Программа секции астрофизики и общей астрономии Летней Космической Школы - 2023

В секции астрофизики и общей астрономии внимание участников будет направлено на методы наблюдательной астрономии: спектроскопию, астрометрию и фотометрию, на конструкцию телескопов ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов и на объекты, которые с их помощью изучаются: газовые облака, протопланетные диски, звезды, туманности, экзопланеты и галактики, а также явления: распределение темного вещества, образование звезд и планет, физика объектов Солнечной системы. Отдельно будут рассмотрены вопросы астродинамики и эволюции звездных систем (скоплений и галактик).

Длительность программы: 16 часов занятий в секции (лекции и практика)

Расписание занятий

Расписание занятий секции астрофизики и общей астрономии ЛКШ-2023

Программа секции разработана при участии сотрудников Института космических исследований РАН и ИНАСАН и делится на лекционную и практическую часть. В прогпамме секции используется подход виртуальной обсерватории: участники будут анализировать синтетические данные и работать с данными открытых баз научных данных. Для этого в программу включен базовый курс языка Python и его использования в научных целях, в том числе, для выполнения распределенных облачных вычислений.

Приглашенные лекторы: лекции будут читать астрономы и астрофизики научных и исследовательских учреждений РАН.

Практика: на занятиях секции участники научатся работать с базами научных данных, применять Python для анализа и визуализации данных, с помощью специального ПО попробуют построить кривые светимости звезд, активных ядер галактик и других объектов, попробуют определить орбиту астероида или кометы по серии наблюдений, научатся анализировать ИК спектры атмосфер экзопланет для определения газового состава и условий на поверхности.

В сценариях симуляции космического полета в финальной части Школы участники секции астрофизики и общей астрономии будут играть ключевую роль: они проведут условные наблюдения на всех типах телескопов и проанализируют полученные результаты.

Что узнают и чему научатся участники:

1. Основным метдам астрофизики и общей астрономии: фотометрии, спектрометрии, спектрополяриметрии;
2. Как работают телескопы и какие существуют виды телескопов;
3. Как измеряются расстояния и скорости на астрономических расстояниях;
4. Как фотометрия и спектрометрия применяются при наблюдениях небесных тел, в частности экзопланет;
5. Основам наблюдения за звездами, туманностями, галактиками и другими объектами Вселенной;
6. Элементам работы с языком программирования Python для решения научных задач.

Основные темы

1. Методы наблюдательной астрономии и астрофизики;
2. Астродинамика и астрометрия;
3. Методы обработки и анализа астрономических данных.

Программа секции:

1. Методы наблюдательной астрономии и астрофизики
   1. Основы оптики и астрономические приборы
      Геометрическая оптика. Ход лучей и принцип построения изображения. Различные схемы телескопов. Особенности конструкции оптики для телескопов вне оптического спектра: зеркала косого падения.
   2. Детекторы электромагнитного излучения
      Исторический обзор методов фиксирования результатов астрономических наблюдений: человеческий глаз, как астрономический детектор, фотохимические детекторы, приборы с зарядовой связью. Современные твердотельные детекторы и их особенности в зависимости от задачи и диапазона длин волн
   3. Спектрографы
      Принципы работы спектрографа для оптического диапазона. Характеристики спектрографов, выбор оптимальных параметров для конкретной задачи. Различные виды конструкции спектрографов для различных диапазонов электромагнитного излучения.
   4. Методы астрофизики: фотометрия
      Основные понятия фотометрии, временное разрешение фотометра, калибровка фотометрических измерений, программное обеспечение для обработки фотометрических результатов. Фотометрия астероидов, звезд, активных ядер галактик.
   5. Методы астрофизики: спектроскопия
      Понятие спектра. Чернотельное излучение. Излучение и поглощение света. Энергетические уровни. Спектры газов. Спектры звезд и галактик. Спектры атмосфер планет.
   6. Методы астрофизики: спектрополяриметрия
      Поляризация электромагнитного излучения. Методы детектирования поляризации излучения. Спектрополяриметр. Поляризация излучения туманностей, звезд, галактик и других астрофизических объектов.
   7. Наблюдательная астрономия: интерферометрия
      Разрешающая способность одиночного телескопа. Повышение разрешения за счет использования нескольких антенн и обработки результатов одновременных наблюдений. Радиоинтерферометрия с большой базой (WLBA, EHT). Космические радиоинтерферометры (Спектр-Р). Оптические интерферометры.
2. Астродинамика и астрометрия
   1. Астрометрия
      Звездные каталоги, методы измерения астрометрических параметров звезд, нахождение положений звезд, определение движений звезд, определение расстояний до звезд.
   2. Космическая астрометрия
      Цели и задачи современных астрометрических наблюдений. Космические астрометрические миссии и их результаты: Hipparcos, Gaia. Структура Галактики и ближайшего галактического окружения Солнца.
3. Методы обработки и анализа астрономических данных
   1. Свойства астрономических данных
      Статистические свойства наблюдательных данных. Переменность и скважинность. Временные ряды и их анализ. Связь наблюдаемых и физических величин. Пределы обнаружения. Фоновые сигналы и точность измерения.
   2. Python - язык современной науки
      Языки программирования Python и его особенности. Типичные научные задачи для Python. Экосистема и программные пакеты, доступные для Python. Google Colab.
   3. Знакомство с Python
      Понятия языка Python: типы данных, массивы, файлы, переменные и управляющие структуры. Объявление переменных, написание простейших программ. Знакомство с модулями. Знакомство с модулем ЛКШ. Визуализация и интерактивные графики.
   4. Публичные базы астрофизических данных и работа с ними
      Форматы хранения астрофизических данных. Формат FITS. Публичные базы научных данных.