Программа курса лекций АСТРОНОМИЯ для ФИЗИКОВ 20 лекций для студентов 3 курса физического факультета НГУ Автор: Сурдин Владимир Георгиевич, к.ф.-м.н., доцент физического факультета МГУ, с.н.с. Гос. астрономического ин-та им.П.К.Штернберга (МГУ).

Современная астрономия – это физика за пределом лаборатории. Астрономы оперируют и прямыми методами анализа (космические зонды) и дистанционными, используя телескопы. Среди этих методов много оригинальных, не применяемых пока в других науках. Диапазон характеристик космических объектов – температуры, плотности, энергии частиц, напряженности полей – чрезвычайно широк и выходит далеко за пределы возможностей лаборатории. В процессе астрономических исследований открыты многие физические явления, в том числе – темная материя и темная энергия, находящиеся сейчас на передовом рубеже физических исследований. Поэтому лаборатория современного физика – это космос. Предлагаемый курс астрономии знакомит с основными методами и объектами этой науки, способствуя профессиональной ориентации будущих физиков.

Лекция 1. Предмет астрономии

Вселенная как физическая лаборатория с неограниченным диапазоном возможностей.
Современная астрономия: основные разделы и задачи.
Где и как работают астрономы. Источники информации и возможности кооперации.

Лекция 2. Небесная сфера

Основные линии и точки небесной сферы. Суточное движение светил.
Вид небесной сферы для наблюдателя на различных широтах. Восход и заход светил.
Эклиптика. Движение Земли вокруг Солнца. Видимое годичное движение Солнца среди звезд.
Горизонтальная система координат. Экваториальные координаты. Международная система небесных координат.
Эклиптические, галактические и сверхгалактические координаты.

Лекция 3. Определение расстояний и размеров небесных тел

Прямые методы измерения расстояний: локация и параллакс.
Единицы измерения расстояний в астрономии.
Косвенные методы измерения расстояний: кинематические, фотометрические и др.
Принципы измерения Земли и других небесных тел.

Лекция 4. Время и календарь

Понятие об астрономических способах определения времени.
Единицы измерения времени. Звездное время.
Истинное солнечное время. Уравнение времени. Среднее солнечное время.
Координированное время. Поясное, летнее и декретное время.
Юлианский и григорианский календари. Соотношения между датами по старому и новому стилю.
Тропический и звездный годы. Смена времен года на Земле и других планетах.

Лекция 5. Оптический телескоп

Назначение телескопа в астрономии. Принцип работы оптического телескопа.
Рефракторы и рефлекторы. Оптические схемы и типы монтировок.
Проницающая сила и разрешающая способность.
Приемники излучения, используемые в астрономии.
Активная и адаптивная оптика.

Лекция 6. Неоптические телескопы

Радиотелескопы: конструкции и особенности размещения.
Инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-телескопы.
Детекторы космических лучей. Детекторы нейтрино.
Попытки детектирования гравитационных волн.

Лекция 7. Видимое движение планет и спутников

Конфигурации. Сидерический и синодический периоды обращения.
Покрытия, прохождения, затмения. Движение Луны и ее орбита. Покрытия звезд Луной.
Солнечные затмения. Лунные затмения. Прохождения планет по диску Солнца.
Синодический, сидерический, драконический и аномалистический месяцы.

Лекция 8. Элементы небесной механики

Задача одного тела. Интеграл энергии и интеграл площадей.
Законы Кеплера. Свойства эллиптической орбиты.
Зависимость траектории тела от модуля и направления его начальной скорости.
Особенности космических полетов. Задача двух тел.
Относительное движение. Приведенная масса.
Барицентр. Определение масс небесных тел.

Лекция 9. Гравитационные и негравитационные возмущения и приливные эффекты

Понятие о задаче трех тел. Возмущения.
Радиативные эффекты Пойнтинга-Робертсона и Ярковского.
Ограниченная задача трех тел: точки Лагранжа, эквипотенциальные поверхности.
Возмущенное движение Луны. Характер орбиты Луны относительно Солнца.
Возмущения в Солнечной системе. Гравитационные приливные явления.

Лекция 10. Астрономическая фотометрия и спектроскопия

Шкала электромагнитных волн. Основные понятия фотометрии.
Шкала видимых звездных величин. Абсолютная звездная величина.
Поглощающие свойства среды: коэффициент поглощения и оптическая толщина.
Прохождение света через атмосферу Земли. Внеатмосферная астрономия.
Излучение абсолютно черного тела: законы Планка, Вина, Стефана-Больцмана.
Эффективная температура. Непрерывный и эмиссионный спектры.
Эффект Доплера и его использование в астрономии.

Лекция 11. Практическая астрономия

Измерение углов, времени и географических координат.
Измерение малых потоков излучения.
Принципы работы глобальных навигационных систем (GPS, Глонас и др.)
Система астрономических постоянных и их отличие от физических постоянных.
Каталоги, карты и астрономические программы.
Принципы наименования небесных объектов.

Лекция 12. Солнечная система: основные характеристики и состав

Физические различия между объектами разного типа: звезда, планеты, астероиды, кометы.
Методы и результаты поиска и исследования планет у других звезд: экзопланеты.

Лекция 13. Планеты земной группы

Сравнительные характеристики и методы изучения.
Внутреннее строение. Физические условия на поверхности.
Наблюдаемые характеристики атмосфер.
Парниковый эффект и условия для жизни

Лекция 14. Планеты-гиганты и планеты-карлики

Сравнительные характеристики.
Кольца и спутники планет.
Астероиды, кометы, метеорное вещество.
Методы наблюдений, основные наблюдаемые характеристики.
Астероидно-кометная опасность.

Лекция 15. Звезды

Определение понятия "звезда".
Основные характеристики звезд: светимость, масса, температура, радиус.
Физические принципы спектральной классификации звезд.
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.
Солнце как звезда: внутреннее строение, структура атмосферы.
Активные образования в солнечной атмосфере.
Цикличность солнечной активности и ее проявления на Земле.

Лекция 16. Межзвездная среда

Состав и основные физические компоненты межзвездной и межгалактической среды.
Тепловая и гравитационная неустойчивость межзвездной среды.
Формирование звезд, звездных скоплений и околозвездных объектов.
Протозвезды, молодые звезды, их наблюдаемые проявления и особенности.

Лекция 17. Внутреннее строение звезд и источники их энергии

Эволюция звезд на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
Особенности звезд главной последовательности. Продолжительность жизни звезд.
Переход в стадию гиганта. Потеря массы на заключительном этапе эволюции.
Конечные стадии эволюции: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.

Лекция 18. Двойные звезды и остатки эволюции звезд

Двойные и кратные звезды.
Тесные двойные системы.
Аккреция вещества на компактную звезду.
Рентгеновские источники излучения.
Новые и сверхновые звезды.
Пульсары.

Лекция 19. Галактики

Строение нашей Галактики.
Звездные скопления, ассоциации и потоки.
Определение возраста звездных скоплений.
Ближайшие галактики. Измерение расстояний до галактик.
Морфологические типы и наблюдательные характеристики галактик.
Вращение галактик и определение их массы. Проблема темного вещества.
Активность ядер галактик. Квазары.

Лекция 20. Космология

Крупномасштабная структура Вселенной: группы, скопления, сверхскопления галактик.
Взаимодействующие галактики.
Наблюдательные основы космологии. Красное смещение и закон Хаббла.
Возраст Вселенной. Реликтовое излучение.
Понятие о критической плотности.
Дозвездная стадия эволюции Вселенной.
Признаки ускоренного расширения Вселенной; темная энергия.

Учебники и пособия

Кононович Э.В., Мороз В.И. «Общий курс астрономии», М.: УРСС, 2004, 2009, 2011.
Сурдин В.Г. (ред.) «Небо и телескоп», М.: Физматлит, 2008, 2014.
Сурдин В.Г. (ред.) «Солнечная система», М.: Физматлит, 2009.
Сурдин В.Г. (ред.) «Звезды», М.: Физматлит, 2009, 2013.
Сурдин В.Г. (ред.) «Галактики», М.: Физматлит, 2013.
Сурдин В.Г. «Разведка далеких планет», М.: Физматлит, 2011.
Сурдин В.Г. «Астрономические задачи с решениями». М.: УРСС, 2002.
Сурдин В.Г. «Астрономические олимпиады». М.: МГУ, 1995.

Возврат на страницу В.Г.СУРДИНА