Програма до гуртка "Астрономія"

Про матеріал

Адаптована навчальна програма з позашкільної освіти науково-дослідницького напряму гуртка «Астрономія». 2 роки навчання

Перегляд файлу

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ ТА НАУКИ

ХМЕЛЬНИЦЬКОЇ ОБЛДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ

ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ ОБЛАСНИЙ ЦЕНТР НАУКОВО-ТЕХНІЧНОЇ

ТВОРЧОСТІ УЧНІВСЬКОЇ МОЛОДІ

СХВАЛЕНО

Педагогічною радою Хмельницького обласного центру науково-технічної творчості учнівської молоді

«05» вересня 2024 р. № 3

ЗАТВЕРДЖЕНО

Наказ директора Хмельницького обласного центру науково-технічної творчості учнівської молоді

«06» вересня 2024 р. № 80

Навчальна програма з позашкільної освіти

науково-дослідницького напряму

гуртка «Астрономія»

2 роки навчання

м. Хмельницький – 2024

Автор:

Постапюк Ольга Анатоліївна, керівник гуртка Хмельницького обласного центру науково-технічної творчості учнівської молоді

Рецензент:

Гаєвська Марія Володимирівна, заступник директора з навчально-методичної роботи Хмельницького обласного центру науково-технічної творчості учнівської молоді

ПОЯСНЮВАЛЬНАЗАПИСКА

Забезпечення всебічного розвитку особистості є головною метою освіти вумовах глобалізації. Фундаментальні знання та набуті компетентності маютьстатизапорукоювідповідальногоставленнядонавколишньогоприродногосередовищата соціуму,без чого неможливийпоступ.

Технічнийпрогрессучасноїцивілізаціїґрунтуєтьсянанауковихдосягненнях,зокремацестосуєтьсяйфізико-математичнихнаук,абожширше

-природничихдисциплін.Середнихнайдавнішоюєастрономія.Вонавиниклаізпрактичнихпотреблюдиниворієнтації,календарнихрозрахунках,передбаченні певних небесних явищ. Тривалий час астрономія розвивалася длявирішення саме цих завдань, і лише поява астрофізичних методів дослідженнявіддалилаїївідзвичайнихпотреблюдини.Однакколосальнерозширенняпросторовихмасштабів,доступнихвивченнюзаостанні100років,зробилоастрономіюнайважливішоюсвітоглядноюдисципліноюсеред інших.

Всесвіт надає змогу досліджувати фізичні процеси у таких умовах, якінеможливо відтворити в земній лабораторії. Відкриття планет поза Сонячноюсистемою, дослідження перших галактик у Всесвіті, можливість вивчати тіла зінших зоряних систем, що потрапляють до нас, - усе це допомагає осягнутимісценашоїпланетиталюдстваумасштабахВсесвіту.Швидкийрозвитокінструментальноїбазиастрономічнихдосліджень-побудователескопівновогопокоління, що триває зараз, запуск нових космічних місій та доставлення наЗемлюречовинастероїдівроблятьастрономіюдужединамічною наукою.

Зміст, систематичність і методологія досліджень астрономії відкриваютьширокіможливостідлястановленнянауковогосвітоглядувихованців.Актуальність програми полягає у формуванні у них практичних умінь і навичокпроведеннядосліджень,здатностідосамостійногойлогічногомислення,науковоїроботи,розвиткуздібностідо критичногоаналізуданих.

Дана програма «Астрономія» адаптована до навчальної програми з позашкільної освіти «Астрономія» Міністерства освіти і науки дослідницько-експериментальний напрям автор: Іван Слюсарев.- К., 2023.

Навчальна програма «Астрономія» реалізується в гуртку науково-дослідницькогонапряму йпризначенадлягуртківців14-17років.

Навчальнапрограмаспрямовананаорганізаціюосвітньогопроцесувгрупахосновного та вищогорівнівпротягомдвохроків.Наопрацюваннянавчальногоматеріалу відводиться по 216 годнарік(6год натиждень).

Програму структуровано з урахуванням змісту тем курсу астрономії дляздобувачів освіти8-11 класів закладів загальної середньої освіти. Навчальний матеріал зкожної теми підкріплено прикладними задачами, дослідами, експериментами,лабораторнимироботами.

Метоюпрограмиєформуванняувихованцівкомпетентностей(пізнавальної, практичної, творчої, соціальної) упроцесі освітньої діяльності задослідницько-експериментальнимнапрямомпозашкільноїосвітивгалузіастрономії.

Основнізавданняпрограмиполягаютьуформуваннітакихкомпетентностей:

пізнавальної:поглиблюватитасистематизуватизнанняугалузіастрономії,зокремасферичноїастрономії,небесноїмеханіки,астрофізики,зоряноїастрономіїтакосмології;засвоюватиосновніпоняттяастрономії(«зеніт»,

«надир»,«полюссвіту», «горизонт»,«небесний меридіан», «небесний екватор»,

«екліптика»,«площинаГалактики»таін.);набуватизнаньпрозакониКеплератазакони всесвітнього тяжіння, закони збереження імпульсу та ін.; формуватистійкеуявленняпродинамічнукартинупізнаннявсесвітуйокреслюватиневирішені проблеми астрофізики; формувати інтерес до наукового пізнанняприроднихявищіпроцесів,атакождопошукової,аналітичноїдіяльності;ознайомлюватизособливостяминауково-дослідницькоїроботи;

практичної:опановуватинавичкирозв’язуваннязадачнапрямеобчислення,навиведенняформул,отриманняоцінкивеличинзаметодомрозмірностей, застосовуючи фізичні закони для аналізу астрономічних явищ,уміння обчислювати похибки вимірювання, узагальнювати й систематизуватинабуті знання; дотримуватися правил безпеки життєдіяльності під час занять,практичних робіт та екскурсій, роботи за комп’ютером; розвивати практичнінавички проведення астрономічних спостережень, пошуку наукової літературитадобиранняджерелдлядослідницькоїроботи;вироблятивміннявикористовувати самостійно набуті знання для розв’язання навчальних завдань,проводитителескопічніспостереження,здійснюватиобробленняйузагальненнярезультатівспостережень;формуватинавичкинаписаннятаоформленнядослідницької роботи, підготовки матеріалів своїх науково-дослідницьких робітдопублікацій,представлення результатіввласнихдосліджень;

творчої:розвиватисамостійне,критичне,творче,аналітичнемислення,

творчітамовленнєвіздібності,здатністьтворчопідходитидорозв’язаннярізнихнавчальнихзавдань;

соціальної:виховуватикультуруміжособистісноївзаємодії,моральніякості,громадянськусвідомість,розуміннясоціальноїроліприродничихнаук.

Програмапередбачаєміжпредметнізв’язкизматематикою,фізикою,географією.Вихованцірозвиватимутьнавичкианалізуваннятавирішенняпроблем,використовуючизнаннязцихпредметівуконтекстівивченняастрономії.

Програмапередбачаєтеоретичні,практичнізаняття,телескопічні спостереження,роботу з базами даних, а також науково-дослідницьку діяльність.

Теоретичні заняття проводяться у формі лекцій, евристичних бесід, дискусій,круглихстолів.Теоретичнийблокподаєтьсязвисвітленнямпроблемних питань та використанням презентаційних матеріалів.

Практичнізаняттяпроводятьсяуформіпрактикумівітелескопічнихспостережень,обробленняготовихданихтаотриманняпервиннихданих,підчасякихвихованцінабуваютьуміньвикористовуватиастрономічніприлади,ознайомлюютьсязвимірювальноюапаратуроютаприймачамисвітла,навчаютьсязастосовуватиїхпідчасспостереженьівпроведеннівласнихдосліджень.

Підчасзанятьзастосовуютьсяяктрадиційніметоди(пояснювально-ілюстративний,репродуктивний,частково-пошуковий,дослідницький,інтерактивний, самостійної роботи тощо) та засоби навчання, так і елементиінноваційнихпедагогічних технологій.

Перевірка й оцінювання знань та умінь вихованців здійснюються під часвиконання ними практичних робіт, тестових завдань з теми, захисту науково-дослідницькихпроєктів.

НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙПЛАН

Основний рівень, перший рік навчання

Розділ,тема	Кількістьгодин
Розділ,тема	теоретичних	практичних	усього
Вступ	2	–	2
Розділ1.Пронаукутадослідницьку діяльність (36 годин)
1.1.Наукаяксферадіяльностілюдини	4	2	6
1.2.Поняттяпронауковедослідження	4	2	6
1.3.Науковідослідженнявастрономії	4	2	6
1.4.Методинауковогопізнання	4	2	6
1.5.Роботазджереламинауковоїінформації	4	2	6
1.6.Оформленнянауково-дослідницької роботи. Поняттяакадемічноїдоброчесності	4	2	6
Розділ2.Небеснасфера (50 год.)
2.1.Основисферичноїастрономії,системикоординат,вимірюваннячасу	2	6	8
2.2.Позиційнівимірювання,визначеннякоординатнаЗемлі,задачіастрометрії	8	2	10
2.3.Сузір’я,мапитаатласинеба	18	2	20
2.4.ВидимірухиСонця,Місяця,планет.Затемненнятапокриття	4	8	12
Розділ3.Рухсвітилнанебіта законимеханіки (50 год.)
3.1.Теоріїрухупланет–відПтоломеядозаконівКеплера	6	8	14
3.2.Законтяжіння.Небеснамеханіка	30	6	36
Розділ4.Телескопитаприймачі:від ГалілеядоJWST ( 74 год.)
4.1.Системиоптичнихтелескопівта принципиїхпобудовийроботи	12	4	16
4.2.Основифотометрії,зоряні величини.Спектральнийаналіз	10	4	14
4.3.Приймачі випромінювання: фотографія, фотоелектронні помножувачі (ФЕП), прилад із зарядовим зв’язком (ПЗЗ)	8	4	12
4.4.Радіотелескопи, інфрачервона(ІЧ-)таультрафіолетова (УФ-)астрономія	10	2	12
4.5. Детектори високоенергетичнихчастинок, супутники длярентгенівської та гамма-астрономії.	12	4	16
4.6.Гравітаційно-хвильоваастрономія	2	2	4
Розділ5.Презентаціяякформапредставлення результатівнауковогодослідження.Підсумок (4 год.)
РАЗОМ	144	72	216

ЗМІСТ ПРОГРАМИ

Вступ (2 год)

Теоретична частина. Зміст роботи гуртка. Організаційні питання. Астрономія як наука. Відмінності між експериментом у фізиці та астрономічними спостереженнями. Інструктаж із безпеки життєдіяльності.

Розділ 1. Про науку та дослідницьку діяльність (36 год)

Наука як сфера діяльності людини (6 год.)

Теоретична частина. Наука і суспільство. Завдання і мета науки. Роль астрономії в житті людини, зв’язки між астрономією й фізикою, а також іншими природничими науками.

Практична частина. Підготовка презентацій на тему «Українські астрономи, їх внесок у розвиток науки».

Поняття про наукове дослідження (6 год.)

Теоретична частина. Поняття про наукове дослідження. Основні етапи наукового дослідження: обрання напряму досліджень; формулювання проблеми; обрання теми; визначення мети й завдань; висування гіпотези; визначення предмета та об’єкта дослідження; вивчення літературних джерел; аналіз, систематизація та оброблення матеріалу; написання тексту роботи; формулювання висновків; представлення результатів. Поняття про актуальність та методи дослідження.

Практична частина. Визначення теми й мети дослідження. Побудова плану наукового дослідження. Пошук наукових джерел. Ознайомлення з базами даних та науковими публікаціями (Planetary Data System, NASA ADS).

Наукові дослідження в астрономії (6 год.)

Теоретична частина. Основи наукових досліджень у галузі астрономії. Напрями досліджень з астрономії. Особливості теоретичних досліджень з астрономії та спостережних робіт.

Практична частина. Аналіз відмінностей у наукових дослідженнях з теоретичної астрофізики та з аналізу спостережних даних на прикладі наукових статей у провідних фахових журналах.

Методи наукового пізнання (6 год.)

Теоретична частина. Основні методи наукового пізнання. Методи емпіричного рівня пізнання - спостереження, експеримент. Організація і проведення спостереження. Організація і проведення експерименту. Методи теоретичного пізнання - абстрагування, ідеалізація, формалізація, моделювання. Аналіз і синтез. Порівняння. Аналогія. Перевірка гіпотез. Математичні методи опрацювання даних спостережень.

Практична частина. Проведення оброблення астрономічних спостережень вимірювань блиску змінної зорі.

Робота з джерелами наукової інформації (6 год.)

Теоретична частина. Поняття «джерело наукової інформації». Правила пошуку літературних джерел в інтернет-середовищі. Робота з літературними джерелами в бібліотеці.

Практична частина. Пошук літературних джерел за заданою темою в інтернеті.

Оформлення науково-дослідницької роботи. Поняття академічної доброчесності (6 год.)

Теоретична частина. Вимоги до оформлення науково-дослідницької роботи: загальні положення, структура роботи, вимоги до змісту, правила оформлення роботи, побудова таблиць, оформлення використаних літературних джерел та додатків до роботи. Мотиваційний лист. Поняття про академічну доброчесність. Види порушень академічної доброчесності.

Практична частина. Оформлення титульного аркуша. Написання анотації, мотиваційного листа. Редагування тексту науково-дослідницької роботи. Виконання вправ на виявлення порушень академічної доброчесності.

Розділ 2. Небесна сфера (50 год)

Основи сферичної астрономії, системи координат, вимірювання часу (8 год.)

Теоретична частина. Поняття небесної сфери. Сферичні координати на небі, різні системи координат (горизонтальна, перша та друга екваторіальні, екліптична, галактична), зміна виду зоряного неба із широтою. Зв’язок між системами координат, формули сферичної тригонометрії. Вимірювання часу, динамічний час, сонячний та зоряний час, атомний час. Перехід між сонячним та зоряним часом. Рівняння часу. Календар, арифметика календарів, ланцюгові дроби. Культурні особливості календарних систем різних народів.

Практична частина. Пошук основних сузір’їв на небі. Розв’язання задач на перехід між системами координат. Розрахунок часового кута зорі для спостережень.

Позиційні вимірювання, визначення координат на Землі, задачі астрометрії (10 год.)

Теоретична частина. Прилади для вимірювання координат зір: пасажний інструмент, меридіанне коло. Визначення широти та довготи на Землі за астрономічними спостереженнями. Астрометрія як розділ астрономії, її цілі та методи. Побудова інерціальної системи відліку. Досупутникова астрометрія, фундаментальні каталоги зір. Фотографічна астрометрія, нормальний астрограф. Супутники «HIPPARCOS» і «Gaia» та створені ними каталоги положень, паралаксів, власних рухів, радіальних швидкостей. Фактори, що впливають на спостереження: рефракція, аберація світла, паралакс, власний рух, прецесійно- нутаційний рух Землі.

Практична частина. Порівняльний аналіз каталогу «FK4» та каталогу«Gaia DR3».

Сузір’я, мапи та атласи неба (20 год)

Теоретична частина. Сузір’я у різних народів, їх кількість та межі між ними. Найдавніші карти та каталоги зір. Система позначення зір. Каталоги туманностей і зоряних скупчень. Фотографічні атласи «Carte du ciel», «Palomar Observatory Sky Survey». Зоряні глобуси. Сучасні проєкти «Aladin Sky Atlas»,«SIMBAD» (Set of Identifications, Measurements, and Bibliography for Astronomical Data).

Практична частина. Пошук основних сузір’їв, яскравих зір та планет, видимих на час спостереження.

Видимі рухи Сонця, Місяця, планет. Затемнення та покриття(12 год)

Теоретична частина. Рух планет, Сонця та Місяця. Синодичний та сидеричний періоди. Планетні конфігурації (сполучення, протистояння, елонгація), петлі зворотного руху. Сонячні затемнення. Затемнення Місяця. Уявлення про причини затемнень у стародавніх греків, шляхи їх передбачень, сарос. Обчислення стародавніх греків розміру Землі, відносної відстані від Землі до Місяця та до Сонця. Праці Ератосфена, Аристарха, Анаксагора, Гіппарха. Покриття зір та планет Місяцем. Проходження Меркурія та Венери по диску Сонця.

Практична частина. Спостереження особливостей руху планет, вимірювання величини петлі зворотного руху Марсу та Юпітеру. Визначення швидкості руху Місяця по небу. Визначення моменту першої чверті та вимірювання кутової відстані в цей момент від Сонця до Місяця, розрахунки розмірів Сонця і Місяця та відстаней від них до Землі у відносних одиницях.

Розділ 3. Рух світил на небі та закони механіки (50 год.)

Теорії руху планет - від Птоломея до законів Кеплера (14 год.)

Теоретична частина. Планетні теорії Евдокса, Птоломея. Епіцикли,

деференти, їх математичний зміст як розклад у ряд. Геліоцентрична система Коперника, система Тихо Браге. Закони Кеплера.

Практична частина. Розрахунок відхилень положення планети на небі за теорією епіциклів та деферентів від спостережуваного в дійсності.

Закон тяжіння. Небесна механіка (36 год.)

Теоретична частина. Закон всесвітнього тяжіння. Виведення закону тяжіння із законів Кеплера. Гравітаційне поле і його напруженість. Гравіметрія. Гравітаційна стала. Теорія припливів. Задача двох тіл. Поняття про збурений рух, збурювальні прискорення. Задача трьох тіл. Кеплерівські елементи орбіт. Спін- орбітальні резонанси у Сонячній системі (системи супутників Сатурна, Юпітера, Землі, а також Місяця). Відкриття Нептуну та Плутону.

Розвиток космонавтики. Вага і невагомість. Штучні супутники Землі. Перша та друга космічні швидкості. Рух твердого тіла. Центр мас. Обертання тіла навколо осі. Момент інерції. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла. Поняття про прецесію та нутацію, їх вплив на системи координат. Неінерціальні системи відліку. Рух тіла у неінерціальній системі відліку. Сила інерції. Вплив сил інерції на рух. Висновки Ньютона про форму Землі. Оцінювання орбіти за спостереженнями. Ефемериди астероїдів та комет.

Практична частина. Розрахунок сплюснутості Землі за Ньютоном. Вимірювання сплюснутості Сатурну за фотографією. Розрахунок орбіти астероїда за трьома спостереженнями.

Розділ 4. Телескопи та приймачі: від Галілея до JWST (74 год.)

Системи оптичних телескопів та принципи їх побудови й роботи (16 год.)

Теоретична частина. Лінзи та дзеркала в історії людства, розвиток геометричної оптики. Поява лінзового телескопа. Схеми рефракторів Галілея, Кеплера. Поява дзеркальних телескопів. Система Ньютона, Грегорі, Кассегрена,

Ломоносова - Гершеля. Вади перших телескопів. Аберації лінзових та дзеркальних систем. Ахроматичні об’єктиви, поява скляних дзеркал з алюмінієвим покриттям - революційні зрушення у телескопобудуванні. Сучасні дзеркальні системи Річі - Кретьєна, ширококутні дзеркально-лінзові системи Шмідта, система Максутова. Монтування телескопів (німецьке паралактичне, англійське, американське, альт-азимутальне). Телескопи 4-го покоління класу 8–10 м (тонкі дзеркала із активним розвантаженням, сегментні дзеркала). Адаптивна оптика. Оптичні інтерферометри. Дифракційне обмеження роздільної здатності. Космічні телескопи HST, Kepler, JWST.

Практична частина. Побудова саморобного телескопа-рефрактора. Визначення параметрів телескопа - роздільної здатності та проникної здатності - під час спостережень подвійних зір та зоряних скупчень.

Основи фотометрії, зоряні величини. Спектральний аналіз (14 год.)

Теоретична частина. Основні фотометричні величини й закон обернених квадратів. Закон Вебера - Фехнера та формула Погсона, зоряні величини. Точність візуальної фотометрії та квантова ефективність ока. Спектр абсолютно чорного тіла, формула Планка. Показники кольору. Призмовий спектрограф, дифракційна ґратка. Відкриття темних ліній у спектрі зір та Сонця. Спектральна

класифікація зір. Ефект Доплера. Спектрально подвійні зорі.

Практична частина. Обчислення радіальної швидкості зорі за спектрограмами. Оцінювання блиску зорі за спостереженнями неозброєним оком, спостереження міриди, побудова її кривої блиску.

Приймачі випромінювання: фотографія, фотоелектронні помножувачі (ФЕП), прилад із зарядовим зв’язком (ПЗЗ) (12 год.)

Теоретична частина. Око людини як світлоприймач. Фотографія в астрономії, фотографічні зоряні величини. Фотоефект зовнішній і внутрішній. ФЕП: принципи роботи й використання в астрономії, переваги у порівнянні з фотографією. Фотоелементи в астрономії. Поява твердотільних приймачів: ПЗЗ-камера - революція у спостережній астрономії.

Практична частина. Вимірювання блиску зорі за архівними фотографічними платівками. Оброблення спостережень блиску астероїда за даними ФЕП-вимірювань, побудова кривої блиску. Оброблення ПЗЗ-знімків, отримання кольорових знімків туманностей.

Радіотелескопи, інфрачервона (ІЧ-) та ультрафіолетова (УФ-) астрономія (12 год.)

Теоретична частина. Відкриття космічного радіовипромінювання К. Янським. Перші радіотелескопи та винайдення принципу радіоінтерферометрії. Нетеплові механізми випромінювання, показник спектра. Приймачі радіовипромінювання. Радіотелескопи у різних діапазонах радіохвиль: ALMA,VLBI, Arecibo, FAST-500, SKA, NenuFAR, УТР-2. Радарніспостереження Місяця, планет Сонячної системи, астероїдів. Апертурний синтез, телескоп горизонту подій, радари із синтезованою апертурою. Дослідження реліктового випромінення КА Planck, WMAP. Приймачі ІЧ- випромінювання, інфрачервоні астрономічні супутники «IRAS», «Spitzer»,«Akari», «WISE», можливості JWST. Приймачі УФ-випромінювання, астрономічний супутник FUSE.

Практична частина. Розшифровування радарного зображення астероїда.

Детектори високоенергетичних частинок, супутники для рентгенівської та гамма-астрономії. (16 год.)

Теоретична частина. Рентгенівські телескопи, схема та принципи дії. Супутники «Chandra X-ray Observatory», «XMM-Newton». Детектори частинок, сцинтиляційні приймачі у космосі, схема масок для точного визначення напряму приходу гамма-квантів. Супутники «International Gamma Ray Astrophysics Laboratory», «Swift Gamma Ray Burst Explorer», «Spektr-RG». Ефект Вавілова — Черенкова в астрономії. Детектори космічних променів, широких атмосфернихзлив та частинок високих енергій (Pierre Auger Observatory, IceCube). Alphamagnetic Spectrometer на МКС. Астрономічні нейтрино на детекторі Super-Kamiokande.

Практична частина. Робота із даними на порталі «VIrtual Roentgen and Gamma Observatory in Ukraine».

Гравітаційно-хвильова астрономія(4 год.)

Теоретична частина. Поняття про гравітаційні хвилі у ЗТВ (загальній теорії відносності). Лазерні інтерферометри як обсерваторії гравітаційних хвиль. Шуми у гравітаційно-хвильових спостереженнях. Характеристики LIGO, VIRGO, KAGRA. Подія GW170817. Гравітаційно-хвильовий фон Всесвіту та пульсарний таймінг.

Практична частина. Розрахунок часу злиття пари нейтронних зір у подвійній системі подвійного пульсара Тейлора - Халса.

Розділ 5. Презентація як форма представлення результатів наукового дослідження. Підсумок(4 год.)

Теоретична частина. Презентація результатів науково-дослідницької роботи (проєкту). Постер і вимоги до нього. Мультимедійна презентація. Наукова доповідь і вимоги до неї.

Практична частина. Розроблення постера, презентації. Підготовка доповіді. Підсумкова конференція вихованців гуртка. Обговорення виступів, підбиття підсумків роботи гуртка за рік.

ПРОГНОЗОВАНИЙ РЕЗУЛЬТАТ

У вихованців мають бути сформовані компетентності:

пізнавальна: засвоєння основних знань про небесну механіку, оскулюючу орбіту, величини, що зберігаються, проблеми моделювання руху небесних тіл на великі проміжки часу, про задачі та методи спостережної астрономії;

сформоване уявлення про взаємозв’язок астрономії з фізикою, технічні характеристики телескопів, обмеження космічних обсерваторій, максимальну чутливість астрономічних приладів, закони ідеального газу та відхилення від них у надрах масивних зір;

практична: застосування навичок розв’язування задач, обчислення похибки вимірювання, узагальнення і систематизування набутих знань; дотримання правил безпеки життєдіяльності під час занять, практичних робіт та екскурсій, роботи за комп’ютером; розвиток практичних умінь, навичок проведення лабораторних робіт, пошуку наукової літератури та добирання джерел для дослідницької роботи;

творча: застосування творчих і мовленнєвих здібностей; здатність до пошуку нестандартних рішень;

соціальна: дотримання норм культури міжособистісної взаємодії; розвиток моральних якостей; сформована громадянська позиція; уміння організовувати власну діяльність; дотримання правил етики співробітництва.

НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙПЛАН

Вищий рівень, другий рік навчання

Розділ, тема	Кількість годин
Розділ, тема	теоретичних	практичних	усього
Вступ	2		2
Розділ 1. Фізика зір і планет (40 год.)
1.1. Планети й зорі. Основніхарактеристики та їх формування	6	4	10
1.2. Внутрішня будова планет Земної групи та планет-гігантів. Суперземлі у позасонячних планетних системах.Планетні системи навколо інших зір	10	4	14
1.3. Внутрішня будова зір. Джерела енергії, перенесення енергії,конвекція. Кінцеві стадії еволюції	12	4	16
Розділ 2. Фізика міжзоряного середовища (МЗС) (36 год.)
2.1. Склад і хімія міжзоряного середовища. Основні компонентиМЗС	10	4	14
2.2. Зореутворення	6	4	10
2.3. Космічні промені, нагріванняй охолодження МЗС	6	6	12
Розділ 3. Галактики та зоряні Системи (44 год.)
3.1. Класифікація галактик. Утвореннягалактик у ранньому Всесвіті	6	2	8
3.2. Зоряна динаміка, газ зір без зіштовхувань, розподіл швидкостейруху зір	14	4	18
3.3. Будова та основні характеристикиспіральних галактик	4	2	6
3.4. Еліптичні галактики. Скупченнягалактик. Проблема темної матерії	4	2	6
3.5. Припливна взаємодія галактик.Еволюція галактик	4	2	6
Розділ 4. Космологія (40 год.)
4.1. Уявлення про Всесвіт та йогоеволюцію. Моделі еволюціїВсесвіту	8	4	12
4.2. Ньютонівська космологія. Гарячий Всесвіт і Великий вибух.Нуклеосинтез	8	4	12
4.3. Загальна теорія відносностіта космологія. Рівняння Фрідмана. Стандартна космологічна модель	8	4	12
4.4. Проблеми теорії Великоговибуху. Інфляційна модель	2	2	4
Розділ 5. Основинауково‑дослідницької діяльності (52 год.)
Основи науково‑дослідницької діяльності	26	26
Підсумок	2		2
Разом	138	78	216

ЗМІСТПРОГРАМИ

Вступ(2 год.)

Теоретичначастина.Сучаснийстанрозвиткуастрофізикитакосмології.Інструктажзбезпекижиттєдіяльності.Організаційніпитання.

Розділ1.Фізиказіріпланет(40 год.)

Планетийзорі.Основніхарактеристикитаїхформування(10год.)

Теоретична частина. Основи будови Сонячної системи, планети Земноїгрупи,газовігігантитальодянігіганти,популяціїмалихтіл.Межаміжпланетами та зорями, залежність між масою та розміром тіла. Маси, розміри,густини планет. Маси, розміри та температури зір, фізичний зміст спектральноїкласифікації зір. Діаграма Герцшпрунга - Рассела. Формування зір та планет ізгазопиловиххмар.СучасніданіІЧ-супутниківпроформуваннязіріпланет.ДаніALMA про протопланетні диски. Спектр мас зір. Коричневі карлики. Сучасніпоглядинатеоріюформуванняпланет.Еволюціязір,трекинадіаграмізалежностіміжспектральнимкласомісвітністюзір(діаграмі«спектр-світність»), еволюція подвійних зір. Кінцеві стадії еволюції зір, викид речовиниуміжзорянесередовище.

Практична частина. Визначення спектрального класу зорі за її спектром.Розрахунокмаксимальноможливоїсвітностізорі(межаЕддінгтона)таоцінюваннямінімальноможливоїмасизорі(межаКумара).Оцінюваннятискутатемпературиу надрах Сонця.

ВнутрішнябудовапланетЗемноїгрупитапланет-гігантів.Суперземлі у позасонячних планетних системах. Планетні системи навколоіншихзір (14 год.)

Теоретичначастина.ЗагальнийоглядпланетЗемноїгрупи.ДанісейсмологіїпровнутрішнюбудовуЗемлі,Місяця,Марса.Гравіметричніданіпробудовупланет.ПроблемирівняннястанудляпланетЗемноїгрупи.Оглядвластивостейпланет-гігантів.ПроблемаметалевоговоднюдляЮпітера.Генерація магнітного поля планет, магнітосфери, взаємодія із сонячним вітром.Планетитапланетнісистеминавколоіншихзір.Методивідкриттятадослідження позасонячних планет. Особливості суперземель. Проблеми теорійутворення планет під час аналізу орбітальної архітектури позасонячних систем.Еволюціяпланетрізноїмаси.

Практичначастина.Розрахунокймовірностівіднайденняновоїекзопланети, що обертається навколо випадкової зорі. Опрацювання науковоїлітератури.

Внутрішнябудовазір.Джерелаенергії,перенесенняенергії,конвекція.Кінцевістадіїеволюції (16год.)

Теоретичначастина.Циклитермоядернихперетворень,протон-протонний цикл, CNO-цикл. Роль слабких взаємодій та квантового тунельногоефекту. Перенесення енергії: конвекція, променеве перенесення. Будова Сонця.Змінавнутрішньоїбудовиізчасом.Зоряніатмосфери,зорянийвітер.Пульсаційнанестійкість,цефеїди.Гравітаційнийколапс,білікарлики,нейтроннізорі, чорні діри. Еволюція тісних подвійних систем. Обмін масою. Наднові типуІа.Надновізколапсом ядра.

Практичначастина.РозрахунокенергійпротонівунадрахСонця,порівнянняізкулонівськимбар’єром.

Розділ2.Фізикаміжзоряногосередовища(МЗС)(36год.)

Склад і хімія міжзоряного середовища. Основні компоненти МЗС(14год.)

Теоретична частина. Компоненти та складові МЗС. Хімічний склад газуМЗС. Температура та густина міжзоряного газу, гаряча та холодна складові.Динаміка газу в галактиках. Молекули у МЗС, радіолінія 21 см водню. Лазерневипромінювання.Міжзорянийпил,пиловітуманності.Поляризаціявипромінюваннянапиловійскладовій,ефектФарадея,міжзорянемагнітнеполе.ТеплованестійкістьМЗС,зониіонізованоговодню.Корональнийгазугалактикахтаїх скупченнях.

Практичначастина.Аналізуваннязображеньтуманностейрізноготипу.Оцінюванняобертальногомоментуміжзоряногополянаметалевупилинку.

Зореутворення(10год.)

Теоретичначастина.Гігантськімолекулярніхмари,філаменти.Ядразореутворення,спостереженіпроявимолодогопротозоряногооб’єкта,йогоеволюція. Нестійкість Джинса. Цикл зореутворення, перетворення газу в циклізореутворення.Темпзореутворенняугалактиках,оцінкизаспектральнимиданимицього темпу.

Практичначастина.РозрахунокджинсівськоїмасидлядисканавколозоріHLTau.Порівняннязображеньгалактикізрізнимтемпомзореутворення.

Космічніпромені,нагріванняйохолодженняМЗС(12год.)

Теоретичначастина.Спектріскладкосмічнихпроменів.Космічніпроменінадвисокоїенергії.ОбрізанняГрейзена—Зацепіна—Кузьміна.Проблемаприскореннячастиноккосмічнихпроменів,модельФермі.ПередаванняенергіїпроменівгазуМЗС.Нагріваннятаіонізаціягазу,впливУФ-,рентгенівськоготагамма-випромінюваннязір,ударніхвилі.ОхолодженняМЗС,рекомбінаційневипромінювання,випромінюванняулініях.

Практичначастина.Оцінюванняенергіїкосмічнихпроменів,високоенергетичноговипромінюваннязір водиниціоб’єму МЗС.

Розділ3.Галактикитазорянісистеми(44год)

Класифікаціягалактик.УтвореннягалактикуранньомуВсесвіті(8 год)

Теоретичначастина.КласифікаціїЕ.ГабблатаЖ.Вокулера,їхмодифікації.Змінаспостережниххарактеристикітипівгалактиквздовж«камертона»Габбла.Відсотокгалактикрізнихтипів.Моделіутвореннягалактик,«млинці» Зельдовича.

Практичначастина.КласифікаціягалактикупроєктіGalaxyZOO.

Зоряна динаміка, газ зір без зіштовхувань, розподіл швидкостейрухузір (18 год.)

Теоретична частина. Уявлення про зорі у галактиках як газ частинок, щоне зіштовхуються. Довжина вільного пробігу зорі у різних частинах Галактики.Оцінюваннятемпутіснихзближень,поняттярелаксаціїсистеми.РухзірунашійГалактиці,дисперсіяшвидкостейзіррізнихтипів.Еліпсоїдальнийзаконрозподілушвидкостей.

Практична частина. Розрахунок часу між зіткненнями зір у кулястомузоряномускупченнітанаоколиціСонця.

Будоватаосновніхарактеристикиспіральнихгалактик(6год.)

Теоретичначастина.Спіральнігалактики,маси,світності,часткагазопиловоїскладової.Кривіобертання.Характеристикиспіралей.Теоріяспіральнихрукавів якхвильгустини.

Практичначастина.ОцінюванняхарактеристикспіралейгалактикиМ101.Порівняннясвітності ядрата спіралейгалактиктипуSaтаSc.

Еліптичнігалактики.Скупченнягалактик.Проблематемноїматерії(6 год)

Теоретична частина. Маси, світності, зоряний склад галактик Е-типу. Галактики-гіганти типу cD, методи оцінювання маси Е-галактик. Скупченнягалактик.Оцінюваннямасиречовинизасвітністютазадинамічними властивостями (теорема віріалу). Виявлення темної матерії. Проблема малих супутників галактик. Темп росту первинних збурень густини без темної матерії.

Практична частина. Розрахунок маси скупчення у сузір’ї ВолоссяВероніки за світністю та за теоремою віріалу.

Припливнавзаємодіягалактик.Еволюціягалактик(6год.)

Теоретичначастина.Морфологічнікаталогигалактик.Формуванняідеїпроприпливнівзаємодії.ПоявароботибратівТумре,девпершебулопродемонстровановпливприпливноївзаємодіїнаформуваннявидовженихвикидів.Поведінкагазутазіруразіприпливноївзаємодії.Проявиприпливноївзаємодії.Формуванняеліптичнихгалактикупроцесізлиттяспіральнихгалактик.Процесмержингу.Активніядрагалактик,класифікація,механізмиакреції,надмасивнічорнідіриуцентрахгалактик.Спектрсвітностігалактик,зміна із червоним зміщенням темпу зореутворення та долі спіральних галактик.

Практичначастина.Розрахунокчасуміжзближеннямигалактик.ОцінюваннявпливуприпливногоприскореннянакулястезорянескупченняМ31збоку нашоїГалактики тазбокуМ31.

Розділ4.Космологія(40год)

УявленняпроВсесвіттайогоеволюцію.МоделіеволюціїВсесвіту (12 год.)

Теоретичначастина.Історіякосмологічнихуявленьуминуломусторіччі.ВиявленнявеликомасштабноїструктуриВсесвіту.СучасніданізSDSS.Галактикиізмаксимальнимчервонимзміщенням.ДинамікарозширенняВсесвіту, закон Габбла, прискорене розширення. Критична густина. ГеометріяВсесвіту. ПарадоксОльберса, гравітаційнийпарадокс.

Практична частина. Пошук у літературі відомостей про найвіддаленішігалактики. Розрахунок за законом Габбла відстані до галактики за її червонимзміщенням.Вплив СТВнаформулу длячервоного зміщення.

Ньютонівськакосмологія.ГарячийВсесвіттаВеликийвибух.Нуклеосинтез(12 год.)

Теоретична частина. Г. Гамов та модель гарячого Всесвіту. Первиннийнуклеосинтез,реліктовевипромінювання,епохарекомбінації.Анізотропіяреліктового випромінювання. Спектр кутових флуктуацій. Баріонна асиметріяВсесвіту.

Практичначастина.Визначенняположенняголовногомаксимумууспектрі кутових флуктуацій реліктового випромінювання. Оцінювання ступенябаріонноїасиметрії.

Загальна теорія відносності та космологія. Рівняння Фрідмана.Стандартнакосмологічна модель(12 год.)

Теоретичначастина.Фізичнийзмістзагальноїтеоріївідносності,рівняння Ейнштейна. Рішення Фрідмана. Рівняння енергії, руху, нерозривностідляодноріднозаповненогоречовиноюізотропногоВсесвіту.Ролькосмологічноїсталої.ОсновніпараметристандартноїкосмологічноїмоделізарезультатамиКАPlanck.РізницяувизначенністалоїГабблазанадновимтазареліктовимвипромінюваннямяк можливийпроявновоїфізики.

Практичначастина.Аналіззміниізчасомвеличинпараметрівстандартноїкосмологічноїмоделізанауковимистаттямиостанніх40років.

ПроблемитеоріїВеликоговибуху.Інфляційнамодель(4год.)

Теоретична частина. Проблеми горизонту, сингулярності, евклідовості,великомасштабноїоднорідностітаізотропії,первиннихфлуктуацій,баріонноїасиметрії.Вирішенняцихпроблемінфляційнимроздуванням.Спостережніпередбаченнятеоріїінфляції,В-таЕ-модиреліктовоговипромінювання.РоботиприладуBICEPнаПівденномуполюсі.Можливістьвиявленняреліктовихгравітаційниххвиль вексперименті LISA.

Практичначастина.ПорівняннязображеньBICEPтаPlanckдлявиявленняВ-модиу поляризаціїреліктовоговипромінювання.

Розділ5.Основинауково-дослідницькоїдіяльності(52год)

Теоретична частина. Актуальні проблеми сучасної астрономії. Алгоритмроботизджереламинауковоїінформації.Аналізтакритичнеоцінюваннявідомоїінформації за темою дослідження. Принципи академічної доброчесності. Тема,об’єкт,предмет, метатазавданнядослідження.

Вимоги до оформлення науково-дослідницької роботи: загальні положення, структура роботи, вимоги до змісту, правила оформлення роботи, побудова таблиць, оформлення використаних літературних джерел та додатків до роботи. Мотиваційний лист. Поняття про академічну доброчесність. Види порушень академічної доброчесності.

Аналіз,синтез,індукціяякметодинауковогопізнання. Роль математичних методів під час побудови теоретичних моделейастрономічнихявищ.

Аналіз та опрацювання теоретичного матеріалу ірезультатівспостережень,експериментів.Вимогидооформленнядослідницькоїроботи. Правила оформлення цитувань і списку використаних джерел, коректнезазначенняавторствавикористанихзображень.Поняттяпроакадемічнудоброчесність. Види порушень академічної доброчесності. Основні принципирозробленняпостератамультимедійноїпрезентації

Презентація результатів науково-дослідницької роботи (проєкту). Постер і вимоги до нього. Мультимедійна презентація. Наукова доповідь і вимоги до неї.

Практична частина. Визначення теми, об’єкта, предмета, мети та завданьдослідження.Пошукнауковоїінформаціїзатемоюдослідження.

Оформлення титульного аркуша. Написання анотації, мотиваційного листа. Редагування тексту науково-дослідницької роботи. Виконання вправ на виявлення порушень академічної доброчесності.

Визначенняметодівдослідженнявідповіднодообраної теми. Використання комп’ютерних навчальних програм для побудовимоделіфізичних процесів.Розв’язуваннязадач.

Оформленнядослідницькоїроботи.Підготовкапрезентаціїтарозробленняпостеразарезультатамидослідження.

Розроблення постера, презентації. Підготовка доповіді. Підсумкова конференція вихованців гуртка. Обговорення виступів, підбиття підсумків роботи гуртка за рік.

Екскурсіядоастрономічноїобсерваторії,планетарію.

Участьуконкурсах,круглихстолах,іншихтематичнихзаходах.

Підсумок(2год.)

Практичначастина.Підсумкованауково-практичнаконференціявихованцівгуртка. Підбиттяпідсумків роботигуртка.

ПРОГНОЗОВАНИЙРЕЗУЛЬТАТ

Увихованцівмаютьбутисформованітакікомпетентності:

пізнавальна:засвоєнняпонятьпро:природугалактик,їхеволюціютавиникнення,суміснеформуваннязіріпланет,циклперетвореннягазуугалактиках, закон Габбла, еволюційні моделі Всесвіту; поняття про розв’язаннярівнянь Ейнштейна; сформований інтерес до наукового пізнання природничихявищіпроцесів,пошукової,аналітичноїдіяльності;ознайомленнязособливостями науково-дослідницькоїроботи;

практична:використаннясамостійнонабутихзнаньдлявиконаннянавчальнихзавдань;проведенняспостереженьздослідженняастрономічнихявищ;здійсненняопрацюваннятаузагальненнярезультатівспостережень;розвиток навичок написання та оформлення дослідницької роботи, підготовкиматеріалівсвоїхнауково-дослідницькихробітдопублікації,представленнярезультатіввласних досліджень;

творча:набуттядосвідусамостійного,критичного,творчого,аналітичногомислення,уміннятворчопідходитидорозв’язаннярізнихнавчальнихзавдань;

соціальна: виховання громадянської свідомості; розуміння соціальної роліприродничихнаук;використаннязнаньзфізикидлявирішеннязавдань,пов’язаних із реальними об’єктами природи та техніки; уміння орієнтуватися втехнологізованому світі.

ОРІЄНТОВНИЙПЕРЕЛІКОБЛАДНАННЯ

Обладнання,прилади	Кількість,шт.
Комп’ютер	закількістювихованців
Мультимедійнийпроєктор	1
Інтерактивнадошка	1
Принтер	1
Телескопшкільний	1

СПИСОКВИКОРИСТАНИХДЖЕРЕЛ

Вавілова І. Б. Великомасштабна структура Всесвіту: спостереженняі методи дослідження: навч. посіб. до спецкурсу «Позагалактична астрономія».Київ:РВЦ«Київськийуніверситет»,1998.107с.URL:ftp://ftp.mao.kiev.ua/pub/irivav/Vavilova-Large-Scale-Structure-Universe.pdf(датазвернення:07.09.2023).
ВавіловаІ. Б.,КудряЮ. М.,ВасиленкоА. А.,БабикЮ. В.Позагалактична астрономія. Книга 2. Галактики: багатохвильові властивості :навч.посіб.Київ:Науковадумка,2023.446 с.
ВідьмаченкоА. П.,МороженкоО. В.Порівняльнапланетологія :навч.посіб.Київ :ТОВДІА,2013.552с.URL:https://mao.kiev.ua/biblio/mono/2013%20Planetology%20KB.pdf(датазвернення:07.09.2023).
ГоловатийВ.В.,МелехБ.Я.,ГавриловаН.В.Фізикасвітіння

газових туманностей : навч. посіб. Львів : ЛНУ імені Івана Франка, 2013. 130 с.URL:http://physics.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/Book_5_04_2013.pdf(датазвернення:07.09.2023).

ЖдановВ.І.Вступдотеоріївідносності:навч.посіб.Київ:ВПЦ

«Київськийуніверситет»,2008.287с.

Захожай В. А. Вступ до астрофізики та космогонії : навч. посіб.Харків:ХНУіменіВ.Н.Каразіна,2012.208с.URL:https://karazinbook.com/sites/default/files/books/zahozhay_vesproba_2016.pdf (датазвернення:07.09.2023).
ЗахожайВ.А.,ЗахожайО.В.Основиелементарноїастрономії:навч.посіб.Харків :ХНУіменіВ.Н.Каразіна,2021.232с.
Івченко В. М., Решетник В. М. Радіоастрономія : навч. посіб. длястудентівфізичногофакультету.Київ:ВПЦ«Київськийуніверситет»,2021.248с.
КлимишинІ. А.,ГарбузовГ. О.,МурніковБ. О.,КабановаТ. І.Астрономія:навч.посіб.Одеса: Астропринт,2012.352 с.
Кудря Ю. М., Вавілова І. Б. Позагалактична астрономія. Книга 1.Галактики:основніфізичнівластивості:навч.посіб.Київ:Науковадумка,2016.344с.
Кузьменков С. Г. Збірник задач з теорії ймовірностей для фізиків.Херсон:Видавництво ХДПУ,2002.112 с.
КузьменковС.Г.,СоколІ.В.Сонячнасистема.Збірникзадач:навч.посіб.Київ:Вищашкола,2007.167 с.
Кузьменков С. Г. Зорі: астрофізичні задачі з розв’язанням : навч.посіб.Київ:ОсвітаУкраїни, 2010.206 с.
НовосядлийБ. С.СтруктурайеволюціяВсесвіту:навч.посіб.Львів : ЛНУ імені Івана Франка, 2019. 159 с. URL: https://astro.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2021/10/sev.pdf(датазвернення: 07.09.2023).
Панько О. О., Сергієнко О. Г. Загальна астрономія : навч. посіб.Одеса:ОНУім.І.І.Мечникова,2020.128с.URL:http://dspace.onu.edu.ua:8080/bitstream/123456789/32243/1/Paniko_Zag_Astronom y_.pdf(датазвернення: 07.09.2023).
Сферичнаастрономія:навч.посіб.длястудентівспеціальностей«НаукипроЗемлю»та«Геодезіятаземлеустрій»/Ф.Д.Заблоцькийтаін.Львів:ВидавництвоЛьвівськоїполітехніки,2019.152с.
ТугайА. В.Рентгенівськаастрономія.Методиотриманнязображень, кривих блиску і спектрів за супутниковими спостереженнями. Київ :ВПЦКиївський університет, 2012.44 с.
ЧолійВ.Вступдонебесноїмеханіки:посіб.длястудентів.Київ:

ВПЦ«Київськийуніверситет»,2018.244с.

Чолій В. Я. Визначення орбіт. Київ: ВПЦ «Київський університет»,2006.104 с.

СПИСОКДЖЕРЕЛ,РЕКОМЕНДОВАНИХДЛЯВИХОВАНЦІВ

АлександровЮ. В.Небеснамеханіка:підручникдлястудентівастрономічнихспеціальностей.Харків:ХНУіменіВ.Н.Каразіна,2003.252с.
Алекcандров Ю. В., Шевченко В. Г. Астрофізика : підручник длястудентівспеціальності«Фізикатаастрономія»класичнихуніверситетів.Харків:ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2016.252 с.
Андрієвський С. М., Климишин І. А. Курс загальної астрономії :підручник.Одеса :Астропринт,2010.480с.URL:http://astro-observ-odessa0.1gb.ua/chair/dat/kurs_astronomii.pdf(датазвернення:07.09.2023).
Андрієвський С. М., Кузьменков С. Г.,ЗахожайВ. А.,КлимишинІ. А.Загальнаастрономія.Харків :ПромАрт,2019.524с.URL:http://dspace.onu.edu.ua:8080/handle/123456789/23748(датазвернення:07.09.2023).
Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред.І.А.КлимишинатаА. О.Корсунь.Київ:ГАОНАНУкраїни;Львів:ЛНУіменіІванаФранка,2003.548с.URL:https://astro.lnu.edu.ua/astro/(датазвернення:

07.09.2023).

Віртуальний STEM-центр Малої академії наук України. URL:https://stemua.science/(датазвернення: 07.09.2023).
ДумаД.П.Загальнаастрометрія:навч.посіб.Київ:Науковадумка,

2007.600с.

Євсюков М. М., Александров Ю. В. Хімія і геологія планет : навч.посіб.Харків:ХНУіменіВ. Н.Каразіна,2000.190с.
Інтерактивні симуляції для природничих наук і математики. URL:https://phet.colorado.edu/uk/(датазвернення:07.09.2023).
КлимишинІ.А.Астрономія.Практикум.Львів:Світ,1996.248с.
КлимишинІ. А.,ДубицькийІ. М.Основикосмології.Івано-Франківськ : Івано-Франківський Теологічно-катехитичний духовний інститут,1999.147 с.
КлимишинІ.А. Релятивістська астрономія. Івано-Франківськ: