Первый заместитель Министра образования Республики Беларусь

Первый заместитель Министра

образования Республики Беларусь

12.12.2006

Регистрационный № ТД – G.124/ тип.

АСТРОНОМИЯ

Учебная программа для специальности 1-31 04 01 «Физика»

Председатель Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по естественнонаучному образованию

________________ В.В. Самохвал

___________ 2006

________________ Ю.И. Миксюк

___________ 2006
Первый проректор Государственного учреждения образования "Республиканский институт высшей школы"

________________ В.И. Дынич

___________ 2006
Эксперт

________________ С.М. Артемьева

___________ 2006

МИНСК

2006

Составители:

Рецензенты:

Рекомендована

к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой атомной физики и физической информатики Белорусского государственного университета (протокол № 11 от 7 марта 2006 г.)

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 1 от 26 октября 2006 г.);

Научно-методической секцией по специальности 1-31 04 01 «Физика» (протокол № 1 от 21 октября 2006 г.);

Президиумом Совета Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по естественнонаучному образованию (протокол № 1 от 8 ноября 2006 г.)

Ответственный за редакцию: В.И.Шупляк
Ответственный за выпуск: А.П.Клищенко

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Астрономия занимает важное место в системе наук, изучаемых на естественнонаучных факультетах университетов. Преподавание астрономии неотделимо от задачи формирования у молодого человека современного целостного научно обоснованного мировоззрения, понимания места и роли Человека во Вселенной. Предметная область астрономии как науки охватывает наиболее общие закономерности природы и базируется в первую очередь на курсах общей и теоретической физики, математики, а также географии и химии. Курс астрономии призван развить и объединить в логически стройную систему астрономические знания, полученные студентами в средней школе и при изучении физических и математических общих и специальных курсов, и, используя всю полноту знаний, полученных в высшей школе, привести студентов к пониманию современной картины явлений, происходящих во Вселенной, и единства научного знания о мире. Таким образом, основной упор при чтении курса должен быть сделан на раскрытие физической картины окружающего мира, единства законов природы и на интерпретацию астрономических наблюдений.

Уровень изложения, степень раскрытия вопросов программы зависят от специфики университета, уровня подготовки студентов, возможности проведения наблюдений и практических занятий по астрономии, представления демонстрационного материала, а также от профиля специалиста, ведущего курс. При изложении материала необходимо учитывать различие в специальностях студентов, посвящая основное время изучению тех вопросов, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к знаниям и умениям студентов.

Структурную основу новой программы составляет достаточно хорошо апробированная программа 1990 года, изданная Госкомитетом СССР по народному образованию. Однако она была предназначена в первую очередь для студентов астрономических специализаций с большим количеством часов, отводимых для изучения учебного материала. В данной программе снят ряд второстепенных вопросов. Несколько обобщены пункты, касающиеся астрофизических наблюдений и исследования нашей Галактики. Учтены данные современных исследований и пересмотрен список основной и дополнительной литературы.

Учитывая важность астрономических исследований для многих разделов естествознания, возрастающее практическое использование астрономических методов в связи с расширением космических исследований, а также большое мировоззренческое значение астрономии, можно рекомендовать чтение курса «Астрономия» или его отдельных разделов для студентов всех естественнонаучных специальностей.

Целью дисциплины «Астрономия» являются:

• 
  изучение физических процессов во Вселенной, исследуемых с помощью наземных и космических приборов, с целью правильного представления о характере образования, развития и строения небесных тел и их систем;
  
• 
  проведение и использование астрономических наблюдений и расчетов для их практического и научного применения;
  
• 
  знакомство с современной физической картиной строения и эволюции Вселенной;
  
• 
  формирование представления о материальном единстве мира, понятия о Вселенной, как о целостной саморазвивающейся и самоорганизующейся системе, о возможности возникновения и существования жизни во Вселенной.
  

• 
  ознакомиться с важнейшими астрономическими методами, получить представление об астрономических достижениях в неразрывной связи с изучением курсов общей и теоретической физики, математики, географии и химии;
  
• 
  знать принципы работы и назначение инструментов практической астрономии и астрофизических инструментов, уметь проводить простые астрономические наблюдения;
  
• 
  уметь определять координаты небесных светил и время астрономических событий с применением расчетов и использованием подвижной карты звездного неба, решать простые астрономические задачи;
  
• 
  знать основы современных теорий строения и эволюции небесных тел и их систем;
  
• 
  объяснять наблюдаемые астрономические явления с точки зрения современных представлений о физической картине мира, строения и эволюции Вселенной;
  
• 
  овладеть методическими основами изложения курса "Астрономия" в средней школе и вузе, особенностями преподавания в школах различного уровня и профиля.
  

Предмет и задачи астрономии. Общие представления о масштабах и структуре Вселенной. Основные этапы развития астрономии. История развития астрономии в Беларуси. Разделы астрономии. Классические и современные методы астрономических исследований. Революция в современной астрономии. Проблемы развития космонавтики. Вопросы глобальной экологии в астрономии. Место астрономии в системе естественных наук, ее научное, практическое и мировоззренческое значение.

Основные задачи преподавания астрономии. Связь курса астрономии с другими учебными предметами. Особенности курса астрономии и методика его изложения. Приборы и наглядные пособия. Планетарий. Астрономические наблюдения и практические занятия. Задачи и упражнения в курсе астрономии. Домашние задания и система учета знаний. Внеурочная работа по астрономии. Астрономические олимпиады. Компьютерные программы и демонстрации по астрономии, использование сети Интернет.

Небесная сфера. Основные плоскости, линии и точки небесной сферы. Эклиптика. Системы небесных координат. Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним явления. Суточное движение Солнца. Основные формулы сферической тригонометрии. Параллактический треугольник и преобразование координат. Положения небесного экватора, эклиптики, оси мира, точки весеннего равноденствия и их относительное изменение со временем. Смена сезонов и тепловые пояса.

Звездное, истинное и среднее солнечное время. Связь времен. Уравнение времени. Системы счета времени: местное, поясное, всемирное, декретное, эфемеридное и атомное время. Календарь. Юлианские дни.

Рефракция, суточная и годичная аберрация; суточный, годичный и вековой параллакс светил. Определение линейных размеров тел солнечной системы. Единицы измерения расстояний в астрономии. Собственное движение звезд. Астрономические каталоги и звездные карты. Астрономические ежегодники.

Лунно-солнечная и планетарная прецессия; нутация; неравномерность вращения Земли; движение полюсов Земли, учет влияния прецессии и нутации на сферические координаты.

Практические задачи астрономии. Измерение горизонтальных координат светил и определение положения небесного меридиана. Поправка и ход часов. Служба времени. Определение времени (поправки часов), географических долготы и широты. Определение азимута земного предмета. Задачи фундаментальной астрометрии. Абсолютные и относительные методы определения экваториальных координат ( и ) светил. Вычисление моментов времени и азимутов восхода и захода светил.

Видимые и действительные движения Луны и планет. Элементы орбит. Конфигурации планет. Синодическое уравнение. Законы Кеплера. Третий (уточненный) закон Кеплера. Закон Ньютона (всемирного тяготения). Движение тела под действием силы тяжести. Виды орбит. Задача 3-х и более тел. Открытие Нептуна. Устойчивость Солнечной системы. Понятие о возмущающей силе. Орбита Луны. Либрации Луны. Приливы и отливы. Фазы Луны. Солнечные и лунные затмения. Условия наступления затмения. Сарос. Движение космических аппаратов. Космические скорости. Современные достижения космонавтики.

Задачи астрофизики. Спектр электромагнитного излучения, исследуемый в астрофизике. Прозрачность атмосферы Земли. Механизмы излучения космических тел в разных диапазонах спектра. Практическая и теоретическая астрофизика, астрофотометрия. Звездная величина (визуальная и фотографическая). Фотометрические системы. Физические основы астрономических измерений. идеальный газ, вырожденный газ; оптическая толщина, коэффициент поглощения. Свойства излучения и основы спектрального анализа: законы Планка, Стефана-Больцмана, Рэлея-Джинса, Вина. Линейчатый спектр, непрерывный спектр, рекомбинационное излучение, излучение нечерных тел. Реликтовое излучение. Доплеровское смещение. Понятие об общей и специальной теории относительности. Методы определения температур, масс и размеров небесных тел. Определение химического состава и плотности небесных тел. Распространенность химических элементов во Вселенной.

Телескопы, коронографы, радиотелескопы, приемники излучения, интерферометры, спектральные приборы. Приборы астрофизики высоких энергий. Нейтринная, рентгеновская, гамма-астрономия. Методы наблюдений (с земли, с воздушных шаров, самолетов, космических аппаратов и станций).

Методы и основные результаты изучения формы Земли. Геоид. Изучение Земли с помощью ИСЗ. Географические координаты. Вид географических широт. Изменяемость географических координат. Жидкая (гидросфера) и твердая (литосфера) оболочки Земли. Внутреннее строение Земли. Понятие астеносферы. Атмосфера: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера (ионосфера) и экзосфера. Магнитосфера Земли.

Основные характеристики как звезды, его спектр и химический состав, солнечная постоянная. Внутреннее строение Солнца. Регистрация солнечных нейтрино. Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера, корона. Грануляция и конвективная зона. Радиоизлучение: спокойное и спорадическое. Рентгеновское излучение. Солнечное нейтрино. Зодиакальный свет и противосияние. Активные образования на Солнце и их связь с магнитным полем. Цикл солнечной активности. Солнечно-земные связи.

Общие сведения о Солнечной системе и современные методы ее исследования. Луна. Планеты земной группы. Атмосферы и внутреннее строение планет. Планеты-гиганты. Спутники и кольца планет-гигантов. Малые планеты. Кометы. Метеоры. Метеориты. Данные последних исследований тел Солнечной системы. Происхождение и эволюция Солнечной системы. Планетные системы других звезд.

Общие сведения о звездах. Спектры нормальных звезд и спектральная классификация. Расстояния до звезд. Абсолютная звездная величина и светимость звезд. Модуль расстояния. Диаграмма спектр-светимость Герцшпрунга-Рессела. Классы светимости. Температура звезд. Температурная шкала. Определение размеров и массы звезд. Зависимость радиус-светимость-масса. Функции массы и светимости. Модели строения звезд. Источник энергии звезд. Атмосферы звезд. Строение вырожденных звезд (белые карлики и нейтронные звезды). Черные дыры. Происхождение и эволюция звезд. Образование химических элементов. Планетарные туманности. Кратные и переменные звезды (кратные, визуально-двойные, спектрально-двойные звезды, невидимые спутники звезд, затменно-двойные звезды). Особенности строения тесных двойных систем. Предел Роша. Точки либрации Лагранжа. Перенос вещества в кратных звездных системах. Физические переменные звезды (пульсирующие переменные; эруптивные переменные: в начале эволюции, новые, сверхновые; пульсары, нейтронные звезды). Рентгеновские источники излучения.

Распределение звезд в Галактике. Строение Галактики. Галактическая система координат. Масса Галактики. Звездные скопления и ассоциации. Пространственное перемещение звезд. Вращение Галактики. Межзвездные пыль и газ. Космические лучи, галактическая корона и магнитное поле Галактики. Распределение вещества и излучения в межзвездной среде. Зоны HI, HII, молекулярные облака, газо-пылевые комплексы. Области звездообразования. Космические мазеры. Общая структура Галактики.

Классификация галактик и их спектры. Определение расстояний до галактик. Красное смещение галактик. Постоянная Хаббла и ее физический смысл. Физические свойства галактик. Ядра галактик. Квазары. Радиогалактики. Проблема скрытой массы. Пространственное распределение и эволюция галактик. Местная группа галактик и Сверхгалактика. Метагалактика.

Задачи космологии. Космологический принцип. Космологические модели. Классическая модель однородной и изотропной Вселенной. Релятивистская космология. Модель «горячей» Вселенной. Реликтовое излучение. Современные представления об эволюции Вселенной.

Современные проблемы астрономии. Философские вопросы астрономии. Связь микро- и макромира. Научное, практическое и мировоззренческое значение астрономии.

1. 
   Небесная сфера. Системы небесных координат. Суточные и годичные изменения положений светил на небесной сфере и связанные с ними явления
   
2. 
   Кульминация светил. Определение географической широты и координат небесных светил.
   
3. 
   Звездное, истинное и среднее солнечное время.
   
4. 
   Определение моментов времени и азимутов восхода и захода светил. Рефракция.
   
5. 
   Карта звездного неба. Астрономические расчеты и наблюдения.
   
6. 
   Законы Кеплера. Видимые и действительные движения планет. Определение элементов орбит и расчет эфемерид. Затмения Луны и Солнца.
   
7. 
   Физические параметры звезд. Звездные величины. Видимые и истинные движения звезд. Измерения расстояний в астрономии.
   
8. 
   Методика наблюдений небесных тел невооруженным глазом и с помощью оптических приборов.
   

1. 
   Календари.
   
2. 
   Угломерные и астрофизические инструменты, астрономические каталоги.
   
3. 
   Задачи многих тел, устойчивость Солнечной системы.
   
4. 
   Солнечно-земные связи.
   
5. 
   Астероидно-кометная опасность.
   
6. 
   Происхождение и эволюция Солнечной системы.
   
7. 
   Перенос вещества в кратных звездных системах.
   
8. 
   Распределение вещества и излучения в межзвездной среде.
   

По курсу «Астрономия» рекомендуется проведение коллоквиума на темы:

• 
  «Земля»,
  
• 
  «Элементы сферической астрономии»,
  
• 
  «Измерение времени»,
  
• 
  «Факторы, искажающие положение светил на небе»,
  
• 
  «Факторы, смещающие сферическую систему координат относительно звезд»,
  
• 
  «Основы практической астрономии»,
  
• 
  «Небесная механика и теоретическая астрономия»;
  

• 
  «Элементы сферической астрономии»,
  
• 
  «Измерение времени»,
  
• 
  «Факторы, искажающие положение светил на небе»,
  
• 
  «Факторы, смещающие сферическую систему координат относительно звезд»,
  
• 
  «Небесная механика и теоретическая астрономия»,
  
• 
  «Звезды».
  

1. 
   Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. Учебник. – М.: Наука, 1977. – 544 с.
   
2. 
   Воронцов-Вельяминов Б.А. и др. Методика преподавания астрономии в средней школе: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1985. – 240 с.
   
3. 
   Воронцов-Вельяминов Б.А. Сборник задач и практических упражнений по астрономии. – М.: Наука, 1977. – 272 с.
   
4. 
   Клищенко А.П., Шупляк В.И. Астрономия: Учебное пособие. – М.: Новое знание, 2004. – 224 с.
   
5. 
   Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие. – М.: Едиториал УРСС, 2001. – 544 с.
   
6. 
   Левитан Е.П. Дидактика астрономии. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 296 с.
   
7. 
   Мартынов Д. Я., Липунов В.М. Сборник задач по астрофизике. – М.: Наука, 1988. – 125 с.
   
8. 
   Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики: Учебник. – М.: Наука, 1988. – 640 с.
   
9. 
   Соболев В.В. Курс теоретической астрофизики. – М.: Наука, 1985. – 326 с.
   

1. 
   Агекян Т.А. Звезды, галактики, Метагалактика. – М.: Наука, 1981. – 416 с.
   
2. 
   Волынский Б.А. Астрономия: (Учебное пособие для естеств.–геогр. фак. пед. ин-тов). /Под ред. проф. Р.В.Куницкого. – М.: Просвещение, 1971. – 208 с.
   
3. 
   Горбацкий В.Г. Введение в физику галактик и скоплений галактик. – М.: Наука, 1986. – 253 с.
   
4. 
   Гуревич Л.Э., Чернин А.Д. Происхождение галактик и звезд. – М.: Наука, 1987. – 190 с.
   
5. 
   Дагаев М.М. Лабораторный практикум по курсу общей астрономии: (Для пед. ин-тов). – М.: Высшая школа, 1972. – 284 с.
   
6. 
   Дагаев М.М. Сборник задач по астрономии: (Для физ.–мат. фак. пед. ин-тов). – М.: Просвещение, 1980. – 128 с.
   
7. 
   Дагаев М.М., Демин В.Г., Климишин И.А., Чаругин В.М. Астрономия: (Учебное пособие для физ.–мат. фак. пед. ин-тов). – М.: Просвещение, 1983. – 384 с.
   
8. 
   Данлоп С. Азбука звездного неба: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 238 с.
   
9. 
   Климишин И.А. Астрономия наших дней. – М.: Наука, 1986. – 560 с.
   
10. 
    Климишин И.А. Элементарная астрономия. – М.: Наука, 1991. – 462 с.
    
11. 
    Курышев В.И. Практикум по астрономии: (Учебное пособие для физ. и мат. спец. пед. ин-тов). – М.: Просвещение, 1986. – 141 с.
    
12. 
    Масевич А.Г., Тутуков А.В. Эволюция звезд: теория и наблюдения. – М.: Наука, 1988. – 280 с.
    
13. 
    Монтенбрук О., Пфлегер Т. Астрономия на персональном компьютере (+СD). – Изд-во Питер. – 2002. – 320 с.
    
14. 
    Москаленко Е.И. Методы внеатмосферной астрономии: Учебное пособие. – М.: Наука, 1984. – 280 с.
    
15. 
    Мур П. Астрономия с Патриком Муром: Пер. с англ. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. – 368 с.
    
16. 
    Оксфордская иллюстрированная энциклопедия. В 9 тт. Т. 8. Вселенная: Пер. с англ. – М.: "Издательский дом ИНФРА-М", изд-во "Весь Мир", 2000. – 204 с.
    
17. 
    Сурдин В.Г. Астрономические олимпиады. – М.: МГУ, 1995. – 320 с.
    
18. 
    Уокер Г. Астрономические наблюдения: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 352 с.
    
19. 
    Щеглов П.В. Проблемы оптической астрономии. – М.: Наука, 1986. – 271 с.