Vsebinski program tekmovanja srednješolcev v znanju astronomije za Dominkova priznanja
Šolsko in državno tekmovanje
Vsebinski program
1. skupina (1. in 2. letnik)
Dijaki morajo poznati:
- osnove orientacije na Zemlji (smeri neba, zemljepisna širina in dolžina, vrtenje Zemlje in čas, koledar in letni časi);
- osnove orientacije po nebu in glavne točke ter kroge na nebesni krogli (nebesni poli, zenit in nadir, višina nebesnih teles, višina polov v danem opazovališču, nebesni ekvator, ekliptika, nebesni meridijan);
- dinamiko neba (kulminacija, vzid in zaid nebesnih teles);
- rabo vrtljive zvezdne karte - razbrati videz neba v določenem trenutku, odčitavanje vzhodov in zahodov nebesnih teles, kulminacija nebesnih teles, položaj Sonca in ozvezdij;
- osnovne pojme splošne astronomije (položaji planetov v prostoru – zgornja in spodnja konjunkcija, opozicija, elongacija);
- različna vesoljska telesa (planeti, kometi, asteroidi, lune, zvezde, zvezdne kopice, meglice, različni tipi galaksij);
- osnovne pojme astrofizike (zgradba planetov, Sonca, barva zvezd in njihova temperatura, magnituda);
- osnovno zgradbo optičnih teleskopov (refraktor, reflektor).
Pri računskih nalogah je potrebno poznati:
- osnove geometrije (podobni trikotniki, Pitagorov izrek, obseg in ploščina kroga);
- osnovne enačbe za enakomerno in pospešeno gibanje (pot, čas, definicija hitrosti);
- pretvarjanje osnovnih in sestavljenih fizikalnih enot za pot, čas, hitrost in pospešek;
- Newtonove zakone;
- gravitacijski zakon;
- Keplerjeve zakone;
- definicije dela in energij;
- plinske zakone;
- osnove geometrijske optike (camera obscura, preslikave predmetov z lečami, potek žarkov v daljnogledih).
2. skupina (3. in 4. letnik)
Za to skupino pridejo v poštev vsa znanja, ki so zahtevana za Mednarodno olimpijado iz astronomije in astrofizike.
Literatura
- Zbirka nalog z astronomskih tekmovanj 2009–2024 – Teorija in rešene naloge za srednje šole, Andrej Guštin, Dunja Fabjan, Vid Kavčič, Simon Bukovšek, Založba FMF, 2024;
- Astronomija, France Avsec, Marijan Prosen, DMFA, 1993;
- Zvezdni atlas (I in II del), Bojan Kambič, Cambio d.o.o, 2007;
- Ozvezdja, Bojan Kambič, Cambio d.o.o, 2007;
- vrtljiva zvezdna karta;
- Leksikon fizika, A. Guštin, A. Mohorič, J. Strnad, Cankarjeva založba, 2008;
- reviji Spika in Presek.
Mednarodna olimpijada iz astronomije in astrofizike
Splošne opombe
- Tekmovalci morajo imeti široko znanje osnovnih astronomskih pojmov in konceptov tako za reševanje teoretičnih kot praktičnih nalog.
- Za reševanje nalog je potrebno znanje vse srednješolske fizike in matematike. Naloge pa so sestavljene tako, da za njihovo rešitev ni potrebno znanje integralov, kompleksnih števil in diferencialnih enačb.
- Pri reševanju praktičnih in opazovalnih nalog je mogoča raba astronomskih programov. Tekmovalci so najmanj tri mesece pred olimpijado obveščeni o programski opremi, ki jo morajo obvladati. Izbrana programska oprema je navadno zastonjska oz. nizkocenovna, da jo lahko za potrebe priprav nabavijo v vseh državah, in deluje na različnih operacijskih sistemih (Windows / Unix / GNU-Linux / Mac).
- Naloge lahko vsebujejo koncepte in pojme, ki niso objavljeni v zahtevanih znanjih, a so v nalogah primerno razloženi, da niso oškodovani tekmovalci, ki jih pred tem niso poznali.
- Sofisticirane eksperimentalne naprave, s katerimi tekmovalci verjetno nikoli niso rokovali, ne smejo biti bistvo naloge. Če je v nalogi zahtevana uporaba takih naprav, morata biti njihovo delovanje in uporaba podrobno razložena. V takih primerih morajo tekmovalci imeti čas, da se z napravo spoznajo.
- Originalne naloge so zapisane v Mednarodnem sistemu enot (SI). Od tekmovalcev se pričakuje, da v teh enotah tudi izrazijo končni rezultat. Tekmovalci morajo tudi obvladati primerno zaokrožanje končnih rezultatov in upoštevanje merskih napak do zahtevanega decimalnega mesta.
A. Teoretični del
S črko Q označujemo tista poglavja oz. pojme, za katere je zahtevano le »kvalitativno razumevanje«. To pomeni, da za te primere ni potrebno znati enačb oz. ni potrebna uporaba enačb pri reševanju nalog.
A1. Osnove astrofizike
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Nebesna mehanika | Newtonov gravitacijski zakon, Keplerjevi zakoni za krožne in druge orbite, Rochejeva limita, težišče, problem dveh teles, Lagrangeove točke. |
| Elektromagnetno polje in kvantna fizika | Spekter elektromagnetnega valovanja, zakoni sevanja, sevanje črnega telesa. |
| Termodinamika | Termodinamično ravnovesje, idealni plin, prenos toplote. |
| Spektroskopija in atomska fizika | Absorpcija, sevanje, sipanje, spektri vesoljskih teles, Dopplerjev pojav, razcep in razširitev spektralnih črt, polarizacija. |
| Jedrska fizika | Osnovni pojmi, na primer zgradba atoma, masni defekt in vezavna energija, radioaktivnost, nevtrini (Q). |
A2. Koordinate in čas
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Nebesna krogla | Sferna trigonometrija, nebesne koordinate in njihova uporaba, ekvinokcij in solsticij, curkumpolarna nebesna telesa, Zodiak. |
| Čas | Sončev čas, siderski čas, Julijanski koledar, heliocentrični julijanski koledar, časovni pasovi, univerzalni čas, lokalni srednji čas, različne definicije leta, časovna enačba. |
A3. Osončje
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Sonce | Zgradba Sonca, aktivnosti na Soncu, vrtenje Sonca, sevanje Sonca in solarna konstanta, Sončevi nevtrini (Q), vesoljsko vreme, vloga magnetnih polj (Q), Sončev veter in tlak fotonov, heliosfera (Q), magnetosfera (Q). |
| Osončje | Sistem Zemlja-Luna, precesija, nutacija, libracija, nastanek in razvoj Osončja (Q), zgradba in telesa Osončja (Q), zgradba in orbite teles Osončja, siderske in sinodske periode, retrogradno gibanje, zunanja območja Osončja (Q). |
| Vesoljski poleti | Orbite satelitov, raziskovanje Osončja (Q), misije na planete (Q), gravitacijska frača, vesoljski observatoriji (Q). |
| Pojavi | Plimovanje, letni časi, mrki, polarni sij (Q), meteorski roji. |
A4. Zvezde
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Lastnosti zvezd | Metode meritev oddaljenosti zvezd, sevanje, izsev in magnituda, barvni indeksi in temperatura, meritve polmerov in mas zvezd, gibanje zvezd, spremenljivke vseh vrst – splošna klasifikacija in lastnosti posameznega tipa, kefeide in zveza med njihovo periodo in izsevom, fizikalni mehanizem utripanja kefeid in njim sorodnih zvezd (Q). |
| Zgradba zvezd | Ravnovesje v zvezdah, nastanek elementov v zvezdah, prenos energije v zvezdah (Q), mejni pogoji, atmosfere zvezd in njihovi spektri. |
| Življenje zvezd | Nastanek zvezd, Hertzsprung-Russellov diagram (H-R diagram), mlade zvezde na H-R diagramu, zvezde glavne veje H-R diagrama, pozne faze zvezd na H-R diagramu, supernove, planetarne meglice, končna stanja zvezd. |
A5. Zvezdni sistemi
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Dvozvezdja | Različne vrste dvozvezdji, določanje mase zvezd v dvozvezdjih, svetlobne krivulje in radialne hitrosti v prekrivalnih dvozvezdjih, Dopplerjev premik v dvozvezdjih, interakcija med zvezdama, netipična dvozvezdja. |
| Eksoplaneti | Tehnike za odkrivanje eksoplanetov. |
| Zvezdne kopice | Klasifikacija in zgradba, masa, starost, metode določanja izseva in oddaljenosti kopic. |
| Naša Galaksija | Zgradba in sestava, vrtenje, satelitske galaksije (Q). |
| Medzvezdna snov | Plin (Q), prah (Q), območja HII, sevanje pri valovni dolžini 21 cm, meglice (Q), absorpcija svetlobe v medzvezdnem prostoru, sipanje, Faradayevo vrtenje. |
| Galaksije | Klasifikacija na podlagi zgradbe galaksij, sestava in aktivnost, masa, izsev in merjenje oddaljenosti, rotacijske krivulje. |
| Mehanizem akrecije | Osnovni koncepti (krogelno simetrična akrecija in akrecija v disku) (Q), Eddingtonov izsev. |
A6. Kozmologija
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Osnove kozmologije | Širjenje vesolja in Hubblov zakon, jate galaksij, temna snov, temna energija (Q), gravitacijsko lečenje, kozmično sevanje ozadja – prasevanje, veliki pok (Q), zgradba vesolja na velikih razdaljah (Q), metode merjenja na velikih razdaljah, kozmološki rdeči premik. |
A7. Optične naprave in vesoljska tehnika
| Področje | Opombe |
|---|---|
| Astronomija v različnih območjih elektromagnetnega spektra | Opazovanja v radijskem, mikrovalovnem, infrardečem, vidnem, ultravijoličnem, rentgenske in gama območju elektromagnetnega spektra, učinki Zemljinega ozračja na elektromagnetno sevanje. |
| Optične naprave | Teleskopi in detektorji (CCD senzorji, fotometri, spektrografi), povečava, goriščna razdalja, relativna odprtina, ločljivost in svetlost slike teleskopov, geometrijski model interferometra iz dveh elementov, aperturna sinteza, adaptivna optika, fotometrija, astrometrija. |
B. Praktični del
Ta sklop je iz dveh delov: opazovalnega dela in analize podatkov. Opis zahtevanih znanj pod A je osnova vseh nalog v sklopu B.
B1. Opazovalni del
Ta del tekmovanja od tekmovalcev zahteva:
- izkušnje v opazovanju s prostimi očmi;
- uporabo zvezdnih kart in katalogov;
- uporabo koordinatnih sistemov pri opazovanju neba, ocene magnitud, ocene kotnih oddaljenosti med nebesnimi telesi;
- uporabo osnovnih astronomskih inštrumentov – teleskopov in različnih svetlobnih detektorjev. Tekmovalci za njihovo uporabo dobijo primerna navodila.
Opazovana telesa so lahko realna nebesna telesa ali simulirana v laboratoriju. V tem delu tekmovanja je možna naloga z uporabo računalniških simulaciji, za katera dobijo tekmovalci primerna navodila.
B2. Analiza podatkov
- Ta del tekmovanja od tekmovalcev zahteva obdelavo in analizo podatkov oz. meritev, ki jih dobijo pri posamezni nalogi. Tekmovalci morajo obvladati:
- ocenjevanje in računanje z napakami;
- uporabo različnih grafov – polarna in logaritemska skala, transformacijo v linearno skalo in »fitanje« podatkov;
- osnovne statistične obdelave podatkov;
- osnove običajnih eksperimentalnih tehnik za meritve fizikalnih količin, ki so omenjene v sklopu A.