Методичні рекомендації до проведення Всеукраїнської учнівської олімпіади з астрономії

Метою запровадження Всеукраїнської учнівської олімпіади з астрономії є пропаганда природничо-наукових знань, формування в учнів інтересу та наукового підходу до вивчення астрономії і пов'язаних із нею наук; виявлення та розвиток в учнів творчих здібностей до науково-дослідницької діяльності, активізація всіх форм позакласної та позашкільної роботи з учнями; підвищення рівня фахової підготовки вчителів; залучення вчених і викладачів, аспірантів, студентів вищих навчальних закладів до активної співпраці із загальноосвітніми навчальними закладами у справі поліпшення вивчення фізики та астрономії; відбір найбільш талановитих учнів до складу збірної команди України для участі в міжнародній олімпіаді.

Всеукраїнська учнівська олімпіада з астрономії проводиться у двох вікових групах: для учнів 11 та 10 класів. Відповідно до Положення про Всеукраїнські учнівські олімпіади з базових дисциплін, турніри, конкурси-захисти науково-дослідницьких робіт та конкурси фахової майстерності (далі - Положення), затвердженого наказом Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України від 22.09.2011 № 1099 р. та зареєстрованого в Міністерстві юстиції України 17 листопада 2011 року за № 1318/20056, участь в олімпіаді можуть брати й учні молодших (порівняно з класом фактичного навчання) класів. Залучення до участі в олімпіаді учнів 8-9 класів має важливе значення, оскільки сприяє розвиткові пізнавального інтересу до вивчення астрономії учнів середнього шкільного віку, розкриття їхніх здібностей, набуття досвіду участі в змаганнях.

Орієнтовний перелік теоретичних питань до ІІІ етапу Всеукраїнської учнівської олімпіади з астрономії

1. Зоряне небо та рухи світил

1.1. Зоряне небо

Зоряне небо та небесна сфера. Сузір’я та найяскравіші зорі на небі й у північній півсфері. Добове обертання  небесної сфери. Зміна вигляду зоряного неба в різні пори року. Орієнтування за Сонцем, сузір’ями і Полярною зорею на місцевості і за часом.

Одиниці відстаней в астрономії. Паралакс: річний, добовий. Видима зоряна величина, абсолютна зоряна величина та зв'язок між ними.

1.2. Небесна сфера і добовий рух світил

Точки і лінії небесної сфери. Залежність висоти полюса світу від географічної широти місця спостереження.

Горизонтальна та екваторіальні системи координат. Явища пов’язані з добовим обертанням Землі: схід та захід світил, кульмінації світил (моменти кульмінацій та висоти). Рефракція. Зоряні каталоги і карти.

Видимий рух Сонця. Екліптика.

1.3.Час та календар

Принципи вимірювання часу  (шкали вимірювання і системи відліку). Зоряний час. Сонячний час: справжній і середній. Рівняння часу. Шкала всесвітнього часу. Шкала атомного часу. Координований всесвітній час. Системи відліку: місцевий, всесвітній, поясний час та зв’язок між ними. Лінія зміни дат. Літній та зимовий час. Календар. Сонячні, місячні та місячно-сонячні календарі. Юліанський та григоріанський календарі.

1.4.Закони руху небесних тіл

Закони Кеплера. Елементи орбіт небесних тіл та їх геометричне подання. Узагальнення законів Кеплера. Космічні швидкості на поверхнях небесних тіл та у просторі. Рух штучних супутників і автоматичних міжпланетних станцій.

Видимий рух планет. Планетні конфігурації, синодичні та сидеричні періоди. Рух Місяця. Сонячні та місячні затемнення, частота і умови видимості. Припливні явища.

Використання законів руху для визначення відстаней до тіл Сонячної системи, а також розмірів і мас небесних тіл.

2. Методи та засоби астрономічних досліджень

2.1. Електромагнітне випромінювання небесних тіл

Електромагнітний спектр. Спектри небесних тіл. Поглинання світла в міжзоряному просторі та вікна прозорості атмосфери Землі.

Розвиток всехвильової астрономії: гамма, рентгенівська, ультрафіолетова, оптична, інфрачервона, радіоастрономія.

2.2. Засоби астрономічних досліджень

Оптичні телескопи. Формула збільшення телескопа, а також роздільна здатність та проникна сила. Недоліки оптичних телескопів.

Радіотелескопи. Радіоінтерферометри з наддовгою базою.

Найбільші телескопи в Україні та у світі. Астрономічні обсерваторії.

Космічні телескопи та обсерваторії. Принцип реєстрації нейтрино. Нейтринні обсерваторії.    

2.3. Методи астрономічних досліджень

Астрофотометрія. Основні поняття фотометрії. Зв’язок між освітленістю і видимою зоряною величиною (Формула Погсона).

Астроспектроскопія. Основні поняття спектроскопії. Закон випромінювання Планка. Види спектрів космічних об’єктів. Спектральні прилади. Принцип визначення хімічного складу та температури космічних тіл.

Ефект Доплера. Визначення променевої швидкості за спектром.

Приймачі випромінювання в астрономії.

3. Сонячна система

3.1. Планети Сонячної системи

Історія вивчення, склад і будова Сонячної системи.

Подібність та відмінність між планетами земної групи та планетами-гігантами. Планети земної групи. Фізичні та орбітальні характеристики.

Фізичні характеристики Землі. Внутрішня будова Землі. Будова атмосфери. Рухи в оболонках Землі. Полярні сяйва на Землі та інших планетах. Клімат. Причини змін пір року.

Місяць: фізичні характеристики та проблема походження. Рельєф та фізичні умови на поверхні.

Планети-гіганти. Фізичні та орбітальні характеристики. Супутники планет. Кільця планет.

Карликові планети.

3.2. Малі тіла Сонячної системи

Астероїди. Комети. Тіла з поясу Койпера. Метеори та метеорити. Метеорні потоки. Фізичні характеристики малих тіл Сонячної системи та гіпотези походження.

4. Зорі

4.1. Узагальнені характеристики стаціонарних зір

Хімічний склад зоряної речовини. Температури, світності, розміри, маси, густини зір. Взаємозв’язок між розміром, температурою, світністю та абсолютною зоряною величиною.

Спектральна класифікація зір. Діаграма Герцшпрунга-Рессела.

Джерела енергії зір. Температура у надрах зір. Внутрішня будова зір.

4.2. Подвійні та нестаціонарні зорі

Подвійні зорі різних типів. Змінні зорі. Пульсуючі змінні. Цефеїди. Нові та наднові зорі. Утворення хімічних елементів.

4.3. Сонце як зоря

Загальні характеристики Сонця, внутрішня будова, атмосфера, обертання Сонця.

Джерело сонячної енергії. Місце Сонця на діаграмі Гершпрунга-Рессела.

Сонячна активність, сонячно-земні зв’язки.

Поняття геліосфери. Сонячний вітер та потік частинок від Сонця і їх вплив на інші тіла Сонячної системи.

4.4. Утворення та еволюція зір

Міжзоряне середовище, його густина та температура. Протозорі. Утворення зір в асоціаціях. Залежність часу існування зорі від початкової маси. Стадія головної послідовності, червоні гіганти та надгіганти.

Кінцеві стадії еволюції зір, білі карлики, нейтронні зорі, пульсари. Кінцева стадія еволюції Сонця. Чорні діри. Сфера Шварцшильда.

5. Галактична і позагалактична астрономія

5.1. Наша  Галактика

Складові, розмір і спіральна структура Галактики. Склад, маса, чисельність зір. Типи населення Галактики, зоряні скупчення.

Місце Сонця в Галактиці, його рух відносно сусідніх зір та центру Галактики.

Обертання Галактики. Міжзоряні газ і пил. Космічні промені.

5.2. Галактики і Всесвіт

Класифікація галактик. Типи, склад і структура галактик. Найближчі галактики. Закон Габбла. Червоне зміщення і визначення відстаней до галактик. Просторовий розподіл галактик. Місцева група галактик. Радіогалактики. Квазари.