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.В.01 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-3 | Владение специальным математическим аппаратом, используемым в сфере компьютерной электроники и телекоммуникаций; |
| ПК-3.1 | Знает математический аппарат, используемый для описания процессов и явлений, в профессиональной деятельности. |
| ПК-3.2 | Способен проводить теоретические расчеты с использованием специального математического аппарата. |
| ПК-3.3 | Владеет знаниями о границах применимости профессионального математического аппарата. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Знает математический аппарат, используемый для описания процессов и явлений, в профессиональной деятельности. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Способен проводить теоретические расчеты с использованием специального математического аппарата. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Владеет знаниями о границах применимости профессионального математического аппарата. |
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 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 1.2. | Единицы расстояний. Времена. Массы. Планковские единицы. Проблема измерения расстояний в астрофизике. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 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 | 0,5 | Л1.2 | |
| 1.4. | Методы обнаружения и оценки параметров экзопланет. Современные результаты, перспективы. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2 | |
| 1.5. | Системы небесных координат. Методы обнаружения и оценки параметров экзопланет. Современные результаты, перспективы. | Практические | 6 | 4 | Л1.2 | |
| 1.6. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. | Сам. работа | 6 | 10 | Л1.2 | |
| Раздел 2. Физика и эволюция Солнца и звезд. | ||||||
| 2.1. | Звезды. Общие характеристики. Образование звезд. Джинсовская неустойчивость. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.2. | Гравитационное сжатие облаков. Процессы, препятствующие сжатию. Стадии формирования звезды. Очаги звездообразования в Галактике. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.3. | Основные физические характеристики звезд: массы, радиусы, эффективные температуры. Спектры звезд различных спектральных классов. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.4. | Теорема вириала. Звезды как тела с отрицательной теплоемкостью. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.5. | Внутреннее строение. Ядерные реакции как источники энергии звезд. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.6. | Механизмы переноса энергии. Лучевое давление и эддингтоновский предел светимости. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.7. | Пульсирующие звезды. Зависимости период-плотность и период-светимость. Цефеиды как стандартные свечи. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.8. | Физика и эволюция солнца и звезд | Практические | 6 | 4 | Л1.2, Л2.2 | |
| 2.9. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. | Сам. работа | 6 | 12 | Л1.2, Л2.2 | |
| Раздел 3. Эволюция звезд. | ||||||
| 3.1. | Эволюция звезд. Эволюционные треки на диаграмме Герцшпрунга-Рессела для звезд различных масс. Конечные стадии эволюции. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.2. | Звездный коллапс и вспышки сверхновых. Классификация сверхновых. Предел Чандрасекара. Стандартные свечи. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.3. | Белые карлики. Предельная масса. Вырожденный газ. Условие вырождения, уравнение состояния. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.4. | Нейтронные звезды: состояние вещества, физические параметры, наблюдаемые свойства. Радиопульсары. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.5. | Черные дыры. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.6. | Двойные звездные системы. Наблюдаемые проявления двойственности. Эквипотенциальные поверхности. Полость Роша и перетекание вещества. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.7. | Аккреция вещества на объекты с большим гравитационным потенциалом. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.8. | Эволюция звезд. | Практические | 6 | 6 | Л1.2, Л2.2 | |
| 3.9. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. | Сам. работа | 6 | 14 | Л1.2, Л2.2 | |
| 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 | 1 | Л1.2, Л2.2 | |
| 4.2. | Кинематика звезд и газа в Галактике. Структура Галактики. Темное гало. | Лекции | 6 | 1 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.3. | Звездный состав и содержание газа в галактиках различных типов. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л2.2, Л2.1 | |
| 4.4. | Звездообразование в галактиках. Активные галактические ядра. Квазары. Сверхмассивные черные дыры. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л2.1 | |
| 4.5. | Строение, динамика и эволюция звездных систем. Звездные скопления. Физика и эволюция галактик. | Практические | 6 | 6 | Л1.2, Л2.2, Л2.1 | |
| 4.6. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. | Сам. работа | 6 | 16 | Л1.2, Л2.1 | |
| 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 | Л1.2 | |
| 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 | Л1.2, Л2.1 | |
| 5.3. | Космические лучи. Детектирование. Электронно-фотонные каскады. Широкие атмосферные ливни. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2 | |
| 5.4. | Проблемы происхождения, распространения, взаимодействия космических лучей. Диффузия космических лучей. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л2.1 | |
| 5.5. | Механизмы ускорения космических лучей. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2 | |
| 5.6. | Механизм генерации, переноса и поглощения излучений в астрономических средах. Космические лучи. | Практические | 6 | 6 | Л1.2, Л2.1 | |
| 5.7. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. | Сам. работа | 6 | 18 | Л1.2 | |
| Раздел 6. Крупномасштабное размещение вещества. Релятивистская астрофизика и космология. | ||||||
| 6.1. | Крупномасштабная структура Вселенной. Космологические модели. Вселенная Фридмана. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.2. | Кинематика Вселенной. Понятие о расширении Вселенной. Закон Хаббла и красные смещения. Возраст Вселенной. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.3. | Реликтовое излучение и его природа. Ранние стадии расширения Вселенной. Инфляционная Вселенная. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.4. | Проблема гравитации. Гравитационное излучение. Гравитационное линзирование. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.5. | Темная материя и темная энергия. | Лекции | 6 | 0,5 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.6. | Крупномасштабное размещение вещества. Релятивистская астрофизика и космология. | Практические | 6 | 6 | Л1.2, Л1.1 | |
| 6.7. | Изучение лекционного материала. Работа с основной и дополнительной литературой. Решение задач. | Сам. работа | 6 | 18 | Л1.2, Л1.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Примеры вопросов закрытого типа 1. Что характеризует звездная величина? а. Размер звезды б. Массу звезды в. Светимость звезды г. Спектр излучения звезды Ответ в. 2. Зависимость между какими характеристиками звезды показывает диаграмма Герцшпрунга-Рессела? а. Абсолютная звездная величина и спектральный класс б. Относительная звездная величина и цвет в. Уравнение состояния и химический состав г. Масса и радиус Ответ а. 3. Какие объекты в общем случае не относятся к стандартным свечам? а. Сверхновые типа Ia, образовавшиеся в результате взрыва белого карлика в тесной двойной системе б. Цефеиды в. Ярчайшие красные гиганты г. Звезды спектрального класса G Ответ г. 4. За счет какого механизма протозвезда может иметь высокую светимость до возникновения условий для запуска термоядерных реакций? а. Аккреция б. Излучение Вавилова-Черенкова в. Синхротронное излучение г. Высвобождение гравитационной энергии Ответ г. 5. Что такое критическая (эддингтоновская) светимость? а. Максимальная светимость стационарных звезд или иных небесных тел б. Минимальная светимость стационарных звезд или иных небесных тел в. Светимость звезды непосредственно перед взрывом сверхновой г. Светимость ярчайших квазаров Ответ а. 6. Какой из методов обнаружения экзопланет практичнски не пригоден для открытия экзопланет малой массы? а. Метод Доплера (радиальных скоростей, лучевых скоростей) б. Гравитационное микролинзирование в. Метод периодических пульсаций г. Транзитный метод Ответ а. 7. Что такое предел Чандрасекара? а. Верхний предел светимости для звезд солнечной массы б. Минимальная светимость звезды на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Расселла в. Верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик г. Максимальная масса невращающейся нейтронной звезды Ответ в. 8. Что такое гравитационный радиус? а. Радиус горизонта событий для сферического невращающегося физического тела б. Радиус протона в. Расстояние от центра звезды, на котором находится центр масс планетной системы г. Радиус черной дыры, вращающейся с максимально возможной для нее скоростью Ответ а. 9. Перечислите основные конечные стадии звездной эволюции в порядке возрастания массы "родительской" звезды а. Белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры б. Черные дыры, нейтронные зведы, белые карлики в. Красные гиганты, квазары, блазары г. Блазары, квазары, пульсары Ответ а. 10. В чем основная трудность экспериментальных исследований космических лучей ультравысоких энергий (>10^19 эВ)? а. Отсутствие надежных теоретических моделей электромагнитных взаимодействий при таких энергиях б. Высокая проникающая способность первичных протонов и ядер в. Все космические лучи поглощаются межзвездной средой до достижения Солнечной системы г. Малый поток таких частиц, требующий слишком крупных детекторов для набора статистики Ответ г. 11. Что такое красное смещение в астрофизике? а. Уменьшение длины волны электромагнитного излучения, регистрируемого наблюдателем относительно длины волны источника б. Уменьшение частоты электромагнитного излучения, регистрируемого наблюдателем относительно частоты источника в. Превращение звезды солнечного типа в красного гиганта в ходе эволюции г. Изменение спектра, свидетельствующее о предстоящем взрыве сверхновой Ответ б. 12. Какой эволюционный этап ожидает Солнцев конце жизни а. Планетарная туманность с белым карликом в центре б. Взрыв сверхновой II типа с образованием нейтронной звезды в. Взрыв сверхновой II типа с образованием черной дыры г. Пульсирующая переменная звезда Ответ а. 13. Что такое темная энергия? а. Энергия темной материи б. Энергия, излучаемая звездой за пределами видимого диапазона электромагнитного спектра в. Гипотетический вид энергии, объясняющий ускоренное расширение Вселенной г. Энергия, выделяющаяся при взрыве сверхновой и не регистрируемая наблюдателем Ответ в. 14. Что такое гравитационные волны? а. Сжатия и разрежения, возникающие в газопылевых облаках в результате слияния нейтронных звезд или черных дыр б. Волны пространства-времени, излучаемые движущимися массами в. Электромагнитные волны от слияния нейтронных звезд или черных дыр г. Звуковые волны от слияния нейтронных звезд или черных дыр Ответ б. 15. Что такое многоканальная астрономия? а. Комплексное изучение излучения электромагнитной, гравитационной природы и частиц, испускаеых одним и тем же астрофизическим источником б. Регистрация излучения астрофизических источников одновременно в нескольких каналах электромагнитного спектра в. Изучение астрофизических источников наземными, подземными и орбитальными детекторами г. Регистрация астрофизических нейтрино, ядер космических лучей и гамма-квантов в одном наземном эксперименте Ответ а. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| См. приложенный файл. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Астрофизика РФ.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 | Гриб А. А. | Основные представления современной космологии: учебное пособие | Москва: Физматлит, 2008 | biblioclub.ru |
| Л1.2 | Мурзин В.С. | Астрофизика космических лучей: | М.: Логос. Университетская книга., 2007 | biblioclub.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Топильская Г. П. | Физика межзвездной среды: Учебники и учебные пособия для ВУЗов | Директ-Медиа, 2015 | biblioclub.ru |
| Л2.2 | Топильская Г. П. | Внутреннее строение и эволюция звезд: Учебники и учебные пособия для ВУЗов | Директ-Медиа, 2015 | biblioclub.ru |
| 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 | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Не требуется.Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 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. |