Что изучают астрофизики? Современная астрофизика. Профессия астрофизик
Тема 1. Структура современной Вселенной
Единицы измерения в астрономии. Масштабы астрофизических объектов: звёзды, звёздные скопления, галактики и их скопления, обозримая Вселенная, воиды. Характеристики межзвёздной среды, структура Галактики.
Тема 2. Расширяющаяся Вселенная
Систематическое красное смещение галактик. Закон Хаббла. Космологический принцип. Ньютоновская модель расширяющейся Вселенной, критическая плотность. Уравнения Фридмана эволюции Вселенной. Основные космологические параметры. Стадии эволюции вещества (RD, MD, темная энергия).
Тема 3. Основы теории образования к/м структуры Вселенной.
Теория Джинса: основные уравнения, начальные условие, приближение, решение. Обобщение на случай расширяющейся Вселенной.
Тема 4. Классификация звезд..
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Главная последовательность. Красные гиганты, сверхгиганты. Голубые гиганты. Массы, светимости, звездный ветер. Эволюционные треки.
Тема 5. Основы физики внутреннего строения звезд.
Приближенные уравнения равновесия звезды, основные свойства их решения. Энтальпия, теорема вириала для звезд. Более точные уравнения, учет переноса энергии. Характерные времена эволюции звёзд: динамическое, тепловое, ядерное.
Тема 6. Ядерные циклы, нейтринное излучение звезд..
Скорость реакций под барьером, фактор Гамова, S-фактор. Ядерные реакции звёзд главной последовательности: pp-цикл, CNO-цикл. Спектр солнечных нейтрино. Основные эксперименты по измерению потока солнечных нейтрино и их результаты (Хоумстейк, (Super-)Kamiokande, SAGE, Gallex, SNO, Borexino, …).
Тема 7. Релятивистские звезды
Уравнение состояние вырожденного электронного газа, нерелятивистский и релятивистский случаи. Предел Чандресекара для белых карликов. Нейтронизация вещества, нейтринное излучение, взрывы сверхновых, предел Оппенгеймера-Волкова.
Тема 8. Особенности эволюции двойных систем.
Точки Лагранжа. Полость Роша. Обмен вещества. Вспышки новых.
Тема 9. Аккреция.
Элементы теории аккреции вещества. Случаи сферически-симметричной (задача Бонди), цилиндрической, дисковой аккреции. Аккреция на нейтронные звезды (радиопульсар, пропеллер, аккретор и барстер, георотатор) и черные дыры (рентгеновское излучение).
Тема 10. Основные сведения о космических лучах (КЛ).
Основные понятия, интенсивность, состав, общая картина спектров (протонно-ядерная компонента, электроны, позитроны, гамма, антипротоны), «колено», «лодыжка». Классификация КЛ по происхождению (первичные и вторичные лучи, галактические и внегалактические, атмосферные и альбедо). Наблюдения КЛ.
Тема 11. Космическое гамма-излучение.
Основные эксперименты. Классификация по происхождению и типу источников: дискретное и рассеянное, распады π 0 «обратный Комптон», неразрешенные источники, изотропная компонента. Данные наблюдений. Зависимость интенсивности от плотности источников.
Тема 12. Космические заряженные частицы.
Основные источники (первичное ускорение). Распространение заряженных КЛ: диффузия в магн.полях, вторичное ускорение (механизмы Ферми), потери энергии (на фотонах среды, синхротрон, ионизацию), расчетные модели распространения в Галактике (leaky box, более точные уравнения переноса, программы расчета), Солнечные модуляции (модель силового поля, модель с учетом знака заряда). Данные о позитронах, антипротонах.
Тема 13. Космические лучи сверхвысоких энергий (КЛСВЭ)
Основные сведения, установки, данные, проблемы. Проблемы распространения для протонов (предел ГЗК), фотонов, электронов. Методы определение сорта первичной частицы по анализу ШАЛ, существующие результаты. Модели top-down, down-up и ограничения на них.
Астрономия — это наука, которая изучает небесные тела, их движение, строение, а также системы, образованные ими. Это древнейшая область знания: истоки астрономии теряются в глубине веков.
Можно сказать, что она эволюционировала вместе с человечеством. И сегодня астрономия не стоит на месте. Пользуясь новейшими технологиями, ученые постоянно уточняют и дополняют уже сложившиеся теории. Самые громкие открытия последних лет часто бывали связаны с теми явлениями, что изучают астрофизики. На полную мощность используя достижения в области техники, астрономы неизбежно сталкиваются с ограниченностью человеческого разума. Астрофизика — раздел астрономии, пожалуй, чаще других сталкивающийся с фактами, которые пока невозможно объяснить. Ученые, работающие под ее знаменем, пытаясь найти ответы на все более сложные вопросы, тем самым стимулируют технический прогресс. О том, что изучают астрофизики, что им уже удалось узнать и какие загадки Вселенная им предлагает сегодня, и пойдет речь ниже.
Особенности
Астрофизика занимается определением физических характеристик и их взаимодействия. В своих теориях она опирается на знания о законах природы, накопленные наукой в процессе изучения свойств материи на Земле.
Ученые-астрофизики сталкиваются с существенными ограничениями в своей работе. В отличие от коллег, изучающих микромир или макрообъекты в условиях Земли, они не могут проводить эксперименты. Многие из сил, действующих в космосе, проявляют себя лишь на огромном расстоянии или при наличии гигантских по массе и объему объектов. В лаборатории такое взаимодействие не изучишь, поскольку невозможно создать необходимые условия. Общая астрофизика в основном имеет дело с результатами пассивного наблюдения.
В таких условиях трудно себе представить получение данных об объектах. Непосредственного измерения нужных параметров в силу невозможности экспериментов в этом разделе астрономии не существует. В таком случае что изучают астрофизики и на чем основывают свои выводы? Главный источник информации для ученых в подобных условиях — анализ электромагнитных волн, которые излучают небесные тела.
С чего все начиналось
Астрономия — это наука, которая изучает небесные тела с незапамятных времен, однако такой раздел, как астрофизика, был в ней далеко не всегда. Фактически свое становление он начал в 1859 году, когда Г. Кирхгоф и Р. Бунзен по завершении серии экспериментов установили, что любой химический элемент обладает уникальным линейчатым спектром. Это означало, что по спектру небесного тела можно судить о его химическом составе. Так зародился спектральный анализ, а вместе с ним появилась и астрофизика.
Значимость
В 1868 году только что созданный метод сделал возможным обнаружение нового химического элемента - гелия. Его открыли во время наблюдения полного солнечного затмения и изучения хромосферы светила.
Современная астрофизика также во многом базируется на данных Усовершенствованная технология позволяет получать сведения практически обо всех характеристиках небесных тел, а также межзвездного пространства: температуре, составе, поведении атомов, напряжении магнитных полей и так далее.
Невидимое излучение
Существенно расширило возможности астрофизики открытие радиоизлучения. Его регистрация позволила изучать холодный газ, наполняющий межзвездное пространство и испускающий невидимый для глаза свет, а также процессы, протекающие в далеких пульсарах и нейтронных звездах. Огромное значение для всей астрономии имело открытие ставшего подтверждением складывавшейся в это время теории большого взрыва.
Космическая эра подарила астрофизикам новые возможности. Стали доступными ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение, путь к Земле которым преграждает атмосфера. Телескопы, созданные с учетом новых открытий, позволили обнаружить горячий газ в скоплениях галактик, нейтронных звезд, некоторые характеристики черных дыр.
Проблемы астрофизики
Современная наука шагнула далеко вперед по сравнению с тем состоянием, в котором она пребывала в конце 19 века. Сегодня астрофизики пользуются всеми новейшими достижениями в области регистрации электромагнитного излучения и получения на их основе данных об удаленных объектах. Однако нельзя сказать, что этот раздел астрономии абсолютно беспрепятственно движется по пути изучения Вселенной. Условия, складывающиеся в далеком космосе, подчас настолько трудны для регистрации и понимания, что интерпретация полученных данных о тех или иных объектах затруднительна.
В окрестностях черной дыры, недрах нейтронных звезд и их магнитных полях могут проявляться новые физические свойства материи. Невозможность даже приблизительно воспроизвести экстремальные или предельные условия, в которых происходят подобные космические процессы, формирует основные сложности астрофизики.
Модель Вселенной
Одна из важнейших задач современной астрономии — понять, как развивается необъятный космос. На сегодняшний день существует две основные версии: открытая и закрытая Вселенная. Первая подразумевает постоянное и неограниченное расширение. В этой модели расстояние между галактиками только увеличивается, и спустя какое-то время космос станет безжизненной пустыней с редкими островками твердой материи. Другой вариант предполагает, что на смену расширению, которое для большинства является бесспорным фактом, придет фаза сжатия Вселенной. Однозначного ответа на вопрос о том, какая теория верна, пока нет. Более того, появляются открытия, значительно усложняющие понимание будущего Вселенной и вносящие определенный хаос в, казалось бы, стройную картину. К ним относится, например, обнаружение и энергии.
Черные дыры, гамма-всплески
Среди всего того, что изучают астрофизики, есть ряд объектов с особым налетом таинственности. Они также относятся к основным проблемам этого раздела астрономии. В их число входят черные дыры, многие физические процессы в пространстве которых совершенно не изучены, и гамма-всплески. Последние представляют собой выброс огромного количества энергии, импульсы гамма-излучения. Природа их тоже до конца не ясна.
Понимание подобных объектов и явлений может существенно изменить наше представление об устройстве Вселенной и законах космоса. Именно постоянное соприкосновение с тайнами мироздания и делает астрофизику передним краем науки, одновременно высвечивающей ограниченность современных знаний и стимулирующей дальнейшее их развитие. Можно сказать, что этот раздел астрономии стал своеобразным маркером прогресса: каждое открытие знаменует собой победу человеческого разума над еще одной тайной.
В нашей новой рубрике мы находим представителей необычных профессий и задаем им вопросы о жизни, работе и реальности. В первом выпуске говорит астрофизик (и не прикидывайтесь, что знаете, чем он занимается) Алекс Головин, четыре года назад уехавший в Германию созерцать ночное небо.
Часто спрашивают: кто такой астрофизик? Ответ — представитель очень редкой профессии. Астрофизики изучают физические свойства небесных объектов, таких как звёзды, галактики, и пытаются понять, как устроена вселенная, в которой мы живем. То есть это наука на стыке астрономии и физики.
Рабочий день астрофизика может выглядеть совершенно по-разному. Если надо проводить наблюдения, то это, скорее, рабочая ночь, а не день («Наша работа во тьме»). После заката, еще в сумерках, пока светло, он идет на телескоп и подготавливает аппаратуру, потом начинаются наблюдения. Домой наблюдатель уходит уже рано утром.
Самый уникальный момент — когда ты сидишь и видишь, как разгорается звезда, а потом плавно гаснет. То, что происходит прямо сейчас и то, на что никто, кроме тебя, сейчас не смотрит.
Я много занимаюсь наблюдениями за разными вспыхивающими звездами. В 2006-м в Крыму «поймал» редкую вспышку одной звезды, потом по этому объекту много публикаций вышло. И вот, когда ты сидишь и видишь на мониторе график тех наблюдений, которые получаешь прямо сейчас, видишь, как разгорается звезда, а потом плавно гаснет (вся вспышка длится порядка сорока минут) — вот это самый уникальный момент. То есть факт, что ты можешь видеть такой мощный далекий взрыв «в режиме он-лайн». То, что происходит прямо сейчас и то, на что никто, кроме тебя, сейчас не смотрит.
Летом это не так утомительно – ночи короткие. Зимой, в зависимости от географической широты, работаешь намного больше восьми часов, и очень радуешься рассвету. На этом романтика заканчивается и приходит время обработки наблюдений, анализа данных, собственно, исследовательской работы, а затем, если повезет, публикации результатов. Тогда это обычный рабочий день в институте с компьютером.
В детстве зачем-то хотел стать египтологом , но в Украине получить хорошее образование по этой специальности было невозможно. А о том, что можно бы уехать учиться в другую страну тогда не приходилось и мечтать. Если бы не занимался астрофизикой, то, уверен, что занимался бы какой-либо другой наукой. Мне многое интересно и любопытно.
Самое сложное в нашей профессии — объяснить людям, зачем это всё надо
Самое сложное в нашей профессии — объяснить людям, зачем это всё надо , чем мы занимаемся, зачем нужно это финансировать, зачем нужно популяризовать науку. Многим научным сотрудникам кажется, что популяризировать науку — трата времени, «если надо объяснять, то не надо объяснять». Мол, пусть этим занимаются другие. А на следующий день они же жалуются, что астрономия плохо финансируется (заметьте, финансируется из налогов как раз тех людей, которым не объясняют и не рассказывают, какие результаты получают/могут получить в этой области).
После присоединения Крыма к России была национализирована Крымская астрофизическая обсерватория (КрАО) — та, где находится 2.6-метровый телескоп Шайна (раньше это был крупнейший телескоп в Украине). Сюда ездили наблюдать астрономы со всех других украинских обсерваторий. Где они будут проводить наблюдения теперь — непонятно. В Украине сейчас нет телескопов, на которых можно проводить более-менее серьезные наблюдения. И вряд ли будут хорошо финансироваться поездки для наблюдений за рубеж.
С другой стороны, — очень мало журналистов, которые могут грамотно написать о новостях науки . А новостей столько, что об этом бы писать и писать. К сожалению, это проблема, на которую мало обращают внимание. Иногда “Помпиду с Помпадур” путают.
С поверхности Земли получить хорошие данные очень сложно — с таким успехом рыбки на дне океана могут пытаться разглядывать самолёты.
Сейчас вообще очень интересное время для науки. Например, резко увеличилось количество космических телескопов — т.е. тех, которые проводят наблюдения за пределами земной атмосферы. С поверхности Земли получить хорошие данные очень сложно — атмосфера поглощает большую часть излучения, движущиеся потоки воздуха искажают изображение. С таким успехом рыбки на дне океана могут пытаться разглядывать самолеты.
Я уверен, что в ближайшее время будет сделано много открытий и мы станем гораздо чаще удивляться, узнавая что-то новое.
Астрономия представляет собой область научных знаний о развитии и строении космических тел и Вселенной в целом. У многих складывается ошибочное мнение о деятельности астронома: люди считают, что он всего лишь наблюдает за звездным небом.
Но на практике оказывается, что большую часть времени астроном проводит за анализом и сопоставлением полученных данных на основе своего наблюдения. Расскажем, как можно стать астрономом.
Цена на сверхмощный телескоп, считывающий информацию с воздушного пространства, достаточно высока, и такое оборудование есть не во всех обсерваториях. Хотя ни один современный ученый не может обойтись без телескопа, следует иметь очень хорошие навыки работы на компьютере, поскольку организация большинства исследований компьютеризирована.
Как правило, астроном изучает звездное небо лишь несколько дней, на интерпретацию же полученных данных могут уйти месяцы и даже годы. Поэтому человек, желающий получить столь редкую и необычную профессию, должен обладать и такими личностными качествами, как:
- усидчивость;
- терпеливость;
- способность монотонно работать в течение длительного времени;
- нацеленность на долгосрочный результат;
- тяга к научным знаниям и желание постоянно совершенствоваться в области астрономии.
Куда пойти учиться?
Профессию астронома можно получить в технических вузах на механико-математическом или физическом факультете. Поскольку основными предметами для изучения являются математика и физика, то пройти обучение легче абитуриенту с аналитическим складом ума. Гуманитарию осваивать такую науку будет сложнее.
Студенту, желающему стать астрономом, стоит помнить, что на получении только высшего образования его обучение не заканчивается. Так, для дальнейшей работы по профессии необходимо закончить аспирантуру, защитить кандидатскую и в дальнейшем заниматься более глубокой научной работой.
Нужна ли профессия астронома в России?
Если технические ВУЗы нашей страны и готовят специалистов, обеспечивая достойную теоретическую и практическую подготовку, то работать по специальности с материальной точки зрения может быть невыгодно. Зарплата российских астрономов может в разы отличаться от зарплаты их зарубежных коллег.
34.2
Для друзей!
Справка
Астрофизика - это наука на границе астрономии и физики, учение о вселенной, о строении, физических процессах и химических свойствах небесных объектов - звезд и галактик (планет, Солнца, комет, туманностей).
Космос - малоизученное пространство, которое заставляет задаваться многими вопросами. Например, астрофизики строят предположения, что происходит внутри черных дыр, пытаются понять, что такое темная материя и каковы свойства гравитации. Поиск ответов на эти вопросы заставляет ученых проводить разные исследования. Например, в скором времени астрофизики планируют отправить колонию на Марс, а на Луне - построить сверхмощный телескоп.
Астрофизика не стоит на месте и в ближайшем будущем в ней будет сделано немало открытий.
Описание деятельности
Астрофизик - редкая и узко специализированная профессия. Востребованность ее небольшая. Но в таких всемирно известных корпорациях как Роскосмос или NASAталантливые специалисты просто необходимы.
Практически все астрофизики имеют . Все они когда-то закончили , защитили диссертационные работы, имеют научные публикации и . Связано это с тем, что астрофизики требуются, в основном, в организациях, которые занимаются научными исследованиями. Это университеты и научные институты, обсерватории и упомянутые выше корпорации Роскосомос и NASA.
В обсерваториях работает основная часть астрофизиков. Это учреждение, где фиксируют движение небесных тел. Ее расположение не случайно - она строится на возвышенной местности и в точке с лучшим обзором звездного неба. Учитываются также климат и видимость атмосферы.
Обычно обсерватория принадлежит университету либо научному институту и может находиться от них достаточно далеко. Так, главный офис Роскосмоса находится в Москве, а его обсерватории в Байконуре (Казахстан), Кисловодске и на Камчатке.
Работа в обсерватории - это, в первую очередь, наблюдение за небесными телами. Однако от способа и цели наблюдения зависят рабочие условия астрофизика.
Наблюдение за близкими к Земле космическими телами .
Сюда относится наблюдение за планетами Солнечной системы, ее спутниками, ближайшими звездами, - за всем тем, что мы можем увидеть на небе невооруженным глазом. Поскольку эти объекты находятся достаточно близко к Земле, астрофизик использует телескоп с увеличивающими линзами - благодаря многократному увеличению он может рассмотреть, к примеру, кратеры Луны, ураганы на Юпитере или кольца Сатурна.
Главное условие для такой работы - ночное время суток, поэтому астрофизик работает ночью, по 8-14 часов в зависимости от времени года.
Наблюдение за космическими телами, расположенными далеко от Земли.
Видимые звезды и планеты - всего лишь малая доля того, что есть во Вселенной. Существует множество других небесных тел, которые находятся настолько далеко от нас, что свет от них просто не доходит до Земли. Там, где находятся эти объекты, мы едва ли что-то увидим, поэтому астрофизик ищет их только по невидимым радиоволнам.
Прибор, который фиксирует эти волны - радиотелескоп. С помощью такой аппаратуры астрофизик получают данные о скоплениях межзвездного газа, пылевых облаков, реликтовом излучении (это так называемые «остатки Большого Взрыва, с которого и началось образование нашей Вселенной). Радиотелескоп позволяет «заглянуть» намного дальше нашей галактики.
Местоположение (координаты) этих объектов он получает при помощи радиоинтерфермометра - это огромное сооружение, размером с саму обсерваторию. Внешне оно напоминает локатор.
Анализ полученных данных.
Наблюдения - лишь часть большой работы, которую проделывает астрофизик. Все полученные данные он записывает, затем исследует. Такая работа происходит уже в научно-исследовательском центре или институте по будням, с утра до вечера.
Все полученные выводы астрофизик описывает, приводит к ним аргументы. Затем закладывает их в основу научно-исследовательской работы.
Космические обсерватории
Астрофизик так же может вести наблюдение за небесными телами сидя в главном офисе исследовательского центра или компании. Для этого ему не нужно дожидаться захода солнца или ясной погоды - он получает данные прямиком из космоса на свой компьютер. Полученная информация сохраняется, и специалист может взглянуть на нее в любое время. Поэтому работает он как обычный офисный сотрудник - по будням, с утра до вечера.
Данные приходят от космической обсерватории - это самостоятельный аппарат, который снабжен сверхмощными телескопами и различными датчиками. Эти аппараты летают на орбите Земли и автоматически пересылают данные с датчиков и снимки на компьютер астрофизика. Всего их 9, и большая часть их принадлежит корпорации NASA.
Информация от космических обсерваторий приходит разная. Опытному астрофизику она может сообщить не только о местонахождении объекта, но и о том, что он из себя представляет. Например, переменное гамма-излучение характерно для недавно зародившейся звезды. Рентегеновские лучи могут указывать на черные дыры, ультрафиолетовые - на скопление межзвездного газа, а инфракрасные на водяные пары и химический состав небесного тела. Недавно астрофизики с помощью инфракрасных космических обсерваторий обнаружили органические вещества за 375 световых лет от Солнца. Это значит, что кроме Земли жизнь может существовать и в других уголках нашей Вселенной.
Космические полеты
Полет в космос - огромная работа разных специалистов. Астрофизики в этом процессе исполняют важную роль. Ранее полетами в космос занимались две корпорации: Роскосмос (Россия) и NASA(США). Однако последние 5 лет американцы не отправляли своих кораблей, поэтому готовят к полету наши отечественные астрофизики.
Задача специалистов - определить цель полета и условия, с которыми придется столкнуться космонавту. Этап работы астрофизиков - самый ответственный. Они информируют главных и о физических условиях в открытом космосе (а это температура -270°C, опасные дозы радиации, давление и прочие факторы). Сообщают о местоположении обломков космического мусора, который может травмировать космонавта, о влиянии других небесных тел и возможных трудностях и препятствиях. Космос малоизвестен и опасен, однако астрофизики знают о нем больше других.
Обмен опытом
Важная часть работы хорошего астрофизика - посещение различных конференций, международных совещаний, обсерваторий, в которых трудятся его зарубежные коллеги. Это не только хорошая возможность узнать лучше об опыте других астрофизиков, но и увидеть зарубежные страны и города.
Заработная плата
средняя по России: средняя по Москве: средняя по Санкт-Петербургу:
Трудовые обязанности
Цель работы специалиста - пополнение сведений о космосе.
Трудясь астрофизиком, можно выбрать одно из направлений: теоретик - работает с архивным материалом, изучая его и формулируя выводы; практик - сам добывает данные для дальнейшего их изучения; преподаватель - передает знания через лекции, доклады, уроки.
Астрофизики следят за небесными объектами, используя современное увеличительное оборудование; создают и поясняют теории об организации космоса; исследуют экспериментальный материал; выдвигают и испытывают гипотезы; пишут научные статьи; применяют компьютерное и математическое моделирование при пояснении космических событий и феноменов; участвуют в научных симпозиумах (совещание ученых из разных стран), конференциях.
Астрофизики изучают конкретные объекты, описывают определенные физические механизмы: ускорение космических лучей, взрывы на звездах, возникновение гамма-вспышек, сверхновых звезд и т.п.
В своей работе ученые используют специальные методы: спектральный анализ (определение химического состава и физических параметров), фотография, фотометрия (определение яркости), астрономические наблюдения.
Особенности карьерного роста
Если желаете добиться профессиональных успехов и роста, необходимо непрерывно обучаться, накапливать практические знания и умения, устанавливать важные контакты. Тогда появится возможность получить хорошую должность, участвовать в международных проектах.
Разные уровни высшего образования позволяют астрофизику претендовать на разные должности:
- (физика/астрономия) - работа