МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Астрофизика
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-4-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 36
самостоятельная работа 72
Виды контроля по семестрам
зачеты: 6

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (6) Итого
Недель 19,5
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 14 14 14 14
Практические 22 22 22 22
Сам. работа 72 72 72 72
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент кафедры радиофизики и теоретической физики, Райкин Роман Ильич

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Рудер Давыд Давыдыч

Рабочая программа дисциплины
Астрофизика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. №937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., проф. Лагутин Анатолий Алексеевич

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., проф. Лагутин Анатолий Алексеевич

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Курс астрофизики, наряду с другими курсами блока естественнонаучных дисциплин, закладывает основы фундаментальных знаний в области наук, изучающих окружающий мир. Курс изучается студентами в шестом семестре после изучения большинства курсов общей физики и части курсов теоретической физики. Целью курса «Астрофизика» является получение общих знаний о происхождении, эволюции и устройстве астрономических объектов, представление о ближнем и дальнем космосе, о Вселенной в целом и происходящих в ней физических процессах и явлениях.

Основными задачами курса являются:
знакомство с базовыми астрофизическими концепциями;
знакомство с современными проблемами астрофизики ее новейшими достижениями;
формирование навыков решения задач общей астрофизики.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1: способностью использовать в профессиональной деятельности базовые естественнонаучные знания, включая знания о предмете и объектах изучения, методах исследования, современных концепциях, достижениях и ограничениях естественных наук
ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные методы астрофизических исследований в различных областях спектра;
основы физики солнца и звезд;
основы физики межзвездной среды;
основные физические процессы в источниках астрономических излучений;
элементарные основы космологии;
элементарные основы взаимодействия вещества и космических излучений;
3.2.Уметь:
3.2.1.применять физические законы к изучению вопросов строения, происхождения и эволюции астрономических объектов и Вселенной в целом;
давать физическую интерпретацию новой экспериментальной информации в области астрофизики;
применять полученные знания при формулировке, постановке и решении задач общей и теоретической астрофизики, включая количественные оценки параметров астрономических объектов и межзвездной среды.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.решения задач общей и теоретической астрофизики;
получения количественных оценок параметров астрофизических объектов и межзвездной среды.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение в астрофизику.
1.1. Пространственно-временные масштабы наблюдаемой Вселенной. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.2. Единицы расстояний. Времена. Массы. Планковские единицы. Проблема измерения расстояний в астрофизике. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.3. Приборы и методы астрофизических исследований в различных областях электромагнитного спектра. Современные математические и компьютерные методы в области астрофизики и гравитации. Системы небесных координат. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
1.4. Методы обнаружения и оценки параметров экзопланет. Современные результаты, перспективы. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
1.5. Системы небесных координат. Методы обнаружения и оценки параметров экзопланет. Современные результаты, перспективы. Практические 6 4 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
1.6. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
Раздел 2. Физика и эволюция Солнца и звезд.
2.1. Звезды. Общие характеристики. Образование звезд. Джинсовская неустойчивость. Лекции 6 1 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.2. Гравитационное сжатие облаков. Процессы, препятствующие сжатию. Стадии формирования звезды. Очаги звездообразования в Галактике. Лекции 6 1 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.3. Основные физические характеристики звезд: массы, радиусы, эффективные температуры. Спектры звезд различных спектральных классов. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.4. Теорема вириала. Звезды как тела с отрицательной теплоемкостью. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.5. Внутреннее строение. Ядерные реакции как источники энергии звезд. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.6. Механизмы переноса энергии. Лучевое давление и эддингтоновский предел светимости. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.7. Пульсирующие звезды. Зависимости период-плотность и период-светимость. Цефеиды как стандартные свечи. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.8. Физика и эволюция солнца и звезд Практические 6 4 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
2.9. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 3. Эволюция звезд.
3.1. Эволюция звезд. Эволюционные треки на диаграмме Герцшпрунга-Рессела для звезд различных масс. Конечные стадии эволюции. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.2. Звездный коллапс и вспышки сверхновых. Классификация сверхновых. Предел Чандрасекара. Стандартные свечи. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.3. Белые карлики. Предельная масса. Вырожденный газ. Условие вырождения, уравнение состояния. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.4. Нейтронные звезды: состояние вещества, физические параметры, наблюдаемые свойства. Радиопульсары. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.5. Черные дыры. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.6. Двойные звездные системы. Наблюдаемые проявления двойственности. Эквипотенциальные поверхности. Полость Роша и перетекание вещества. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.7. Аккреция вещества на объекты с большим гравитационным потенциалом. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.8. Эволюция звезд. Практические 6 4 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
3.9. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 4. Строение, динамика и эволюция звездных систем. Звездные скопления. Физика и эволюция галактик.
4.1. Рассеянные и шаровые скопления звезд. Динамическая эволюция шаровых скоплений. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1
4.2. Кинематика звезд и газа в Галактике. Структура Галактики. Темное гало. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
4.3. Звездный состав и содержание газа в галактиках различных типов. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2
4.4. Звездообразование в галактиках. Активные галактические ядра. Квазары. Сверхмассивные черные дыры. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
4.5. Строение, динамика и эволюция звездных систем. Звездные скопления. Физика и эволюция галактик. Практические 6 4 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2
4.6. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
Раздел 5. Механизм генерации, переноса и поглощения излучений в астрономических средах. Космические лучи.
5.1. Взаимодействие частиц высоких энергий с веществом. Основные процессы. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
5.2. Физика межзвездной среды. Горячий газ, молекулярные облака. Межзвездные магнитные поля. Явление вмороженности поля в ионизованный газ. Наблюдаемые проявления межзвездного магнитного поля. Фрактальность межзвездной среды. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
5.3. Космические лучи. Детектирование. Электронно-фотонные каскады. Широкие атмосферные ливни. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
5.4. Проблемы происхождения, распространения, взаимодействия космических лучей. Диффузия космических лучей. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
5.5. Механизмы ускорения космических лучей. Лекции 6 0.5 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
5.6. Механизм генерации, переноса и поглощения излучений в астрономических средах. Космические лучи. Практические 6 4 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л2.2
5.7. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1
Раздел 6. Крупномасштабное размещение вещества. Релятивистская астрофизика и космология.
6.1. Крупномасштабная структура Вселенной. Космологические модели. Вселенная Фридмана. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.2. Кинематика Вселенной. Понятие о расширении Вселенной. Закон Хаббла и красные смещения. Возраст Вселенной. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.3. Реликтовое излучение и его природа. Ранние стадии расширения Вселенной. Инфляционная Вселенная. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.4. Проблема гравитации. Гравитационное излучение. Гравитационное линзирование. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.5. Темная материя и темная энергия. Лекции 6 0.25 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.6. Крупномасштабное размещение вещества. Релятивистская астрофизика и космология. Практические 6 2 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.7. Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. Сам. работа 6 12 ОПК-1, ПК-1 Л1.1, Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств
См. приложенный файл.
Приложения
Приложение 1.   ФОС Астрофизика Ф.docx

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Мурзин В.С. Астрофизика космических лучей: М.: Логос. Университетская книга., 2007 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=84789
Л1.2 Гриб А. А. Основные представления современной космологии: учебное пособие Москва: Физматлит, 2008 https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=68861
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Топильская Г. П. Внутреннее строение и эволюция звезд: Учебники и учебные пособия для ВУЗов Директ-Медиа, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=273674
Л2.2 Топильская Г. П. Физика межзвездной среды: Учебники и учебные пособия для ВУЗов Директ-Медиа, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=276178
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Постнов К.А., Засов А.В. Курс общей астрофизики. – М.: Физический факультет МГУ, 2005. – 192 с. [Электронный ресурс]: Физический факультет МГУ. – Режим доступа: http://www.phys.msu.ru/upload/iblock/aae/2005-postnov-zasov.pdf 16.11.2011.
Э2 Электронный учебник. Космические исследования и взаимодействия космической среды с системами и материалами космических аппаратов. НИИ ЯФ МГУ. [Электронный ресурс]: Научно-техническая библиотека МГУ. – Режим доступа: http://lib.qserty.ru/static/tutorials/01_textbook/index.htm 16.11.2012.
Э3 Радиационные процессы в астрофизике высоких энергий: Видеокурс Интернет-университета информационных технологий. Автор/создатель: Нагирнер Д.И. Интернет-Университет Информационных Технологий (INTUIT.ru) [Электронный ресурс]: Интернет-университет информационных технологий. - Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/physics/radprhea/ 15.05.2012.
Э4 Курс на Едином образовательном портале АлтГУ https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=2679
6.3. Перечень программного обеспечения
Не требуется.
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Особенность астрофизики как предмета состоит прежде всего в ее многосторонности и в большой широте охвата изучаемых явлений — от разреженной межпланетной и межзвездной среды до сверхплотного состояния вещества в недрах белых карликов и нейтронных звезд, от тел солнечной системы и ближайшего космоса до всей Вселенной, рассматриваемой как целое. Вторая особенность — бурное развитие астрофизики, непрерывное появление новых данных наблюдений, разработка и проверка теоретических схем и гипотез, имеющих концептуальное значение, в том числе и в последние годы (например, открытие бозона Хиггса, регистрация гравитационных волн и др.). Таким образом, особую важность при изучении курса приобретает самостоятельная работа с наиболее современными Интернет-источниками, в т.ч. англоязычными, перечень которых готовится преподавателем непосредственно перед началом изучения курса и доводится до студентов в форме презентации.