галактик. Определение расстояний до галактик.
Квазары и активные галактики.
Красное смещение линий в спектрах галактик и разбега-ние галактик. Закон Хаббла, возраст и радиус Вселенной.
Космология: понятие о классической и релятивистской космологии.
Горячая модель Вселенной и природа реликтового излучения.
1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии) – не предусмотрено.
1.13 Примерная тематика рефератов
Фотометрический парадокс и природа фоновых излучений Вселенной.
Эддингтоновский предел и ограничения на массы звезд и квазаров.
Свойства синхротронного излучения и природа нетеплового излучения квазаров и остатков сверхновых звезд.
Движение перигелия Меркурия и его объяснение в ОТО.
Теория прецессии.
Движение полюсов Земли.
Антропный принцип в астрономии.
Анализ формулы Дрейка и проблемы поиска внеземных цивилизаций.
Строение и эволюция Солнца.
Методика введения сложных астрономических понятий в школьном курсе астрономии.
Исследование планет Солнечной системы с помощью космических аппаратов.
Черные дыры во Вселенной.
1.14 Примерная тематика курсовых работ - не предусмотрены.
1.15 Примерная тематика квалификационных работ - не предусмотрены.
1.16 Методика(и) исследования (если есть) нет.
1.17 Балльно-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний студентов по данной дисциплине – не используется.
|
