Обучение. Что изучают астрофизики? Современная астрофизика

В астро тусовке есть некое внутреннее разграничение. Не знаю, насколько оно распространяется за пределы этой тусовки.

Астрономы - это в основном непосредственно наблюдатели. Их готовят на специальных факультетах. По моим ощущениям, физику они знают плохо, зато обязаны хорошо знать звездную механику и какую-то с этим связанную математику. Они должны знать все детали наблюдений, калибровки приборов, i.e., спектрометров и телескопов и прочую неинтересную (для меня) информацию. В основном они наблюдают какие-то звезды, галактики, скопления, туманности; и на выход дают необработанную или очень слабо обработанную информацию, разбираться в которой уже будут астрофизики.

Среди астрономов есть и инструменталисты , которые разрабатывают, проектируют и сами строят всякие инструменты, типа спектрометров и телескопов, пишут софты и т.д. Этот бранч постепенно становится более специализированным, так как большие миллиардные эксперименты требуют всё-же профессиональных инженеров и программистов. Однако, в частности в области проектов сетей телескопов для нахождения экзопланет, до сих пор есть люди, которые сами буквально своими руками собирают проекты, хард, софт и что-то с этим делают.

Астрофизики бывают как наблюдателями, так и теоретиками.

В отличие от астрономов, астрофизики наблюдатели непосредственно сами наблюдения не делают, а работают уже с полученными данными: как-то их структурируют, обрабатывают и проверяют какие-то свои или не свои теории. Они стоят где-то на грани наблюдений и теории и, в принципе, должны неплохо разбираться и там и там.

Астрофизики теоретики (я интенсивно учусь и работаю, чтобы в будущем иметь право таковым называться), в зависимости от того над чем работают, в основном люди с физическим бэкграундом. По большей части это бэкграунд в физике плазмы или гравитации, реже в физике частиц. Последние в основном занимаются теорией космических лучей. Огромную часть времени теоретики кодят (особенно сейчас) или ждут результатов симуляций:) - это может занять от нескольких дней до недели, в зависимости от перегруженности очереди на суперкомпьютер. С наблюдениями теоретики имеют очень слабое соприкосновение, разве что для того чтобы проверить, проходит ли смоделированный график через точки, полученные наблюдениями.

В целом астрофизики как наблюдатели так и теоретики изучают конкретные объекты, типа галактик, активных ядер, нейтронных звезд и карликов, обычных звезд и т.д. Либо же пытаются описать какие-то определенные физические механизмы, например механизмы ускорения космических лучей или возникновения гамма-всплесков.

Космологи , напротив, мало интересуются конкретными объектами, а в основном их интересуют общие вещи, связанные с общей динамикой Вселенной, её расширением и возникновением (плюс развитием в ранних стадиях), темной энергией и темной материей.

Космологи наблюдатели занимаются примерно тем же, чем астрофизики наблюдатели, только в своём кругу интереса. В основном это обработка данных спектра космического микроволнового фона, линзирование галактик на темной материи, статистика по далёким галактикам, включая image recognition, который автоматизированно помогает обнаруживать эти самые галактики, и так далее.

Теоретики в космологии работают либо над чем-то похожим на астрофизиков, т.е. плазмой в ранних стадиях Вселенной, распространением, диффузией галактик и т.д. Т.е. в основном это тоже какое-нибудь моделирование (), например Millenium Simulation.

Либо, другая часть теоретиков занимается теорией поля, т.е. фактически это специалисты по физике частиц и КТП: это экзотические поля и симметрии, теория возникновения Вселенной (инфляция), теория темной материи и темной энергии и может еще какие-то штуки, которые я пропустил. В целом, это та малая часть астрофизики/космологии, которая не очень-то ей и является, но которую все (не учёные) почему-то знают больше всего.

Вот как-то так. Есть еще сейчас выделяющаяся, популярная сейчас область astroparticle physics , это в основном теория и наблюдения космических лучей, космических нейтрино (эксперимент IceCube), гамма высоких энергий (FERMI/LAT) и т.д. Фактически же, это что-то между астрофизикой и физикой частиц.

Стоит, конечно, отметить, что это разграничение очень смутное, есть много людей, которые работают как в одной, так и в другой группе: начинают карьеру как теоретики, а заканчивают, проектируя CCD для Sloan Digital Sky Survey. При этом, надо тоже понимать, что есть наблюдатели, которые теорию знают гораздо лучше многих теоретиков и наоборот. Поэтому к этому разграничению надо относится чисто символически.

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.

– Чем занимается Государственный астрономический институт имени П.К. Штернберга МГУ?
– Это один из главных астрофизических институтов в России. В нем занимаются исследованиями в области астрономии и астрофизики, начиная от изучения планет, астрометрии (раздела астрономии, главной задачей которого является изучение видимых положений и движений небесных тел) и небесной механики и заканчивая астрофизикой высоких энергий, релятивистской астрофизикой (изучающей на основе общей теории относительности свойства сверхплотных космических тел - нейтронных звезд и черных дыр - прим. сайта ) и космологией.

– Чем астрономия отличается от астрофизики?
– Это смежные, взаимопроникающие и порой даже взаимозамещающие понятия. В быту астрономия и астрофизика вообще часто употребляются как синонимы. Астрофизика - это часть физики, занимающаяся физикой явлений, происходящих во Вселенной. Классическая астрономия - скорее, наука об интерпретации тех наблюдений за небесными телами, которые у нас есть. Эта наука использует свои специфические методы: измерение блеска звезд, измерение положений, скоростей, координат.
Например, существует такая дисциплина, как звездная астрономия, которая изучает структуру и кинематику различных звездных систем. К примеру - нашей Галактики. Но вот как образовалась Галактика, и как она эволюционирует - это уже вопросы физики галактик, которая, впрочем, опирается на знания, полученные звездной астрономией.

– Как астрофизики исследуют различные объекты и явления?
– Наш основной метод познания Вселенной - наблюдение. А наблюдать за небесными телами, конечно, удобнее всего с помощью телескопов. Наши сотрудники используют наземные телескопы, расположенные по всему миру, а также орбитальные обсерватории. Например, одно из крупнейших устройств в мире (и крупнейшее - в России) находится на Северном Кавказе. А недавно у Института появился 2,5-метровый телескоп в Кисловодске.

– Как астрофизики узнают, на что именно нужно смотреть?
– Ученых-астрофизиков можно условно разделить на теоретиков и наблюдателей. Теоретики - это те, кто знает, куда именно нужно смотреть и почему. А наблюдатели знают, как нужно смотреть и как из полученного сигнала вытащить осмысленные физические знания.
Для проведения наблюдений на любом сравнительно большом телескопе от теоретика нужна хорошо написанная заявка. Она рассматривается специальной комиссией, состоящей из других астрофизиков-теоретиков и наблюдателей. Если заявка признается хорошей, то ученый, как говорят, получает «время на телескопе», а затем - данные. При этом в самих наблюдениях заявитель чаще всего не участвует. Потому что, это, во-первых, как правило, далеко. А во-вторых, процесс наблюдений с технической точки зрения достаточно сложен и занимаются им отдельные специалисты. Просто так «порулить телескопом» в большой обсерватории никто не даст.

– Для чего нужны эти исследования? Как полученные результаты можно применить на практике?
– Мы занимаемся фундаментальной наукой - познаем устройство окружающего нас мира. Однако впоследствии из фундаментальной науки вырастает наука прикладная. Например, сегодня теория относительности помогает нам с высокой точностью отслеживать перемещение вызванной машины такси благодаря навигационной системе GPS.

– Чем занимаетесь именно вы?
– По большей части я занимаюсь исследованиями нейтронных звезд. Эти звезды - одна из возможных финальных стадий эволюции обычных звезд - после того как массивная звезда исчерпывает свое термоядерное топливо, внутреннее давление уже не может сдерживать силы гравитации, ядро звезды коллапсирует, и образуется быстро вращающийся плотный объект с радиусом 12 км и сильным магнитным полем. Российский астрофизик Сергей Попов, например, такие звезды называет суперобъектами. Я считаю, что это весьма меткое название, ведь, действительно, у них все «супер» - супербольшие плотности, супербольшие магнитные поля, супербольшие гравитационные поля.
Также я участвую в создании устройств и математического обеспечения для космических аппаратов - некоторые такие устройства разрабатываются и силами нашей лаборатории. Кроме того, я стараюсь не только заниматься астрофизикой, но и популяризировать эту дисциплину. Например, сейчас в павильоне ВДНХ «Космос» готовят к открытию большой музейный центр, который будет посвящен авиации и космонавтике. Я занимаюсь разделом, посвященным астрономии и астрофизике.

– Из чего состоит рабочий день астрофизика?
– Астрофизик строит модели различных физических явлений. Этот специалист собирает данные наблюдений - изображения с телескопов, графики, колонки цифр, обрабатывает их и анализирует, используя методы математического и статистического анализа. Затем, глядя на получившийся результат, астрофизик предлагает гипотезы, строит физические модели (на языке уравнений, например), думает, как их можно проверить новыми наблюдениями, инициирует эти наблюдения, и далее круг замыкается.
Например, после интервью я пойду к себе в лабораторию и примусь писать программу, воплощающую одну из физических моделей вращения твердого тела в космосе. Я буду сидеть за компьютером и программировать, компилировать, запускать, искать ошибки, опять компилировать, опять запускать, и так много-много раз.

– Как вы стали астрофизиком?
– Я окончил Лицей информационных технологий № 1537 , получив специальность программиста. Предполагалось, что я и дальше продолжу образование в области компьютерных наук и программирования, ведь у меня хорошо шли эти дисциплины. Однако в 11-м классе я огорошил всех, заявив, что хочу заниматься астрономией, а не программированием. Разумеется, учителя спрашивали, почему я так решил. Я отвечал, что не хочу всю жизнь сидеть перед монитором и писать программы. И вот я астрофизик, и я днями сижу перед монитором и пишу программы.

– Какое высшее образование нужно, чтобы стать астрофизиком?
– Чтобы стать астрофизиком, можно пойти учиться на астрономическое отделение физического факультета (именно там учился я сам), на астрономическое отделение математико-механического факультета или на кафедру астрономии в . Также кафедра астрономии, геодезии и мониторинга окружающей среды есть в .
С другой стороны, можно получить не корочку астронома, а хорошее физическое образование, например, в , а затем пойти в аспирантуру в астрофизическую группу.

– Как выпускнику без опыта работы построить карьеру в науке?
– Для человека, который только-только начинает работать в науке (то есть еще во время учебы в университете) важно найти хорошую профессиональную среду. Конкретнее - научную группу, которая известна тем, что получает сильные результаты в одной из областей астрофизики. На первых порах репутация группы будет работать на молодого ученого. Но со временем он начнет зарабатывать и свою собственную репутацию профессионала, которая позволит ему получать новые хорошие позиции.
При этом надо помнить, что в современной астрофизике ученых-одиночек остается все меньше и меньше. Задачи становятся все сложнее, и решить их можно только коллективно, в рамках коллаборации.

– Может ли астрофизик сменить сферу своих профессиональных интересов?
– Обычно люди меняют темы, но в рамках своего направления. А вот сменить направление уже достаточно сложно. Например, если бы я вдруг захотел заняться внегалактической астрономией (разделом астрономии, изучающим объекты за пределами нашей галактики - прим. сайта ), мне было бы сложно сделать такой переход. Впрочем, задавшись целью, наверняка можно добрать необходимые знания.

– На какие предметы стоит делать упор старшеклассникам, которые хотят стать астрофизиками?
– В первую очередь на физику и математику. Причем я советую читать не только школьные учебники - порой они могут быть изданы двадцать лет назад, но и всевозможные дополнительные материалы - записи лекций современных ученых (русских и англоязычных), серьезный научпоп, проекты, направленные на углубленное понимание физики и математики.
Мне кажется, в современном мире знания уже не та сила. Проблемы с получением знаний нет - они все в интернете, и их просто искать. Главное - это понимание сути физических явлений. И именно это понимание необходимо начитать.
Также я рекомендовал бы школьникам изучать программирование, чтобы решать задачи не на бумажке с помощью калькулятора, а на компьютере. Также нужно знать английский язык и тренироваться искать информацию в интернете - не теряться среди большого количества данных и уметь находить нужные статьи.

– Сколько получает астрофизик?
– Чаще всего мы получаем 30–50 тысяч рублей в месяц, хотя порой зарплата колеблется от 15 до 150 тысяч в месяц. Сама ставка, как правило, очень маленькая, однако ученые получают также грантовое финансирование, премии, стимулирующие выплаты и т. д. Правда, часто человек заранее не знает, сколько он получит в следующем месяце. Это создает определенные неудобства.

– От чего может устать астрофизик?
– От большого количества работы, ведь многие ученые одновременно участвуют в нескольких проектах. Кроме того, напрягают постоянные дедлайны: нужно успеть самому подготовиться к конференции, подготовить статью, вовремя написать заявку на грант, а потом - отчет по гранту и т. д.

– Сколько статей в год должен выпускать ученый?
– Некоторые вузы вводят четкие критерии, сколько публикаций должно быть у их сотрудников. Мне кажется, у человека, который активно и хорошо работает, в год должно выходить по крайней мере 3–4 статьи, в которых он будет делать существенный вклад.
Однако если ученый работает в большой коллаборации (или даже нескольких коллаборациях), то статьи с его соавторством могут выходить десятками в год! Правда, надо понимать, что его вклад в них будет довольно мал.

– Чем может заняться астрофизик, решивший попробовать себя в чем-то новом?
– В принципе, он способен стать хорошим программистом или заняться преподаванием физики и астрономии. Можно также перейти в смежные физические специальности и устроиться работать в компанию, которая занимается разработкой различных технологий. Также этот специалист может податься в банковскую сферу и стать, например, аналитиком, ведь учеба на физическом факультете научила его аналитическому мышлению.

– Какие существуют кружки для школьников, которые хотят получить практические знания по астрофизике?
– Я сам преподаю в Астрошколе ГАИШ и в Астрофизической школе фонда «Траектория» . Фонд «Траектория», поддерживающий научные образовательные инициативы, организовал школу, собрав 40 заинтересованных восьмиклассников. В течение четырех лет с ними будут работать астрономы, физики, математики. Ребята делают много заочной работы, выполняют свои проекты, дважды в год выезжают на очные школы в разные научные институты. Надеюсь, учеба поможет школьникам прийти в университеты более подготовленными, а потом - стать сильными учеными. Пока что это первый набор, но, если этот опыт окажется успешным, надеюсь, этот проект будет реализован вновь и вновь.

– Что вы могли бы посоветовать почитать или посмотреть людям, которые хотят больше узнать о работе астрофизика?
– Рекомендую научно-популярную книгу «Далекие маяки Вселенной», написанную астрофизиком Павлом Амнуэлем, который занимался нейтронными звездами. Книга как раз рассказывает об истории открытия нейтронных звезд. В ней хорошо показан процесс поиска, размышлений, ошибок, находок и анализа. Также можно почитать «Понедельник начинается в субботу» Аркадия и Бориса Стругацких. Мне кажется, чувства по отношению к работе, которые испытывают герои этой книги, весьма похожи на то, что испытываем мы.
Еще можно посмотреть фильм «Контакт», созданный по одноименному роману астронома Карла Сагана, а также американский сериал «Теория большого взрыва» про молодых ученых.

– Человечество уже довольно хорошо понимает устройство Вселенной. Будут ли востребованы астрофизики в будущем?
– Как часто бывает в науке, количество вопросов пропорционально количеству нашего знания. Чем больше мы будем знать, тем больше новых задач будет возникать перед учеными. Поэтому, полагаю, астрофизикам еще долгое время будет, чем заниматься.

Астроном - учёный, изучающий небесные объекты, такие как звёзды, планеты и их спутники, кометы и прочее.

От греч. astronomía, от астро и nómos - закон. Профессия подходит тем, кого интересует физика, математика и химия (см. выбор профессии по интересу к школьным предметам).

Астроном - учёный, изучающий небесные объекты: звёзды, планеты и их спутники, кометы и пр.

Особенности профессии

Астрономия - наука о строении и развитии космических тел, их систем и Вселенной.
Астроном - очень редкая профессия.
Астроном-теоретик занимается теоретической астрономией, космологией (наукой о рождении и развитии Вселенной и объектов в ней). Он обобщает данные полученных в ходе наблюдений.
Астрономы-наблюдатели разрабатывают методику наблюдений, добывают фаты, которые затем становятся основой для научных выводов и гипотез.
Конкретная работа астронома зависит от специализации. Существует множество направлений: космология, небесная механика и звездная динамика, астрофизика, радиоастрономия, физика галактик, звезд, астрономическое приборостроение.
Однако астрономия не получит развития без постоянного развития технологий. Разработкой новых наблюдательных приборов занимаются инженеры (астрономы-«аппаратурщики»).

Астрономия тесно связана с другими точными науками, прежде всего - с математикой, физикой и некоторыми разделами механики, используя достижения этих наук и, в свою очередь, оказывая влияние на их развитие.
Карьерный путь российского астронома такой же, как и в любой другой сфере науки: обучение в вузе, аспирантура, кандидатская диссертация, защита, научная работа, докторская и т. д. С получением нового научного звания растет и квалификационный разряд, от которого в первую очередь зависит зарплата.

Помимо непосредственно астрономии существуют прикладные специальности, прямо или косвенно связанные с этой наукой (Космос и информационные технологии, Астрономогеодезия, Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами, Космос и информационные технологии).

Рабочее место

Работают российские астрономы в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ им. М.В. Ломоносова,
Институте космических исследований,
Институте астрономии и Физическом институте АН России,
Главной (Пулковской) астрономической обсерватории,
Специальной астрофизической обсерватории АН России на Северном Кавказе.

Где учат

Астрономов готовят физические и механико-математические факультеты ведущих университетов страны: Московского, Санкт-петербургского, Казанского, Екатеринбургского.
Однако универсальных астрономов в Москве готовят только на отделении астрономии физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Астрофизик – это ученый, который занимается изучением строения различных небесных тел. Профессия астрофизика близка профессии астронома , она сочетает в себе приемы и методы физики и астрономии .

Работа астрофизика

Астрофизик изучает такие небесные тела, как Солнце, Луну , планеты Солнечной системы, звезды и кометы. Ученого интересует их строение, свойства, химический состав и физические процессы, протекающие в них. Также астрофизик занимается изучением Вселенной в целом, отдельных галактик и черных дыр. Космос таит в себе множество загадок, разгадыванием которых занимаются астрофизики.

Астрофизики в основном работают в обсерваториях , которые расположены в местах с наилучшим обзором звездного неба. Там они осуществляют наблюдения за небесными телами с помощью специальных сверхмощных телескопов. Причем наблюдения за различными космическими объектами требуют разной аппаратуры и должны проводиться в разное время суток.

По результатам наблюдений астрофизики проводят исследования и анализируют полученные данные. Исследовательские работы в основном проводятся в научно-исследовательских центрах и институтах. Проделанная работа позволяет астрофизикам выдвигать гипотезы и научные теории об организации космоса, а также пояснять различные космические феномены. В своей работе астрофизики активно используют современные компьютерные технологии.

Другой важнейшей задачей астрофизиков является участие в подготовке полетов в космос. Здесь их задачей является определение условий, в которых будет находиться космонавт в полете. Именно астрофизики должны предугадать местоположение и поведение различных небесных тел и космического мусора, которые могут в какой-то мере повлиять на космонавтов. Задача астрофизиков крайне ответственна и важна.

Астрофизик - обучение

Для того, чтобы стать астрофизиком, необходимо получить высшее техническое образование. Эта профессия предполагает большой стаж обучения - после бакалавриата необходимо закончить магистратуру или аспирантуру, а также можно еще дальше повышать ученую степень.Вузы готовят будущих астрофизиков на специальности "Астрономия" по следующим профилям:

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

Даже после получения ученой степени, астрофизику необходимо периодически посещать различные отечественные и международные семинары и конференции, чтобы обмениваться опытом с коллегами и узнавать о новых достижениях.

Карьера астрофизика

Астрофизика не стоит на месте и в ближайшем будущем в ней будет сделано немало открытий.Профессия астрофизика довольно редкая и узко специализированная. Она не является очень востребованной, однако, за астрофизикой во многом стоит будущее, поэтому в данной сфере очень нужны высококвалифицированные специалисты. Астрофизики в основном востребованы в организациях, которые занимаются научными исследованиями в данной сфере. Всемирно известными корпорациями являются Роскосмос или NASA. Также такие сотрудники нужны в обсерваториях и научно-исследовательских институтах. Чем выше уровень квалификации астрофизика, тем больше шансов он имеет построить блестящую карьеру.