Астрофизика и геофизика

Транзит планеты по диску Солнца Транзит планеты по диску Солнца

Космические путешествия невозможны без понимания, что такое космическое пространство и что за объекты его заполняют. На нашей Школе вы познакомитесь с основами двух наук: астрофизики, которая занимается физическими процессами в космических объектах, и геофизики, которая изучает процессы в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли и планет.

Астрофизика поможет участникам Школы разобраться с тем, как формируются и эволюционируют планетные системы, какими способами изучаются экзопланеты, как анализировать спектральные данные, чтобы узнать состав поверхности и атмосферы небесных тел, как использовать кривые блеска для определения параметров вращения и альбедо новых миров.

Геофизика даст понимание того, как изучается климат, как ведет себя климат планет в зависимости от изменения внешних и внутренних условий. Какие причины стоят за началом эпизодов планетных оледенений и глобального потепления.

Основные задачи курса:

  1. Научиться анализировать ИК спектры планетных атмосфер и извлекать из них информацию о составе атмосфер и условиях на поверхности;
  2. Разобраться с моделями планетарного климата и климатическими изменениями;
  3. Познакомиться с методами, с помощью которых климатологи изучают историю климата;
  4. Узнать, как соотношения изотопов используются для датирования климатических событий.

Содержимое курса:
Две общих лекции по 80 минут, пять лекций для участников секции по 80 минут.
  1. Экзопланеты
    Теория. Методы детектирования экзопланет. Основные типы. Зона обитаемости. Статистика открытых экзопланет. Химический состав экзопланет. Существующие и будущие миссии.
  2. Образование и эволюция планетных систем
    Теория. Исторический обзор представлений о формировании планет. Современная теория образования планетных систем. Протопланетные диски. Химический состав протопланетного диска и его химическая эволюция. Планетезимали и их формирование. Миграция протопланет в процессе эволюции планетной системы. Обзор типов известных экзопланетных систем. Типы экзопланет: горячие юпитеры и нептуны, суперземли и мини-нептуны. Модель популяционного синтеза.
  3. Основы спектроскопии атмосфер планет
    Теория. Понятия спектра. Линии поглощения и излучения. Спектр Солнца. Спектр излучения абсолютно черного тела. Как работают спектрометры. Спектроскопия атмосфер планет. Спектры наиболее часто встречающихся веществ. Некоторые результаты спектроскопии.
    Практика. Работа с генератором синтетических спектральных данных NASA Planetary Spectrum Generator. Знакомство с интерфейсом. Знакомство с разными методами. Влияние разных параметров на результат моделей. Спектры атмосфер разных тел Солнечной системы. Определение спектральных линий веществ. Визуализация данных.
  4. Масс-спектрометрия и ее применение в геофизике и астрофизике
    Теория. Принцип работы масс-спектрометров. Характеристики масс спектрометров. Применение в промышленности. Применение в исследовании планет и магнитосфер планет.
  5. Климатические модели и изменение климата
    Теория. Излучение абсолютно черного тела. Равновесие излучения Земли. Излучательная способность разных тел и поверхностей. Уравнение переноса излучения. Простые модели климата. Парниковый эффект и влияние атмосферы. Циркуляция атмосферы, ячейки Хэдли. Глобальные модели циркуляции. Разные уравнения использующиеся для моделирования.
  6. Методы изучения истории климата
    Теория. Эволюция климата со временем. Разные свидетельства изменения климата на Земле. Глобальные изменения климата на Земле. История климата на других планетах Солнечной системы.
  7. Изотопный анализ в науке
    Теория. Изотопы. Модель распада. Методы определения отношения изотопов. Примеры разного изотопного состава на Земле. Радиоуглеродное датирование. Примеры разного изотопного состава в астрофизике.

На нашей Школе мы будем работать, используя подход виртуальной обсерватории. Это означает, что данные, с которыми работают участники Школы, будут поступать из внешних цифровых источников (в отличие от того, как работает обычная обсерватория, где данные собираются на ее арсенале научных инструментов). Так, источником астрономических данных будет компьютерная программа-симулятор космического полета (она будет поставлять изображения для определения орбит небесных тел, кривые вращения и изображения экзопланет), а источником астрофизических данных будут генераторы синтетических данных, используемых для машинного обучения или проверки теоретических моделей (например, генераторы спектральных данных от университета Вашингтона и генератор планетных спектров NASA).

Для геофизики источником данных станет база палеоклиматических данных Американского национального центра природной информации Национального управления океанических и атмосферных исследований.

В ходе симуляции межзвездной экспедиции участники будут анализировать спектры атмосфер экзопланет, используя виртуальные приборы, установленные на их виртуальном космическом корабле. Показания приборов будут зависеть от того, на какую планету в виртуальной Вселенной они направлены и с какого расстояния выполняется наблюдение

Участники также будут изучать ледяные керны, керны донных и озерных отложений и проводить измерения соотношения изотопов в них для того, чтобы восстановить картину климатических изменений, происходивших в процессе терраморфирования планет, их причины и следствия.