Физика и астрономия кем работать. Человек и физические поля окружающего мира. Астрономия - дистанционно - заочное обучение

Бакалавриат
• 03.03.01 Прикладные математика и физика
• 03.03.02 Физика
• 03.03.03 Радиофизика

Специалитет
• 03.05.01 Астрономия

Будущее отрасли

Космология и астрономия сейчас испытывают небывалый подъем. Сегодня космические детекторы излучения регистрируют только микроволновое излучение, возникшее через 300 000 лет после Большого взрыва, когда сформировались первые атомы. В настоящий момент создается новое поколение приборов, при помощи которых удастся «поймать» другие типы излучения и узнать о том, что происходило через несколько секунд после Большого взрыва. В этом плане очень перспективным является изучение нейтрино.

Окончательно же разобраться в тайнах Большого взрыва, возможно, помогут «гравитационные волны» - волны, бегущие по ткани пространства-времени, которые предсказал еще Эйнштейн. В будущем они станут важнейшим инструментом астрономии. Гравитационные волны принадлежат к самым стремительно развивающимся темам современной физики.

Сегодня одна самых «горячих» тем теоретической физики - расчет характеристик Вселенной до Большого взрыва, как вела себя Вселенная до Большого взрыва и почему этот взрыв возник.

В период до 2030 гг. будут обнаружены гравитационные волны от сингулярности Большого взрыва. Это открытие позволит проверить, какая из версий теории струн представляет собой верную квантовую теорию гравитации. Специалисты будущего предрекают начало новой эры в науке, которая продлится по крайней мере до 2050 г.

Для разработки принципиально нового оборудования для регистрации космического излучения и гравитационных волн необходимо объединить усилия специалистов – радиофизиков, астрономов, прикладных математиков и физиков и многих других.

Радиофизика 03.03.03

Радиофизика появилась благодаря исследованиям А. С. Попова и созданию первого радиоприёмника и с тех пор постоянно развивалась. Радиотелефония, появление радиостанций и центров радиотехники - вот некоторые вехи этого развития. В настоящее время радиофизика - это комплексная наука из области физики, изучающая физические процессы электромагнитных колебаний и волны радиодиапазона.

В зависимости от профиля обучения, выпускникам предстоит разрабатывать проекты генераторов, радиоэлектронных приборов и устройств обработки сигналов различного диапазона длин волн, систем связи, в том числе мобильной, диагностических медико-биологических систем, измерительных систем и датчиков, нанотехнологических устройств, локальных и глобальных сетей ЭВМ, баз данных и других.

Кроме того, выпускники этого направления могут контролировать качество изготовления радиоэлектронных устройств, использовать современную радиоэлектронную и оптическую аппаратуру и оборудование, ремонтировать радиоэлектронные средства, разрабатывать инструкции по использованию технического оборудования и программного обеспечения.

Свободно ориентироваться и разговаривать на одном из иностранных языков в области специальности, представлять инновационные разработки на международных конференциях и т.п.

Преподавать профильные дисциплины в высших и средних специальных учебных заведениях.

Профессии

• Инженер по радиолокации
• Радиоинженер
• Радиофизик
• Радиоэлектронщик
• Инженер по телекоммуникациям
• Инженер связи
• Инженер-радист
• Инженер-физик
• Инженер-микроэлектронщик
• Инженер-схемотехник
• Инженер-системотехник
• Инженер-электрик

Где учиться

• Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), г. Санкт-Петербург
• Московский технический университет связи и информатики, г. Москва
• Кубанский государственный университет (КУБГУ), г. Краснодар
• Чеченский государственный университет (ЧГУ), г. Грозный
• Сыктывкарский государственный университет (СЫКТГУ), г. Сыктывкар
• Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта (БФУ им. И.Канта), г. Калининград
• Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского (ОМГУ ИМ. Ф.М. Достоевского), г. Омск
• Ульяновский Государственный университет (УЛГУ), г. Ульяновск
• Иркутский государственный университет (ИГУ), г. Иркутск
• Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина (УРФУ ИМ. Б.Н.Ельцина), г. Екатеринбург
• Южный федеральный университет (ЮФУ), г. Ростов-на-Дону
• Тюменский государственный университет (ТЮМГУ), Тюмень
• Воронежский государственный университет (ВГУ), г. Воронеж

Где работать?

В зависимости от профиля обучения, выпускникам предстоит работать на предприятиях, занимающихся разработкой радиоэлектронного оборудования и программного обеспечения, средств телекоммуникационных и спутниковых систем, на предприятиях приборостроения, микроэлектроники и наноэлектроники, на телевизионных каналах, в производящих и вещательных телекомпаниях (эфирных, спутниковых, кабельных, Интернет-компаниях), радиовещательных компаниях, службах безопасности, МВД, научно-исследовательских институтах и конструкторских бюро, фирмах, специализирующихся на оптоволоконной и лазерной технике, компьютерном оборудованием, а также в организациях, которые занимаются охранными системами и обеспечивают связью различные предприятия. Также знания выпускника могут понадобиться в фирмах по продаже и подключению электронного оборудования.

Астрономия 03.05.01

Астроном исследует положение небесных тел в космическом пространстве, определяет их орбиты, траектории движения, отслеживает изменения, в том числе появление инородных объектов. Он добывает сведения, которые помогли бы прийти к научным открытиям, разрабатывает новые способы наблюдения. Важная часть его деятельности – обработка полученных во время работы с телескопом и другими приборами сведений: здесь он с помощью компьютера проводит различные расчёты. Астроном должен также заниматься анализом результатов, полученных в ходе вычислений.

Астрономы большую часть рабочего времени проводят вовсе не за телескопами. Чаще всего они занимаются обработкой данных, полученных в ходе наблюдений. Они моделируют процессы, происходящие в космосе, составляют различные формулы, ведут математические расчёты. Проследив за движением созвездий, астрономы составляют звёздные карты. Среди таких специалистов есть разработчики новой аппаратуры для наблюдений за небесными телами и переработки сведений. Есть и те, кто работает над созданием более совершенных методов ведения астрономических исследований.

Более 10 астрофизических обсерваторий сегодня работают в космосе, начиная с широко известного космического телескопа им. Хаббла (НАСА, 1990 год) и заканчивая недавно запущенным аппаратом GAIA (ЕКА, 2013 год). Работающие в космосе аппараты позволили построить чрезвычайно подробную карту реликтового микроволнового излучения. А в ближайшем будущем ожидают старта такие крупные проекты, как инфракрасный телескоп им. Джеймса Уэбба (НАСА) и ATHENA+ (ЕКА), обсерватория с рентгеновской оптикой нового поколения.

Данные, которые получают от этих инструментов, позволяют все лучше узнавать, что происходит в космосе. Астрономы вникают в подробности жизни звезд, эволюции галактик и происхождения всей Вселенной. Они могут заглянуть в прошлое вплоть до 380 тысяч лет с момента Большого взрыва и даже дальше - если удастся зарегистрировать следы первичных гравитационных волн. Ведется перепись крупнейших скоплений галактик в видимой Вселенной, чтобы по их характеристикам понять, как она расширялась.

Астрофизика и космология сейчас находятся в самом расцвете. Начался пересчет и определение координат близких к нам звезд с точностью, которой ранее не могли достигнуть, и эта задача ожидает для своего выполнения свежие силы – выпускников нового поколения.

Специализации:
• Астрометрия
• Астрофизика
• Галактическая астрономия
• Гравиметрия, геодезия и космическая навигация
• Небесная механика

Профессии

• Астроном, Астрофизик

Где учиться

• Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ), г. Санкт-Петербург
• Московский государственный университет им. Ломоносова (МГУ), г. Москва
• Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола
• Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина (УРФУ), г. Екатеринбург
• Казанский (приволжский) федеральный университет, г. Казань

Где работать?

В российских и зарубежных астрономических обсерваториях, организациях мониторинга природы и экологии, а также в научно-исследовательских институтах. Специальной астрофизической обсерватории РАН, Специальной астрофизической обсерватории в Карачаево-Черкесии, Европейской Южной обсерватории (ESO) в Сантьяго.

Качество изображения телескопа (основного орудия наблюдений астронома) определяет оптика и атмосфера. Идеальные места для обсерваторий – уединённые пики на островах (Канары, Гавайи) либо чилийская пустыня Атакама. В России - в Закавказье или в Средней Азии климат для астрономических наблюдений лучше, но самый крупный телескоп в России – в Нижнем Архызе (Карачаево-Черкессия).

КАФЕДРА ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ДИСЦИПЛИН

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

СВЯЗЬ ФИЗИКИ С АСТРОНОМИЕЙ

ЧАСТЬ 1

для студентов очной формы обучения

факультета непрерывного образования

Специальность 030912 Право и организация социального обеспечения

Кулагина Т.Д.

Нижний Новгород

В настоящее время происходит величайшая научно-техническая революция, которая началась более четверти века назад. Её хотят назвать по имени польского учёного, Пригожина Ильи Романовича, который родился в Москве, а затем с родителями уехал заграницу в 1921 году, четырёх с половиной лет. Это был великий учёный и мыслитель, которого называют последним из титанов естествознания XX столетия. Он из тех, кто своими фундаментальными построениями сумел изменить философское восприятие человечеством окружающего мира. Его называли «вторым Эйнштейном». Эта научно-техническая революция произвела глубокие качественные изменения во многих областях науки и техники. Одна из древнейших - астрономия переживает революцию, связанную с выходом человека в космическое пространство. Рождение кибернетики и электронных вычислительных машин революционно изменило облик математики, проложило путь к новой области человеческой деятельности, получившей название информатики. Возникновение молекулярной биологии и генетики вызвало революцию в биологии, а создание так называемой большой химии стало возможным благодаря революции в химической науке. Аналогичные процессы происходят также в геологии, метеорологии, океанологии и многих других современных науках.

Во всем мире наблюдаются глубокие качественные перемены в основных отраслях техники. Революция в энергетике связана с переходом от тепловых электростанций, работающих на органическом топливе, к атомным электростанциям. Создание индустрии искусственных материалов с необычными, но очень важными для практики свойствами произвело революцию в промышленности и сельском хозяйстве. Транспорт, строительство, связь становятся принципиально новыми, значительно более производительными и совершенными отраслями современной техники.

Физика и астрономия

В современном естествознании, физика является одной из лидирующих наук. Она оказывает огромное влияние на различные отрасли науки, техники, производства. Рассмотрим на нескольких примерах, как физика влияет на другие области современной науки и техники.

Связь физики с астрономией

Физика изучает общие законы природы, и поэтому многие естественные науки тесно связаны с физикой. В частности, существуют такие смежные разделы этой науки, как биофизика, геофизика, физическая химия и другие. Но особенно тесно связана с физикой астрономия.

Астрономия изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосфере планет, в звездах и других небесных телах. Ведущим разделом современной астрономии является астрофизика.

Астрофизика - это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При этом широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название. Так, с одной стороны, астрофизика занимается разработкой и применением физических методов исследования небесных тел, а с другой - на основании законов физики дает объяснение наблюдаемым во Вселенной явлениям и процессам. Кроме того, астрофизика является важным стимулом для развития современной теоретической физики. Например, вопрос об атомной энергии начал разрабатываться на основе данных об энергетической светимости Солнца и звезд.

Наконец, астрономические наблюдения позволяют изучать поведение вещества в таких условиях, которые искусственным путем в земных условиях неосуществимы. С этой точки зрения Вселенную можно рассматривать как неповторимую и неисчерпаемую природную физическую лабораторию. Например, большинство так называемых элементарных частиц было открыто в космосе. Средняя энергия частиц первичного космического излучения (на верхней границе атмосферы) составляет около 104 МэВ. Отдельные частицы обладают энергией порядка 1012 МэВ, т. е. космические лучи являются источником частиц сверхвысоких энергий, еще не достигнутых в лабораторных условиях. При взаимодействии таких частиц с веществом происходят принципиально новые ядерные реакции, изучение которых углубляет наши знания о свойствах ядер и элементарных частиц.

Космос - это природная физическая лаборатория. В ней интенсивно происходят явления, невозможные в земных условиях (например, нагревание тел до миллионов градусов). В космосе есть небесные тела, подобные Земле, какой она была миллионы лет тому назад или какой она станет в далеком будущем. Поэтому, изучая космос, человек углубляет свои знания о Земле, в том числе и о самом себе.

Земля - это мизерная часть Вселенной. На процессы, протекающие в земной атмосфере, и на жизнедеятельность всех организмов на Земле существенное влияние оказывают другие планеты, а также Солнце и Луна. Это тоже объекты изучения астрофизики - науки, раскрывающей двери перед человечеством в огромнейший, удиви тельный и прекрасный мир звезд, комет, туманностей и галактик, определившей пространственные и временные масштабы этого динамического и сложного мира.

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos - Вселенная и genos - происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят физические изменения и процессы.

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Значительно увеличила возможности изучения Земли и других небесных тел космонавтика (от греч. kosmos + pautike - корабле вождение) - наука о полетах в космическое пространство; совокупность отраслей науки и техники, которые проводят исследования и освоение космического пространства для нужд людей с использованием космических летательных аппаратов. Космонавтика решает следующие проблемы: расчет траектории, конструирование космических ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых комплексов, систем связи и информации, создание бортовых систем обеспечения жизнедеятельности человеческого организма в условиях космического полета.

Основоположником космонавтики является выдающийся отечественный ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857 – 1935), который теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи ракет. На практике это осуществил академик Сергей Павлович Королев (1906 –1966). Начало практической космонавтике было положено 4 октября 1957 г., когда в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Вскоре после этого, в 1959 г., были запущены отечественные межпланетные автоматические станции для исследования Луны и получены фотографии ее обратной, не видимой с Земли, стороны. Cтарт «Востока»

12 апреля 1961 г. с первым в мире космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным (1934 – 1968) на борту открыл век космических полетов.

В 1969 г. американские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из космического корабля на поверхность Луны. Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны. Уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру. Обсуждается идея совместной экспедиции отечественных и американских астронавтов к планете Марс.

Единство законов природы для земных и космических явлений тесно связывает физику и астрономию. Так, движение планет вокруг Солнца и падение тел на землю происходит под действием одной и той же силы - силы тяготения (гравитационной). Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

Развитие астрономии, в частности астрофизики и космонавтики, способствует развитию физики. Вселенная для ученых представляет собой огромную физическую лабораторию. Вещество в ней находится нередко в таких состояниях, которые нельзя получить в земных условиях. Многие физические открытия были сделаны при анализе явлений в космосе. Так, инертный газ гелий (от греч. helios - Солнце) был открыт при исследовании солнечного света, а затем его обнаружили в атмосфере Земли.

На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно, сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ей атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Физика, техника и производственная деятельность человека

Физика стоит также у истоков революционных преобразований во всех областях техники. На основе её достижений перестраиваются энергетика, связь, транспорт, строительство, промышленное и сельскохозяйственное производство.

Развитие физики обусловлено потребностями техники. С одной стороны, необходимость технического прогресса определяет тематику физических исследований, с другой стороны, от уровня развития техники зависят возможности применяемой в научных исследованиях аппаратуры.

Между наукой и производством, наукой и практикой существу ют довольно сложные отношения, но независимо ни от чего все эти виды человеческой деятельности не могут существовать без полной взаимообусловленности и взаимосвязи. Можно привести множество примеров, когда наука (теория) обгоняла практику и, наоборот, практика (техника) влияла на развитие теории.

Известно, что теоретические основы движения тел за пределами земного тяготения были сформулированы в трудах И. Кеплера (1571– 1630) и И. Ньютона (1643 –1727), открывших законы движения небесных тел и выяснивших причины этого движения. Одна ко от теории до практического использования этих законов в космонавтике прошло около трех столетий, пока не были подготовлены технические условия для запуска первого искусственного спутника Земли и полета человека в космос: изготовлены особо прочные материалы для постройки космического корабля, создано горючее для двигателей, разработаны средства управления и связи, а главное - открыт новый вид движения и сконструированы реактивные двигатели и ракеты, способные вывести полезную нагрузку за пределы Земли. Еще одним примером открытия, сделанного «на кончике пера», служит расчет орбиты планеты Нептун, а затем и ее обнаружение в 1846 г. Так было еще раз продемонстрировано величие науки, важное значение теории в процессе познания окружающего мира.

Приведем несколько обратных примеров. Несмотря на то что люди уже давно использовали в практике тепловые явления и даже создали паровые машины, теория тепловых двигателей была предложена Сади Карно лишь в 1824г. и только тогда был показан метод исследования процессов и определения коэффициента полезного действия этих машин. Появились двигатели внутреннего сгорания, холодильные машины и реактивные двигатели.

Физика имеет огромное практическое значение. На основе фундаментальных физических теорий развиваются современная техника и вместе с ней производительные силы общества. В наши дни, в эпоху интенсивного научно технического прогресса, осуществляется непосредственная связь науки (прежде всего физики) с производством. Этим объясняется невиданный ранее технический прогресс, характерный для современного общества.

Вся современная техника основана на широком применении результатов исследований в физике. Физику поэтому считают основой техники, подчеркивая, что физика сегодня - это техника завтра.

Примером, подтверждающим эту мысль, может служить компьютеризация современного производства, проникновение электронно-вычислительной техники во все сферы жизни человека. Движением современных воздушных и океанских лайнеров, полетом космических кораблей, автоматическими процессами управляют электронно-вычислительные машины (ЭВМ). Они производят сложнейшие математические расчеты и решают задачи в различных отраслях человеческой деятельности (от управления производством до медицины и лингвистики). В настоящее время создаются ЭВМ, производящие несколько миллионов математических операций в одну секунду. Как же велики силы человеческого ума, создавшего себе такого умного помощника!

Компьютеризация как одно из направлений научно технического прогресса основана также на достижениях физики, в частности физической электроники, в рамках которой создаются компактные полупроводниковые и магнитные элементы, входящие в конструкции ЭВМ. Пока с компьютеризацией производства в нашей стране дело обстоит несколько хуже, чем в ряде других цивилизованных стран.

На законах физики основана работа разнообразных машин, используемых в промышленности, сельском хозяйстве, железнодорожном, воздушном, автомобильном, водном транспорте. Современная промышленность черной и цветной металлургии, машиностроение, химическая промышленность, станкостроение, пищевая промышленность, промышленность стройматериалов и многие другие отрасли народного хозяйства нуждаются в контроле и управлении технологическими процессами. Контроль и управление технологическими процессами в настоящее время при широко развитой автоматизации производств осуществляются разнообразными теплофизическими, электронными, радиоэлектронными, оптическими приборами и ЭВМ. Поэтому появились целые отрасли приборостроительной промышленности, неразрывно связанные с физическими лабораториями университетов и научно исследовательских институтов Российской академии наук (РАН). Наука становится в физических лабораториях производительной силой.

Энергетика

Наша жизнь невозможна без энергетики, в основе которой лежат также законы разделов физики, таких как термодинамика, электродинамика, атомная и ядерная физика. О том, насколько развито государство и как в нем живет народ, судят по энерговооруженности на душу населения.

Достижения физики второй половины XX в. глубоко проникли и в другие отрасли научных знаний.

Если ранее в области естественных наук происходил процесс обособления, дифференциации от дельных наук (биологии, геологии, химии), то теперь в результате расцвета физических знаний и методов исследований вновь началось их сближение и появились интегративные науки, такие как биофизика, геофизика, физическая химия, химическая физика, агрофизика, астрофизика, радиоастрономия и другие. Комплексное изучение физических процессов, происходящих в атмосфере, гидросфере и земной коре, разными науками позволяет оптимально и целенаправленно решать экологические проблемы, связанные с работой промышленности и транспорта. Величайшими достижениями в овладении космическим пространством человечество также обязано исследованиям ученых физиков.

Роль физики в гуманитарных науках и искусстве

Люди с древних времен пользовались духовыми и струнными музыкальными инструментами. Однако развитие радиоэлектроники, физики электромагнитных колебаний способствовало созданию принципиально новых музыкальных инструментов. Цветомузыка вышла из периода лабораторных экспериментов и получила путевку в жизнь. Сейчас никого уже не удивляют звуковое, широкоэкранное и широкоформатное кино, стереокино, микрофоны, усилители, видеомагнитофоны, стерео проигрыватели и другие аппараты записи и воспроизведения звука, а ведь в основе всего этого лежит физика!

Действительно, физика дала человеку не только выход в космос, ЭВМ, атомную энергию, но и трагедию Хиросимы, Нагасаки, Чернобыля. Не несет ли наука человечеству горе и страдания? Не следует ли в связи с этим притормозить развитие науки? Как можно ответить на эти вопросы?

А вот что сказал по этому поводу известный физик А. Эйнштейн:

«Открытие деления урана угрожает цивилизации не более чем изобретение спичек. Дальнейшее развитие человечества зависит от его моральных устоев, а не от уровня технических достижений».

Притормозить и остановить развитие науки нельзя. Наука обеспечивает развитие производства, при этом возникают новые вопросы, нуждающиеся в научных ответах. Потребности, возникающие в производстве, являются движущей силой развития науки. Но дело не только в этом. Выдающийся французский физик Луи де Бройль отмечал: «Научный прогресс во многом обязан чувству. Если он существует, то потому, что люди любили и любят науку». И эта любовь неистребима, так как человек - мыслящее существо. «Мыслю - значит, существую», - подчеркивал французский мыслитель

Де карт. А мысли не остановишь. Останавливать надо не мысль, не науку, а безнравственные действия людей, которые в варварских и бес человечных целях используют самые выдающиеся достижения человеческого ума.

Вот несколько штрихов к портретам отдельных физиков, отражающих их мысли и поступки.

Пьер Кюри - известный французский физик, изучавший радиоактивность, - подверг радиоактивному излучению свою руку, чтобы исследовать его физиологическое действие, тогда еще никому не известное. Возникла большая язва, которая медленно заживала, а он скрупулезно описывал воздействие излучения на руку и ход заживания язвы.

В ответ на сообщение о представлении его к ордену он ответил:

«Прошу Вас, будьте любезны передать господину министру мою благодарность и осведомить его, что я не имею никакой нужды в ордене, но весьма нуждаюсь в лаборатории». На вечере, посвященном его чествованию, главным занятием П. Кюри был подсчет в уме числа физических лабораторий, которые можно было бы оборудовать на вы ручку от продажи золотых и бриллиантовых украшений, принадлежащих дамам высшего общества, присутствовавшим на этом торжестве.

Как видим, роль физики в материальной и духовной жизни человека настолько велика, что ее элементы подобно литературе и музыке несомненно должны быть достоянием каждого культурного человека. По мнению лауреата Нобелевской премии профессора И. А. Раби, физика составляет сердцевину гуманитарного образования нашего времени.

Революция в энергетике вызвана возникновением атомной энергетики. Запасы энергии, хранящиеся в атомном топливе, намного превосходят запасы энергии в еще не израсходованном обычном топливе. Уголь, нефть и природный газ в наши дни превратились в уникальное сырье для большой химии. Сжигать их в больших количествах, значит наносить непоправимый ущерб этой важной области современного производства. Поэтому весьма важно использовать для энергетических целей атомное топливо (уран, торий). Тепловые электростанции оказывают неустранимое опасное воздействие на окружающую среду, выбрасывая углекислый газ. В то же время атомные электростанции при должном уровне контроля могут быть безопасны. Ведь, например, «выкинутый» в атмосферу из активной зоны Криптон-85 приводит к его накоплению в атмосфере, что способствует потенциальной опасности изменения электропроводимости воздуха, облучению кожного покрова человека, что в результате приведет к глобальным последствиям.

Термоядерные электростанции в будущем навсегда избавят человечество от заботы об источниках энергии. Как мы уже знаем, научные основы атомной и термоядерной энергетики целиком опираются на достижения физики атомных ядер.

Создание материалов с заданными свойствами привело к изменениям в строительстве. Техника будущего будет создаваться в значительной степени не из готовых природных материалов, которые уже в наши дни не могут сделать ее достаточно надежной и долговечной, а из синтетических материалов с наперед заданными свойствами. В создании таких материалов наряду с большой химией все возрастающую роль будут играть физические методы воздействия на вещество (электронные, ионные и лазерные пучки; сверхсильные магнитные поля; сверхвысокие давления и температуры; ультразвук). В них заложена возможность получения материалов с предельными характеристиками и создания принципиально новых методов обработки вещества, коренным образом изменяющих современную технологию.

Автоматизация производства

Предстоит огромная работа по созданию комплексно-автоматизированных производств, включающих в себя гибкие автоматические линии, промышленные работы, управляемые микрокомпьютерами, а также разнообразную электронную контрольно-измерительную аппаратуру. Научные основы этой техники органически связаны с радиоэлектроникой, физикой твердого тела, физикой атомного ядра и рядом других разделов современной физики.

Физика и информатика

Физика вносит решающий вклад в создание современной вычислительной техники, представляющей собой материальную основу информатики. Все поколения электронных вычислительных машин(на вакуумных лампах, полупроводниках и интегральных схемах) созданные до наших дней, родилась в современных лабораториях.

Современная физика открывает новые перспективы для дальнейшей миниатюризации, увеличения быстродействия и надежности вычислительных машин. Применение лазеров и развивающейся на их основе голографии таит в себе огромные резервы для совершенствования вычислительной техники.

Физика и другие естественные науки

Тесная связь физики с другими отраслями естествознания привела, по словам С. И. Вавилова, к тому, что физика глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки. Образовался ряд пограничных дисциплин: астрофизика, геофизика, биофизика, физическая химия и другие. Физические методы исследования получили решающее значение для всех естественных наук. Электронный микроскоп на несколько порядков повысил возможности различия деталей объектов, позволив наблюдать отдельные молекулы. С помощью рентгеноструктурного анализа изучаются не только кристаллы, но и сложнейшие биологические структуры. Подлинным его триумфом явилось установление структуры молекул ДНК, входящих в состав хромосом клеточных ядер всех живых организмов и являющихся носителями наследств, кода. Революция в биологии, связанная с возникновением молекулярной биологией и генетикой, была бы невозможна без физики.

Человек и физические поля окружающего мира

Понятие «физические поля окружающего мира», очевидно, является широким и может включать в себя многие явления в зависимости от целей и контекста рассмотрения. Если употреблять его строго в физическом смысле, то есть как вид материи, то следует иметь в виду прежде всего электрическое, магнитное, электромагнитное, гравитационное поля и поле внутриядерных сил. В экологическом контексте в это понятие могут быть включены потоки ионизирующих частиц, акустические и вибрационные поля, атмосферные изменения и ряд других. Вся биология Земли: простейшие, обширные царства растений и животных и человек - находится в окружении единого материального мира, составляющего ее среду обитания. Сфера обитания является неотъемлемым условием развития жизни и одновременно суммой факторов, влияющих на живые организмы и определяющих эволюцию живой природы. Одним из существенных факторов среды обитания являются потоки излучений, действию которых подвергается все живое на нашей планете. Это электромагнитные волны, в безбрежном океане которых находится Земля, межзвездное и межгалактическое пространство, и ионизирующие излучения.

Естественные источники электромагнитных излучений

Самый длинноволновой диапазон составляют радиоволны, затем по мере укорочения длины волну следуют: инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Необходимо иметь в виду, что границы диапазонов приняты условно, они перекрываются друг с другом и в природе не имеют четких границ. Физическая природа всех излучений едина: все эти излучения - электромагнитные волны. В зависимости от частоты (V), а, следовательно, и энергии фотона (hv), существенно меняются свойства распространения и характер взаимодействия электромагнитных волн с биологическими объектами. Основным источником естественного (природного) фона радиоволн на Земле являются атмосферные электрические явления (грозы, шаровые молнии), радиоизлучение Солнца и звезд. Интенсивность фона составляет в среднем примерно Вт/. Основным естественным источником излучения в ИК, видимом и УФ-диапазонах является Солнце, а в рентгеновском и гамма-диапазонах также межзвездные и галактические объекты и события (образование сверхновых звезд, квазары, пульсары). Фоновая интенсивность в этих диапазонах зависит от многих факторов, в частности от состояния атмосферы и ионосферы, магнитного поля Земли, солнечной активности и может меняться в довольно широких пределах.

Астрономия - это наука о физической вселенной, сосредотачивающая внимание на объектах и ​​действиях за пределами атмосферы Земли. Курсы астрономии часто предлагаются наряду с физикой.

Обучение астрономии включает сочетание теории и наблюдений, хотя некоторые курсы будут уделять больше внимания одну из этих аспектов. Наблюдательная часть астрономии может включать в себя возможности использовать телескопы и другое профессиональное оборудование в крупных обсерваториях, что может означать поездки в различные места по всему миру. Тем не менее, студенты также должны быть готовы провести много времени перед экраном компьютера, поскольку компьютерный анализ является одним из ключевых компонентов современной астрономии.

Обычно вступительные требования на курсы астрономии могут быть гибкими. Никаких особых предварительных знаний или опыта в астрономии от студентов не ожидается, но студенты должны быть в состоянии продемонстрировать интерес к предмету. Студентам также необходимо иметь способности к математике и физике. Другие науки, которые могут помочь поступлению включают геологию, географию, статистику, науку об окружающей среде, химию и биологию.

Академические курсы астрономии обычно длятся три-четыре года на бакалавриате, и один или два года на уровне магистра, в зависимости от местоположения. Обучение, как правило, основано на лекциях, дискуссионных сессиях и практических семинарах, в том числе работах в обсерваториях. Студенты учат, как использовать телескопы, каталоги, карты звездного неба и компьютеризированные изображения. Оцениваются студенты, как правило, на основе научно-исследовательских проектов и практических испытаний.

Специализации в астрономии

Дисциплины, охватываемые астрономией, будут зависеть от конкретного университета. Тем не менее, некоторые из наиболее распространенных из них являются:

Космология

Космология изучает происхождение, эволюции и основную структуру Вселенной. В то время как общая астрономия имеет дело с отдельными небесными объектами, космология изучает вселенную в целом. Она также тесно связана с физикой, так что студенты, желающие специализироваться в этой области должны быть готовым к изучать физику.

Астрофизика

Астрофизика связана с физическими свойствами небесных объектов, в том числе звезд, планет и галактик. Астрофизика изучает их свойства, и как они ведут себя. Некоторые из наиболее интригующих областей исследования для астрофизиков, часто представляют большой интерес для общественности, и включают в себя попытки определить свойства темной материи, темной энергии и черных дыр, определить возможно ли путешествие во времени.

Астробиология

Сферой астробиологии является изучение происхождения, эволюции и возможного будущего живых организмов во Вселенной, как на Земле, так и, кто знает? за его пределами. Это междисциплинарная область включает в себя поиск обитаемых объектов, как внутри, так и за пределами Солнечной системы.

Солнечная астрофизика

Астрофизика изучает свойства и поведение Солнца, и использует эти знания, для понимания других звезд и систем. Изучение физики Солнца является очень важным, так как считается, что изменения в атмосфере Солнца и изменения солнечной активности могут оказать существенное влияние на климат Земли.

Планетарная геология

Планетарная геология применяет геологические исследования, чтобы узнать о составе и поведении планет, их спутников, комет, астероидов - и других космических тел. Данное направление тесно связана с наземной геологией.

Большинство академических программ астрономии также включают в себя некоторые основные модули в физике, охватывающие такие темы, как ньютоновская динамика, электромагнетизм и атомная физика. Другие темы, охватываемые астрономией, могут включать в себя историю астрономии, а также студенты могут иметь возможности получить практические навыки современных методов наблюдений.

Карьерные перспективы

Многие выпускники курсов астрономии продолжают работать в данной области. Часто для продвижения в карьере нужно получение степени доктора философии или, по крайней мере, степень магистра.

Карьера в области астрономии, основанная на работе в университетах, включают в себя работу в качестве научного сотрудника или в качестве лектора по астрономии.

Работа в обсерваториях обычно строится на основе исследований. В качестве наблюдательной астрономии, выпускники тратят часть своего времени для сбора данных от оборудования в обсерватории, а остальное время на анализ и интерпретацию данных.

Существуют много национальных научно-исследовательских организаций по всему миру, которые предлагают позиции для выпускников с высшим образованием в области физики или астрономии. Это очень конкурентный сектор, чтобы попасть в него, вероятно, понадобится, написать докторскую диссертацию, и получить некоторый дополнительный опыт в проведении исследований.

Развитие карьеры в рамках авиакосмического сектора связано с исследованиями, проектированием, производством, эксплуатацией и техническим обслуживанием различных типов летательных аппаратов и / или космических аппаратов.

Имеется много частных компаний, которые производят технические средства и компоненты для судов, таких как космические корабли и спутники, и выпускники астрономии могут трудоустроиться здесь. Возможные работодатели в этом секторе: Boeing, EADS, Lockheed Martin, MacDonald Dettwiler и Northrop Grumman.

Имеется также много других секторов, в которых хорошие вычислительные навыки, и навыки обработки данных, предоставляемые на курсах астрономии пользуются большим спросом, начиная от средств массовой информации и коммуникаций, до финансового сектора и бухгалтерского учета.

Заведующий кафедрой
член-корреспондент РАН профессор Черепащук Анатолий Михайлович

Кафедра экспериментальной астрономии

Заведующий кафедрой
академик РАН профессор Боярчук Александр Алексеевич

Начало астрофизических исследований в Московском университете было положено Ф.А. Бредихиным (1831-1904). Им же в 1872 году были прочитаны первые публичные лекции, которые могут рассматриваться как начало преподавания астрофизики (термин «астрофизика» в это время в России еще не употреблялся). Впервые такой курс, читавшийся С.Н. Блажко, упоминается в расписании 1918-1919 гг. (курс назывался «Основы астрофизики»). Вскоре после этого, в 1922 году, был создан Государственный астрофизический институт (1922-1931), ставший затем частью Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга при университете (ГАИШ МГУ). C этого времени все астрофизические кафедры МГУ базируются на территории этого института, а их научная и преподавательская деятельность использует научный потенциал ГАИШ МГУ.

Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга -- база для обучения студентов астрономии.

Хотя число кафедр на астрономическом отделении в разные годы было различным, кафедра астрофизики всегда оставалась ведущей кафедрой этого отделения, принимающей на себя основное количество студентов. В настоящее время студенты обучаются по астрофизическим специализациям на двух кафедрах астрофизического профиля: кафедре астрофизики и звездной астрономии и кафедре экспериментальной астрономии. Научно-педагогическая деятельность кафедры сформировалась во многом благодаря активной деятельности таких выдающихся астрономов и преподавателей, как Ф.А. Бредихин (1831-1904), В.К. Церасский (1849-1925), А.А. Белопольский (1854-1934), С.Н. Блажко (1870-1956), В.Г. Фесенков (1889-1972), П.П. Паренаго (1906-1960), Б.В. Кукаркин (1909-1977), Ю.Н. Липский (1909-1978), Г.Ф. Ситник (1911-1996), Д.Я. Мартынов (1906-1989), и ныне здравствующих ученых и профессоров. Основополагающую роль в формировании современной тематики научных исследований, проводящихся на кафедре, сыграли также крупнейшие ученые, основоположники целых научных направлений, профессора и научные сотрудники ГАИШ Б.А. Воронцов-Вельяминов (1904-1994), С.Б. Пикельнер (1921-1975), И.С. Шкловский (1916-1985), Я.Б. Зельдович (1914-1987) и их ученики.

Профессор Д.Я.Мартынов (1906-1989),
один из основателей кафедры астрофизики и звездной астрономии, заслуженный деятель науки РСФСР.

В 1995 году из состава кафедры астрофизики и звездной астрономии выделилась кафедра экспериментальной астрономии. Ее основной задачей является обучение студентов по направлениям, связанным с современной наблюдательной астрофизикой, новыми приемниками излучения и современными методами обработки данных. Кафедра работает в тесной связи со Специальной астрофизической обсерваторией РАН.

Учебная работа

В настоящее время штатными преподавателями астрофизических кафедр являются профессора А.В. Засов, В.М. Липунов, К.А. Постнов, А.С. Расторгуев, а также доценты Е.В. Глушкова, Э.В. Кононович, В.Г. Корнилов и ассистент И.Е. Панченко.

Чл.-корр. РАН А.М.Черепащук
и профессор А.В.Засов

В отличие от учебного плана по специальности «Физика», учебный план по специальности «Астрономия» предусматривает подготовку специалистов-астрономов начиная с 1 семестра и чтение общеотделенческих дисциплин специальности до формального распределения по кафедрам. Большая часть этой плановой нагрузки ложится на преподавателей кафедры астрофизики и звездной астрономии, что требует полного кадрового обеспечения кафедры (профессора и доценты по разным специализациям), несмотря на сравнительно небольшую численность студенческих групп астрономического отделения (15-20 человек).

Зав. кафедрой экспериментальной
астрономии академик А.А.Боярчук

Кафедральные спецкурсы читаются начиная с 5 семестра. Студентам предоставляется возможность выбора из нескольких десятков спецкурсов практически по всем направлениям современной астрофизики и звездной астрономии. В общей сложности штатными сотрудниками астрофизических кафедр, совместителями и научными сотрудниками ГАИШ МГУ ежегодно читается более 40 лекционных курсов. Среди них - спецкурсы по физике звезд и звездных систем, физике межзвездной среды, физике галактик, физике Солнца и гелиосейсмологии, релятивистской астрофизике, радиоастрономии, космической электродинамике, физике планет, методам практической астрофизики. Несколько спецкурсов ежегодно читается приглашенными сотрудниками других астрономических учреждений.

Практикумы, летние и учебные практики

Начиная с 3 курса, студенты проходят специализированные астрофизические практикумы. Практикум на 3 курсе является вводным и знакомит студентов с основами астрофизики, основными методами астрономических измерений и иллюстрирует важнейшие понятия астрофизики. На 4 курсе студенты знакомятся, в первую очередь, с современными методами обработки данных, в том числе спектральных и фотометрических. Выполнение задач предусматривает широкое использование компьютерной техники. Практикум на 5 курсе предполагает решение определенных астрофизических задач с элементами творческого подхода (выбор методики счета, ключевых параметров, самостоятельное изучение теории и т.д.).

Помимо участия в организации и проведении учебной практики по общей астрономии на студенческой обсерватории ГАИШ МГУ (летом после 1 курса), кафедра, в соответствии с учебным планом астрономического отделения, организует выездную летнюю учебную практику студентов по специализации, а для 5 курса - производственную и преддипломную практики. Летом после 3 курса студенты кафедры выезжают в одну из следующих обсерваторий: Крымская лаборатория ГАИШ МГУ (пос. Научный), Крымская астрофизическая обсерватория (КРАО) НАН Украины (пос. Научный), Специальная астрофизическая обсерватория РАН (КЧР, пос. Буково), Радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН (Московская обл., г. Пущино), Симеизская обсерватория КРАО НАН Украины (пос. Симеиз).

Башня самого крупного в Европе оптического телескопа Специальной астрофизической обсерватории РАН (Караваево-Черкессия).

Основной базой, используемой кафедрой астрофизики, традиционно является Крымская лаборатория ГАИШ МГУ. Она оснащена 4 телескопами с диаметром зеркал от 50 до 125 см и 40-см рефрактором, разнообразной приемной аппаратурой.

Занятия со студентами-астрофизиками у телескопа Цейсс-1000 (САО РАН) во время летней практики.

Помимо учебных практик, в рамках Федеральной программы «Интеграция», начиная с 1998 г., часть студентов 1-4 курсов выезжает для выполнения практических учебных работ в САО РАН, где расположены крупнейшие астрономические инструменты Европы: оптический 6-метровый телескоп БТА и 600-метровый радиотелескоп РАТАН-600. Эта обсерватория обладает первоклассным оборудованием, в ее работе используются новейшие методы исследований и обработки данных, что дает возможность студентам в полной мере познакомиться с современным уровнем астрономических исследований. Организацией выездов и практическими работами руководят сотрудники кафедры, ГАИШ МГУ и САО РАН. Разработаны (и разрабатываются) специальные учебные задания для занятий, проводящихся на обсерваториях, и методические руководства к их выполнению. Подготовка к выполнению заданий начинается заблаговременно и ведется еще в Москве.

Научная работа

Тематика научной работы преподавателей астрофизических кафедр и руководимых ими студентов тесно связана с базовыми научными отделами ГАИШ.

Основные направления научных исследований: релятивистская астрофизика, физика и эволюция двойных звезд, изучение переменных звезд, строение и динамика Галактики и звездных систем, физика галактик, физика Солнца и гелиосейсмология, наблюдательная астрофизика. Ежегодно в научных журналах публикуются десятки статей по работам, выполненным сотрудниками, студентами и аспирантами кафедр.

Международные связи

Научная работа на астрофизических кафедрах происходит в тесном контакте с целым рядом научных и образовательных центров в различных странах. Среди них: Монреальский университет (Канада), Обсерватория Каподимонте (Италия), Астрономическая обсерватория г.Лиона (Франция), Университет г.Амстердама (Нидерланды), Университет г.Брюсселя (Бельгия), Институт Макса Планка (Германия), Университет г.Кардиффа (Великобритания), Университет Южной Калифорнии (США), Обсерватория Лазурного берега (Франция), Университет г.Ницца (Франция), Центр астрономических данных г.Страсбург (Франция), Центр теоретической астрофизики (Дания), Головная астрофизическая обсерватория (Украина), Крымская астрофизическая обсерватория (Украина), Институт астрофизики Узбекской АН.

Довузовское образование

Большая работа проводится сотрудниками астрофизических кафедр со школьниками - потенциальными абитуриентами физического факультета, а также преподавателями физики и астрономии. Эта работа включает проведение Московских, подмосковных, Российских и международных олимпиад по астрономии и космической физике, подготовительные занятия со школьниками (Астрошкола ГАИШ), лекционные занятия с преподавателями физики и астрономии московских округов, написание учебников для школ, а также научно-популярных статей и книг в различных журналах и энциклопедиях.

Кафедральные ресурсы INTERNET

Информацию об астрономическом отделении и астрофизических кафедрах, читаемых курсах, организации практик, работах спецпрактикума и т.д. можно найти на следующих страницах.

Цель данного курса лекций заключается в знакомстве слушателей с базовыми понятиями астрономии, её основными достижениями и современными проблемами.
Речь пойдёт о важнейших понятиях астрономии и особенностях работы астрономов, об их приборах и объектах изучения: о том, что можно увидеть в телескоп - планетах, звёздах, галактиках; и том, чего не видно - тёмном веществе и тёмной энергии.

Слушатели узнают, что такое небесные координаты, звёздные величины и спектры, и как из наблюдений можно узнать время, расстояние, химический состав и физические свойства небесных объектов. Плавно перейдём к вопросам строения и эволюции звёзд - как устроены звёзды, почему они не взрываются (а иногда и взрываются!), почему не сжимаются в точку (а порою сжимаются!), за счёт чего они излучают свет, как рождаются, как умирают и как «живут после смерти». Речь пойдет также и о межзвёздных молекулах, о звёздных скоплениях, о строении нашей Галактики и о Вселенной в целом. В общем, о прошлом и будущем нашего мира.

Курс состоит из двух блоков: методы и объекты.

• Первый блок - описание астрономии как профессии: история, инструменты, системы измерения координат и времени, связь астрономии с физикой и космонавтикой, принципы действия важнейших приборов.
• Второй блок - обсуждение физической природы, строения и эволюции планет, звёзд, галактик и Вселенной в целом.

Ориентирован на формирование представления об астрономии как науке.

Формат

Форма обучения заочная (дистанционная). Еженедельные занятия содержат тематические видеолекции и тестовые задания с автоматизированной проверкой результатов. Важным элементом изучения дисциплины является написание творческих работ в формате реферата-рассуждения по заданным темам, которое должно содержать полные развёрнутые ответы, подкреплённые примерами из лекций и/или личного опыта, знаний или наблюдений.

Требования

Курс рассчитан на широкую аудиторию неспециалистов и требует знания основ физики и математики в объёме школьной программы.

Курс может быть использован для учебного процесса в вузах по программам подготовки бакалавров, магистров и специалистов в качестве дополнительного образования.

Программа курса

Раздел 1. Астрономия в мире и в России. Где работают астрономы и чем занимаются. Типы астрономических объектов: галактики, звёзды, планеты, астероиды, кометы.

Раздел 2. Принцип работы телескопов. Рефракторы и рефлекторы. Активная и адаптивная оптика. Приёмники излучения. Астроклимат. Методы измерения расстояний до космических тел. Параллакс. Единицы расстояния в астрономии. Излучение небесных тел. Звёздные величины. Спектры излучения и поглощения. Принцип работы спектрографа. Эффект Доплера и его использование в астрономии. Основные системы координат и измерение времени. Движение небесных тел. Законы Кеплера. Характерные массы космических тел и методы их измерения. Планеты: сравнительные характеристики. Физические условия на поверхности, наблюдательные характеристики атмосфер. Температура поверхности планет; парниковый эффект. Кольца и спутники планет. Планеты-спутники. Приливные эффекты. Астероиды, кометы, метеорное вещество. Астероидно-кометная опасность. Методы и результаты поиска планетных систем у других звёзд

Раздел 3. Основные характеристики звёзд: светимость, масса, температура, радиус. Внутреннее строение звёзд и ядерные источники их энергии. Основные этапы эволюции звёзд. Солнце. Проявления солнечной активности и её влияние на Землю. Поздние стадии эволюции звёзд. Белые карлики, нейтронные звёзды, черные дыры. Галактики. Крупномасштабная структура Вселенной. Элементы космологии.

Результаты обучения

В результате изучения данного курса слушатели должны:

• получить представление об астрономии как науке, об особенностях работы астрономов и главных направлениях их исследований;
• познакомиться с базовыми понятиями астрономии, её основными достижениями и современными проблемами;
• познакомиться с принципами работы важнейших астрономических приборов;
• получить представление об основных астрономических явлениях и процессах;
• научиться анализировать происходящие в космосе события на основе физических законов;
• познакомиться с основными фактами из истории астрономии.