Nowy program obozów dla młodszych

Nowy program obozów dla młodszych Akcja Lato 2014 Opracowanie (w kolejności alfabetycznej): Martyna Chruślińska Dominik Gronkiewicz Jakub Klencki Mateusz Krakowczyk Monika Matuszak Daniel Pęcak 1

Spis treści Spis treści 1. Wstęp i założenia 1.1. Manifest 2. Ramowy program obozu dla młodszych 3. Opisy zajęć 3.1. Zajęcia matematyczne, fizyczne, chemiczne, z podstaw astronomii 3.1.1 Matematyka (I, II) 3.1.2 Ruch po okręgu 3.1.3. Fizyka współczesna (I, II) 3.1.4 Podstawy mechaniki nieba 3.1.7 Pogson 3.1.6 Układy współrzędnych sferycznych 3.2. Zajęcia praktyczne (laboratoryjne, komputerowe) 3.2.1. Obróbka astrofoto Iris 3.2.2. Obróbka astrofoto Registax 3.2.3. Fotometria Iris+Excel 3.2.4. Polowe Laboratorium Fizyczne 3.3. Dzień wstępny 3.3.1. Piękno kosmosu 3.3.2. Teleskopy 3.4. Planeta Ziemia 3.4.1 Planeta Ziemia wykład główny 3.4.2. Księżyc 3.5. Słońce 2

3.5.1 Słońce wykład główny (uzupełniony obserwacjami) 3.5.2 Cykl słoneczny, pogoda kosmiczna 3.6. Układ Słoneczny 3.6.1. Układ Słoneczny wykład główny 3.7. Gwiazdy 3.8. Galaktyki i kosmologia 3.8.1. Nasza Galaktyka 3.8.2. Kosmologia 3.10. Kosmonautyka 3.10.1. Wyścig kosmiczny 3.11. Historia astronomii 3.11.1 Historia astronomii wykład główny 4. Projekty obserwacyjne 4.1. Projekty różne 4.1.1. Pomiar wysokości gór księżycowych 4.1.2. Wyznaczanie pola widzenia teleskopu 4.1.3. Obserwacje meteorów wraz z wypełnianiem raportu 4.1.4. Obserwacyjne wyznaczanie kształtu analemmy 4.1.5. Pomiar prędkości światła metodą Ole Rømera 4.2. Astrofotografia 4.2.1. Astrofotografia 4.2.2. Astrofotografia Jowisza 4.3. Heliofizyka 4.3.1. Ewolucja grupy plam lub innej struktury słonecznej 4.3.2. Całoroczne pomiary liczby Wolfa 3

4.3.3. Monitoring aktywności słonecznej na podstawie danych SDO, LMSAL 4.3.4. Pomiar współczynnika rotacji różnicowej na podstawie obrazów SDO 4.4. Astrofizyka 4.4.1. Obserwacje lornetkowe jasnej zmiennej, krzywa jasności 4.4.2. Fotometria/obserwacje cefeidy, wyznaczenie odległości 4.4.3. Fotometria/obserwacje układu zaćmieniowego, wyznacznenie wielkości fizycznych 4.4.4. Fotometria gromad gwiazd + wykres kolor kolor 4.4.5. Spektroskopia/ Pomiar i analiza linii widmowych 4.4.6. Spektroskopia/ Wyznaczenie parametrów fizycznych układu podwójnego 4.5. Ciemne niebo 4.5.1. Całoroczna ocena jasności tła nieba w miejscu zamieszkania 4.5.2. Ocena jasności tła nieba metodą fotograficzną 5. Podsumowanie 4

1. Wstęp i założenia 1.1. Manifest Ramowy plan, który znamy z naszych pierwszych obozów (2006 i wcześniej) niewiele się zmienił od tego czasu. Minęło ponad siedem lat brutalnego gwałtu na podstawie programowej w szkole podstawowej, gimnazjum oraz liceum dokonywanego regularnie przez MENiS. Całe działy zostały eksterminowane raz na zawsze z podręczników i nie został po nich nawet dym. Dzieci, które przyjeżdżają na obóz nie są głupsze niż my byliśmy. To są w dalszym ciągu dzieci z wyżyn intelektualnych kraju (tak jak my). Kwiat narodu polskiej inteligencji, który nie może wynieść ze szkoły tylu informacji co kiedyś my. Zwłaszcza trudno jest konkurować uczestnikom pochodzącym z zaścianka z młodzieżą z dużych miast. Zaobserwowaliśmy, że nauczanie na obozach jest coraz mniej efektywne. Przesadzony formalizm (http://dl.getdropbox.com/u/1088961/arnold.pdf) oraz złe nawyki wyniesione ze szkół wyższych powodują, że zamiast uczyć myśleć i opisywać świat ze zrozumieniem, martwimy się zbędnym formalizmem, który ma pomagać, a nie przeszkadzać w zrozumieniu. Zapomnieliśmy dla kogo prowadzimy zajęcia i jaką wiedzą w danej chwili dysponują nasi odbiorcy. Jednocześnie kilkukrotne próby ustalania minimum programowego okazywały się niepewnymi sugestiami zmian. W związku z tym chcielibyśmy przeciwstawić poprzednim zmianom programowym konkretne zabiegi mające na celu zefektywizować nauczanie astronomii, fizyki oraz matematyki tak, aby dwa tygodnie pierwszego obozu nie szły na marne. Zdajemy sobie sprawę, że nie jesteśmy w stanie zadowolić wszystkich. Każdy program będzie generował osoby, które się nudzą oraz te, które w dalszym ciągu nic nie rozumieją, jednak mamy nadzieję, że liczbę nieszczęśliwych z tego powodu osób zminimalizujemy. Chcemy, aby plan na obóz był z góry ustalony, a osoby prowadzące zajęcia znały nawet przed obozem rozkład zajęć i były na nie przygotowane już od pierwszego dnia. Główną cechą programu będą hybrydowe zajęcia, na których nie będzie sztucznych podziałów astronomia/fizyka/matematyka, na których będą nauczane potrzebne w danym momencie rzeczy. Pamiętamy, że jako oseski byliśmy uczeni różniczkowania i całkowania na fizyce, a później podnieceni możliwościami tych narzędzi sami pragnęliśmy spełniać się w odkrywaniu formalizmu. Zaczynanie od niego powoduje zrażanie do niego i skutek przeciwny do zamierzonego. 5

2. Ramowy program obozu dla młodszych Niniejsza tabela zawiera sugerowany rozkład materiału podczas pierwszych dni obozu dla nowego naboru. Dokładne opisy zajęć znajdują się w punkcie 3. Każdego dnia odbywają się następujące grupy zajęć: 1. Wykład główny o tytule takim samym, jak nazwa dnia (np. Gwiazdy) 2. Wykłady/ćwiczenia/zajęcia tematyczne wykłady astronomiczne powiązane tematycznie z wykładem głównym, służące do wypełnienia pozostałej części dnia (np. Gromady gwiazd lub Laboratorium Fotometrii). 3. Wykłady ogólne inne wykłady pomocnicze (matematyczne, fizyczne) potrzebne do realizacji materiału (logarytmy, trygonometria, mechanika nieba, Pogson) Tworząc plan zajęć na dany dzień należy umieścić w nim obligatoryjnie wykład główny i jedne zajęcia pomocniczne (najlepiej zalecane). Układanie planu przed obozem zaleca się zorganizować podobnie, jak zapisy na opiekę nad referatami tzn. wykładowcy dopisują swoje nazwiska przy wypisanych tematach z poniższej tabeli (wykłady obligatoryjne pogrubić). Jeżeli któreś wykłady obligatoryjne nie są zapełnione, układający plan przydziela taki temat odgórnie, informując o tym wykładowcę (zaleca się szczególnie przydzielać młodej kadrze, uwzględniając zainteresowania i umiejętności wykładowcy oraz liczbę zajęć, które prowadzi, dążąc do równomiernego rozkładu). Jeśli brak jest właściwego wykładowcy w ocenie układającego plan należy realizować inne podane zajęcia (nie dotyczy wykładu głównego). Czcionką pogrubioną wypisane są zajęcia wysoce zalecane do przeprowadzenia do danego dnia (obowiązkowe). Pozostałe zajęcia są realizowane, jeżeli braki kadrowe lub inne poważne okoliczności nie pozwalają na realizację zajęć zalecanych. Jeżeli zajęcia posiadają zalecaną określaną formę, jest ona określana przez literę w nawiasie: W wykład, Ć ćwiczenia, K komputery, O obserwacje. Jest również określony punkt, w którym znajduje się opis do danych zajęć w części Opisy zajęć Na przykład: Mechanika Nieba (Ć, 3.2.4). Dzień nr Wykład główny (temat dnia) Zajęcia tematyczne (pomocnicze) Zajęcia uzupełniające (ogólne) 1 (pn) (dzień wstępny) (3.3) Piękno kosmosu (3.3.1) Teleskopy (3.3.2) 2 (wt) Ziemia i Księżyc (3.4) Księżyc (3.4.2) Meteorologia Matematyka I (3.1.1) Ruch po okręgu (3.1.2) 3 (śr) Słońce (3.5) Cykl słoneczny i pogoda kosmiczna (3.5.2) Heliosejsmologia (3.5.3) Fizyka współczesna I (3.1.3) Matematyka II (3.1.1) 6

Amatorskie obserwacje Słońca (3.5.4) 4 (czw) Układ Słoneczny (3.6) Planety karłowate i kosmiczny gruz Słynne komety Obserwacje ciał US Problem życia w US Fizyka współczesna II (3.1.3) Mechanika Niebapodstawy (3.1.4) 5 (pt) Gwiazdy (3.7) Gromady gwiazd Gwiazdy zmienne Spektroskopia i Fotometria Planety pozasłoneczne Gwiezdne żłobki i cmentarzyska Czarne dziury Pogson (3.1.5) 6 (sob) Wyścig kosmiczny (3.10) Czemu latamy w kosmos? Podbój układu słonecznego Sondy międzyplanetarne (sobotnie bimbanie) 7 (pn) Nasza Galaktyka (3.8) Kosmologia (3.8.2) Grupa Lokalna (można również przeprowadzić dowolny wykład z rubryki Gwiazdy ) Układy współrzędnych sferycznych (3.1.6) 8 (wt) (dzień zajęć wybieralnych mogą się również odbywać dowolne zajęcia z wcześniejszych dni) Obróbka astrofoto (3.2.1) Pracownia fotometrii (3.2.3) Równanie kwadratowe Polowe Laboratorium Fizyki (3.2.4) 9 (śr) Planetarium Chorzów Planetarium Chorzów Planetarium Chorzów 10 (czw) Historia Astronomii (3.11) Słynni Astronomowie (3.11.3) Instrumenty astronomiczne (3.11.2) [dzień po chrzcie, zajęcia poranne dowolne) 11 (pt) Olimpiada astronomiczna (3.12) Jak robić referaty? (dowolne zajęcia) 7

3. Opisy zajęć 3.1. Zajęcia matematyczne, fizyczne, chemiczne, z podstaw astronomii 3.1.1 Matematyka (I, II) Jest to kompaktowy kurs mający wprowadzić najważniejsze narzędzia matematyczne potrzebne na innych wykładach. Dwie ćwiartki zajęciowe powinny odbyć się w małych grupach (kilkuosobowych), a tematy powinny być przedstawiane w sposób prosty, bez dowodów i złożonych własności, powinno się za to pojawić wiele przykładów obliczeniowych (również na kalkulatorach). Należy wprowadzić i przećwiczyć następujące zagadnienia: 1. Wektory 2. Funkcja liniowa 3. Trygonometria 4. Logarytmy 3.1.2 Ruch po okręgu Zajęcia w formie wykładu z elementami ćwiczeń, mają na celu przypomnienie praw ruchu po okręgu i wprowadzenie elementów kinematyki i dynamiki bryły sztywnej, potrzebnych do zrozumienia treści zawartych w późniejszych zajęciach z mechaniki nieba i fizyki. Opierając się na ubiegłorocznych (2013) doświadczeniach, można uznać, że młodzież kończąca dziś gimnazjum wymaga takiego właśnie wstępu. Powtórka ruchu prostoliniowego. Prędkość w ruchu po okręgu. Definicja prędkości kątowej. Siła dośrodkowa a odśrodkowa (warto napomnieć iż druga jest pozorna). Porównanie wielkości fizycznych w ruchu postępowym i obrotowym (prędkość liniowa > prędkość kątowa, itp.) zwracając szczególną uwagę na wielkości niezbędne do elementarnego zrozumienia ruchu orbitalnego. 3.1.3. Fizyka współczesna (I, II) Wykład obejmujący powtórkę elementów fizyki współczesnej omawianych w gimnazjum, i wprowadzenie (opisowe) kilku nowych zjawisk, które często będą pojawiać się na wykładach (w szczególności tych o Słońcu, gwiazdach i mgławicach), a więc: prędkość, siła, pęd, energia, praca, moc, budowa atomu, pierwiastki i układ okresowy, liczba atomowa, mol, powłoki elektronowe atomu, elektrony walencyjne, jony, stan wzbudzony atomu, poziom energetyczny elektronu, foton, energia fotonu, długość fali, widmo, linie emisyjne, linie absorbcyjne, promieniowanie CDC, właściwości gazów: ciśnienie, temperatura, gęstość, równanie stanu chemia jądrowa przemiany jądrowe (prześledzenie kilku cykli, E=mc2 różnica mas produktów i substratów), cykl p p I 8

3.1.4 Podstawy mechaniki nieba Zajęcia w formie wykładu z elementami ćwiczeń. Siła grawitacji, energia potencjalna w polu centralnym (bez wyprowadzenia), natężenie pola. Siła grawitacji siłą odśrodkową. Prędkości kosmiczne. I prędkość kosmiczna jako prędkość ruchu po orbicie kołowej o wysokości r. Prawa Keplera: Orbity są krzywymi stożkowymi. Perycentrum i apocentrum. Prędkość polowa (moment pędu) jest stały. Wzór na pole elipsy. Postać Keplera (a^3/t^2=const) i uogólnienie. Zadania dotyczące ruchu ciał układu planetarnego. 3.1.7 Pogson Wykład klasyczny z elementami ćwiczeń mający na celu umożliwić orientację w jasnościach obiektów astronomicznych. Logarytm jako funkcja odwrotna do wykładniczej. Własności logarytmów (dodawanie, odejmowanie, zamiana podstaw). Ćwiczenia. Jasność w rozumieniu Hipparchosa magnitudo. Definicja opisowa. Jasność obserwowalna i jasność absolutna. Wzór na zamianę. Wprowadzenie natężenia promieniowania. Prawo Pogsona. Przykładowe jasności obiektów. Problem określania jasności ciał rozciągłych (konieczne do użycia atlasów nieba). 3.1.6 Układy współrzędnych sferycznych Wykład z użyciem tablicy, mający na celu wprowadzenie problemu orientacji na sferze i ukazanie możliwości oferowanych przez układy współrzędnych. Zalecana dydaktyka problemu to odnoszenie wszystkich układów do układu geograficznego (równoleżników i południków) w tym podawanie trzech determinujących własności: odpowiednik ziemskiej szerokości, odpowiednik ziemskiej długości, odpowiednik punktu zerowego (Greenwich). Pojęcia: horyzont, zenit, nadir, biegun, południk lokalny, ekliptyka, równik Układ azymutalny (azymut, wysokość, punkty kardynalne południa i północy) Układ równikowy godzinny (kąt godzinny, deklinacja, południk lokalny) Układ równikowy równonocny (rektascensja, deklinacja, punkt barana) Zdecydowanie odradzane jest podawanie dokładnych definicji, które są niezrozumiałe dla absolwentów gimnazjum i nie mają żadnych celów na tym poziomie nauczania. 3.2. Zajęcia praktyczne (laboratoryjne, komputerowe) Ten paragraf opisuje zajęcia praktyczne, w szczególności: zajęcia w sali komputerowej, obróbkę obrazów, redukcję danych astronomicznych. 9

3.2.1. Obróbka astrofoto Iris Kurs obejmujący podstawy astrofotografii za pomocą lustrzanki cyfrowej. 1. Fotografia nocna: długie czasy naświetlania, prowadzenie za ruchem nieba 2. Matryce: budowa i zasada działania, defekty: prąd ciemny, szum odczytu 3. Klatki kalibracyjne: dark, bias, flat, technika stackowania 4. Program Iris: obsługa linii poleceń, konfiguracja ścieżki roboczej, wczytywanie i zapis plików 5. Obróbka zdjęcia: konwersja na.pic, utworzenie master biasa, master darka, master flata, automatyczny preprocessing, rejestracja (align), stackowanie (metodą kappa sigma), post processing 3.2.2. Obróbka astrofoto Registax Zajęcia z zakresu obróbki astrofotografii obiektów jasnych (Słońce, Księżyc, planety). Fotografia takich obiektów jest zazwyczaj znacznie odmienna od obiektów DS duża jasność oraz pożądana wysoka rozdzielczość wymuszają stackowanie wielu setek krótkich ekspozycji (w postaci filmu AVI). Najlepszym narzędziem używanym przez wielu fotografów jest darmowy program Registax. 1. Zapoznanie z założeniami i techniką fotografii planetarnej; pojęcie seeingu. 2. Obsługa programu Registax na przykładzie obiektu punktowego (planeta) oraz rozciągłego (Księżyc, Słońce): wybór punktu/punktów, align, utworzenie klatki referencyjnej, optymalizacja, stack. 3. Zabawa rezultatem końcowym wyostrzaniem, poziomami, krzywą gamma, wyrównaniem kanałów. 3.2.3. Fotometria Iris+Excel Zajęcia polegają na fotometrycznym pomiarze jasności V gwiazdy zmiennej. Uczestnicy otrzymują wstępnie zredukowany obraz (po odjęciu klatek kalibracyjnych, zestackowany). W czasie zajęć każdy uczestnik: Zapoznaje się z wyglądem map AAVSO dla danej zmiennej, wybiera gwiazdy porównania znajdujące się w polu widzenia matrycy Odseparowanie kanału G z otrzymanego obrazka.pic. Poznaje narzędzie Aperture photometry Irisa i odczytuje jasności instrumentalne gwiazdy zmiennej, kontrolnej i gwiazd porównania Zapoznaje się z arkuszem kalibracyjnym Citizen Sky Odczytuje jasności V i wskaźniki koloru B V z katalogu Korzystając z arkusza, oblicza skalibrowaną jasność V gwiazdy zmiennej 3.2.4. Polowe Laboratorium Fizyczne Prowadzone od kilku lat i cieszące się dużym zainteresowaniem zajęcia stanowią wprowadzenie do wykonywania doświadczeń fizycznych tematu zupełnie pomijanego w szkołach. Na zajęciach uczestnicy zapoznają się z teorią, przeprowadzają proste eksperymenty z zakresu mechaniki (uproszczone 10

doświadczenia z Olimpiady Fizycznej) mierząc proste wielkości (długość, czas), a następnie opracowują sprawozdanie z doświadczenia. Plan zajęć jest następujący: 1. Praktyczne wprowadzenie do rachunku błędów czym jest błąd (rysunek rozkładu Gaussa, odchylenie standardowe i reguła 70%, zapis błędu i zasady zaokrąglania cyfr), rodzaje błędów (przypadkowy, systematyczny, gruby), błąd wielkości prostej (dokładność podziałki przyrządu, odchylenie standardowe średniej, współczynniki Studenta Fischera dla alfa=0.7), błąd wielkości złożonej (rózniczka logarytmiczna bez zupełnej, błąd sumy i różnicy) 2. Przydział doświadczeń arkuszy oraz układów doświadczalnych (do pobrania ze strony Almukantaratu) 3. Pomiary wykonywane przez uczestników uzupełnianie arkuszy na bieżąco 4. Rachunek błędów zmierzonych wielkości 3.3. Dzień wstępny 3.3.1. Piękno kosmosu Wykład ogólny w formie prezentacji multimedialnych, prezentujący wiele obiektów nieba nocnego na kolorowych fotografiach. Szybki przelot przez kosmos, bez wchodzenia w szczegóły naukowe. Wykłady takie przeprowadzono na spotkaniach w roku 2013 i spotkały się z dużym zainteresowaniem uczestników. 3.3.2. Teleskopy Zajęcia mają na celu przedstawienie podstawowych zasad pracy z instrumentami dostępnymi na obozie. Rozłożony powinien być co najmniej 1 teleskop z każdego typu (montaż Dobsona, montaż paralaktyczny, teleskop Newtona, refraktor, teleskop słoneczny). Jeśli jest to możliwe (jest wystarczająco dużo prowadzących) zalecane jest by pokazać wszystkie dostępne teleskopy. Prowadzący przedstawia budowę teleskopu, zasadę działania i sprzęt dodatkowy. Prezentuje zasady pracy z optyką: zakaz dotykania szkieł i luster, zakaz zmiany stanu pokręteł o nieznanym przeznaczeniu oraz poucza grupę o nakazie zgłaszania wszelkich zastanych i spowodowanych uszkodzeń sprzętu dostępnego. Zaleca się przedstawienie obrotowej mapy nieba oraz atlasu. Duży nacisk zostaje postawiony na bezpieczeństwo obserwacji słonecznych: niezbędne zabiegi służące zachowaniu bezpieczeństwa, fakty i mity na temat obserwacji słonecznych, a także najczęstsze wpadki (obserwacje przez dyskietkę, metoda projekcyjna, zapominanie o szukaczu). Prowadzący prezentuje Ligę Obserwacyjną i tłumaczy jej zasady. Następnie następuje rotacja grup, po której ponownie tłumaczona jest budowa innego typu instrumentu. Pozostały czas przeznacza się na ćwiczenia dowolne ze sprzętem dla uczestników (np. kolimacja szukacza). 11

3.4. Planeta Ziemia 3.4.1 Planeta Ziemia wykład główny Wykład w formie prezentacji multimedialnej ukazuje podstawowe dane astronomiczne o naszej planecie, ruchy Ziemi: roczny, dobowy i precesyjny, z zaprezentowaniem następstw. Tłumaczy zjawiska atmosferyczne. Prowadzący przedstawia jednostki czasu oparte na ruchu Ziemi: Rok gwiazdowy, zwrotnikowy; doba słoneczna, gwiazdowa, zwrotnikowa. 3.4.2. Księżyc Wykład w formie prezentacji multimedialnej. Przedstawienie historii powstania Księżyca (teoria zderzenia (aktualnie obowiązująca), przechwytu, Księżyc jako produkt szybkiej rotacji). Wielkie bombardowanie i wulkanizm księżycowy. Powstanie mórz. Formy krajobrazu księżycowego: morza, bagna, wyżyny, kratery uderzeniowe, szczeliny. Wpływ Księżyca na Ziemię: (pływy, obrót synchroniczny). Obserwacje Księżyca (mechanizm faz, libracja, zmiana rozmiarów kątowych). Zaćmienia Słońca i Księżyca: wyszczególnienie typów wraz z jakościowym opisem warunków zajścia zjawiska. Jednostki czasu oparte na ruchu Księżyca: miesiąc synodyczny, syderyczny, smoczy, anomalistyczny. Przyszłość Księżyca. Inne obiekty quasiksiężycowe: Księżyce Kordylewskiego, obiekty koorbitalne, obiekty tymczasowo przechwycone. 3.5. Słońce 3.5.1 Słońce wykład główny (uzupełniony obserwacjami) Przedstawienie budowy Słońca, ze zwróceniem uwagi na zmianę sposobu transportu energii w różnych warstwach, krótka charakterystyka jądra, warstwy promienistej i konwektywnej, warstw atmosfery Słońca (fotosfera, chromosfera, korona), zauważenie inwersji temperatur i zwrócenie uwagi na brak ścisłej granicy między poszczególnymi warstwami. Przejście do charakterystyki struktur słonecznych widocznych w atmosferze, począwszy od fotosfery i poruszając się coraz wyżej (zwrócenie uwagi na zmianę sposobu prowadzenia obserwacji przy przemieszczaniu się coraz wyżej; od wizualnych, przez kolejne zakresy charakterystyczne dla danej warstwy i temperatury). Powiązanie struktur występujących w dolnych partiach atmosfery ze strukturami umieszczonymi wyżej nakładanie się struktur w obrębie obszarów aktywnych. Omówione struktury : plamy słoneczne, granulacja, pociemnienie brzegowe, pochodnie fotosferyczne, protuberancje, rozbłyski, supergranulacja, spikule, siatka wapniowa, pojaśnienie brzegowe, *koronalne dziury, *pas streamerów 3.5.2 Cykl słoneczny, pogoda kosmiczna 1. Przedstawienie głównego powodu naszego zainteresowania aktywnością słoneczną i przyczyny powstania, stosunkowo niedawno, pojęcia pogody kosmicznej : przede wszystkim rozwój elektroniki i początek ery eksploracji kosmosu, pociągające za sobą wysyłanie satelitów na orbity Ziemi i innych ciał US, a także misje kosmiczne z udziałem astronautów wszystko narażone na negatywne skutki po spotkaniu z energetycznymi cząstkami i promieniowaniem związanym ze wzmożoną aktywnością 12

słoneczną. Próba zdefiniowania pogody kosmicznej przez analogię do pogody ziemskiej, czynniki wchodzące w jej skład (przede wszystkim aktywność słoneczna, promieniowanie pochodzenia kosmicznego, kosmiczny gruz, aktywność rojów meteorów). 2. Aktywność słoneczna jako wszelkie gwałtowne zjawiska zachodzące w atmosferze Słońca. Pytanie czy w ogóle jesteśmy w stanie ją przewidywać? Nie jesteśmy zupełnie bez szans, istnieje bowiem pewna cykliczność w zmianach aktywności gwiazdy. Omówienie cyklu słonecznego od strony obserwacyjnej poprzez podanie widocznych oznak (wskaźników) wzrostu i spadku aktywności Słońca (odkrycie cyklu przez Schwabego na podstawie obserwacji plam słonecznych, wykres motylkowy Carringtona). Liczba plamowa. /Skupiłabym się na pierwszym obozie na omówieniu cyklu takiego, jakim go obserwujemy, bez wchodzenia w teorię dynama to na późniejszych obozach/. Zauważenie, że wszelkie przejawy słonecznej aktywności podlegają cyklowi około 11 letniemu. Kilka słów o zaburzeniach cyki, które poddają w wątpliwość nasze umiejętności przewidywania pogody kosmicznej Grand Minima na przykładzie Minimum Maundera, Grand Maxima, np. okres po 1940, zauważenie wyraźnego i nieprzewidzianego globalnego spadku aktywności Słońca w czasie spóźnionego obecnego cyklu. 3. Najważniejsze czynniki wpływające na warunki w przestrzeni kosmicznej, tj. kształtujące pogodę kosmiczną. Omówienie wiatru słonecznego, podział na składniki szybki i wolny. Rozbłyski na Słońcu, wiatr słoneczny i ochronna rola magnetosfery ziemskiej (brak takowej na Marsie), zorze polarne (omówienie mechanizmu świecenia i koloru), indukowanie prądu w liniach energetycznych. Bezpieczeństwo astronautów w kontekście zwiększonego promieniowania i energetycznych cząstek. 3.6. Układ Słoneczny 3.6.1. Układ Słoneczny wykład główny Wykład w formie prezentacji multimedialnej. Omówienie powstania układu słonecznego z obłoku pyłowo gazowego. Proces formowania się planetozymali. Położenie układu w Galaktyce. Przedstawienie podziału obiektów układu na typy. Omówienie poszczególnych planet (dla każdej podanie podstawowych danych fizycznych i astronomicznych (rozmiary liniowe, okres rotacji, okres obiegu, wielka półoś orbity, warunki termiczne, warunki obserwacyjne z Ziemi): a) Merkury: rotacja synchroniczna, problem nieproporcjonalnego jądra, ruch precesyjny peryhelium. b) Wenus: warunki atmosferyczne, efekt cieplarniany, rotacja wsteczna i następstwa, fazy, c) Mars: aresologia (formy krajobrazu, warunki atmosferyczne, problem wody, regolit marsjański, hipotezy o życiu na Marsie, czapy polarne wraz z ich dynamiką. Fobos i Deimos: teorie powstania, zaćmienia w układzie i widoczność satelitów z planety. d) Jowisz: atmosfera i jej dynamika (wielka czerwona plama, wielki biały owal, pasy), magnetosfera, spłaszczenie biegunowe, wpływ na mniejsze ciała układu, budowa wewnętrzna, pierścienie. Księżyce galileuszowe, hipotezy o życiu na księżycach lodowych, rezonanse w układzie, pływy i wulkanizm na Io. 13

e) Saturn: atmosfera, budowa pierścieni planety, budowa wewnętrzna, pory roku. Księżyce Saturna: Tytan i jego atmosfera, Rhea, Japetus, Enceladus, Mimas, Dione, Hyperion, Tetys, księżyce pasterskie. f) Uran: Odkrycie Urana: Wilhelm Herchel, pierścienie, rotacja wsteczna, nachylenie osi względem płaszczyzny orbity wraz z teoriami zaistnienia, pory roku, roczne warunki oświetleniowe (anormalne położenie zwrotników i kół podbiegunowych), magnetosfera, budowa wewnętrzna lodowego olbrzyma. Główne księżyce: Titania, Oberon, Umbriel, Ariel, Miranda. g) Neptun: Przeoczenie Neptuna przez Galileusza, Odkrycie Neptuna jako wynik przewidywań astrometrycznych: La Varrier, Gale, Adams. Dynamika atmosfery, istnienie pierścieni szczątkowych, pory roku, porównanie wielkościowe i masowe z Uranem. Budowa wewnętrzna, wpływ na rubieże układu. Księżyce: Tryton (wraz z hipotezą o przechwycie ruch wsteczny), Proteusz, Nereida. Zaleca się wzbogacenie wytycznych o aktualne informacje o powyższych obiektach. 3.7. Gwiazdy Ewolucja gwiazd: pył wodorowy, zapadanie się, reakcje termojądrowe, brązowe i czerwone karły, olbrzymy, nadolbrzymy (czerwone, błękitne), gwiazdy neutronowe, pulsary, magnetary (magnes neodymowy jako rekwizyt i odniesienie do pola magnetycznego magnetara), czarne dziury, białe karły (diamentowe jądra). Porównać wielkości na grafice, wskazując największe znane gwiazdy, ale też porównać czarną dziurę czy białego karła z Ziemią lub Księżycem. Zależność wieku gwiazdy od jej masy i temperatury. Prawo Plancka świecenie ciał analogią do świecenia gwiazd temperatury od koloru (zdjęcia substancji rozgrzanych do różnych temperatur; określanie temperatury w hucie metodą porównywanie kolorów). Ścieżki ewolucji w zależności od masy. Pokazanie wyżej wymienionych fragmentów na diagramie Hertzsprunga Russela. Prześledzić kilka ciągów ewolucyjnych na tymże diagramie. Omówienie spalanych w jądrach gwiazd pierwiastków oraz różnych cykli. Układy podwójne i wielokrotne. Syriusz. Gwiazdy zmienne. Mechanizmy zmian, przedstawienie wykresów blasków. 3.8. Galaktyki i kosmologia 3.8.1. Nasza Galaktyka Historia dojścia do tego czym jest galaktyka i że się w niej znajdujemy. Typy galaktyk, odniesienie się do budowy naszej. Przykład Andromedy jako podobnej galaktyki. Struktura: ramiona, poprzeczka, jądro (masywna czarna dziura), pył międzygwiazdowy. Zdjęcia Drogi Mlecznej, porównanie fragmentów na niebie z odpowiednimi strukturami galaktyki. Umieszczenie wewnątrz niej obiektów np. katalogu Messiera. 14

3.8.2. Kosmologia Wykład z prezentacją multimedialną, dużą liczbą zdjęć i diagramów, a nielicznymi wzorami. Objaśnienie czym jest kosmologia i jaki jest zakres zainteresowań tej dziedziny wiedzy. Potencjalna wstawka o różnych kosmologicznych wierzeniach i pomysłach na powstanie świata. Zwrócenie uwagi na zasadnicze różnice w badaniach obiektów położonych w odległościach kosmologicznych względem wcześniej omówionych działów astronomii. Związek: im dalej położony obiekt, tym starsze obserwowane światło galaktyki (gromady galaktyk) i supernowe podstawowymi obiektami, które możemy obserwować w odległościach kosmologicznych. Przypomnienie czym jest spektroskopia i przejście przy tym do odkrycia poczerwienienia i ucieczki galaktyk przez Hubble a. Diagram Hubble a i prawo Hubble a, z ewentualnym wyśmianiem dopasowania prostej dla pierwszego historycznie diagramu. Wnioskowanie o tym, że kiedyś wszystko było w jednym punkcie pomysł Wielkiego Wybuchu postulowany przez Lemaitre a (warto zwrócić uwagę, że fakt bycia księdzem nie ułatwiał mu przekonywania innych do swojej idei). Kłótnie ze zwolennikami modelu Wszechświata stacjonarnego (Fred Hoyle + stworzenie przez niego terminu Big Bang). Wyjaśnienie proporcji hel wodór zaproponowane przez Alpher a i Gamow a (słynna praca Alpha Beta Gama, żartobliwe dodanie Bethe do autorów). Przewidzenie istnienia promieniowania reliktowego i przypadkowe odkrycie go przez Penziasa i Wilsona (fun fact: początkowo sądzili, że wykryte szumy są związane z gołębiami latającymi nad radioteleskopami i pozostałymi po nich pamiątkami) ostateczny triumf teorii Wielkiego Wybuchu nad teoriami Wszechświata stacjonarnego. Satelity COBE, WMAP, Planck. 3.10. Kosmonautyka 3.10.1. Wyścig kosmiczny Zamiast tego wykładu można przygotować dowolny duży wykład na temat historii kosmonautyki, lub jedną z propozycji jako wykłady pomocnicze, pamiętając, że 2 ćwiartki muszą być zajęte przez wykłady kosmonautyczne. Wykład w formie przentacji multimedialnej opowiada historię najintensywniejszego okresu w podboju kosmosu tj. 1945 1975, od końca II wojny światowej do lotu Sojuz Apollo. Przedstawia się wojenną historię badań kosmonautycznych i przygotowania do pierwszych wystrzeleń w latach 50. Pierwsze satelity po obu stronach żelaznej kurtyny. Pierwsze loty załogowe: Wostok i Mercury, programy rozwojowe Woschod oraz Gemini. Szeroko omówiony program Apollo, oraz informacje na temat rosyjskich prób oraz pierwszych lotów Sojuz. Wykład kończy się na wspólnej misji w 1975 r. 3.11. Historia astronomii 3.11.1 Historia astronomii wykład główny Kamienne kręgi, archeoastronomia, Babilon, Egipt, Grecja, Arabia, Chiny osiągnięcia. Era obserwacji nieteleskopowych. System helio, geo, helio centryczny (Kopernik). Luneta i Teleskop jako punkt zwrotny w historii. Wielcy obserwatorzy. Pierwsze obserwacje fotograficzne. Mikrofalowe 15

promieniowanie tła, początki obserwacji w innych pasmach. Promieniowanie kosmiczne. Odkrycia planet pozasłonecznych. Współczesność. 3.11.2. Zamierzchłe przyrządy astronomiczne Omówienie używanych przyrządów astronomicznych. Znaczenie i użycie: gnomon, astrolabium, triquetrum, planetarium, tellurium, torquetum, laska jakuba, oktant, sektant, kwadrant. Jeśli to możliwe: pokazanie ilustracji i/lub modeli. 3.11.3. Słynni astronomowie Kopernik, Heweliusz, Kepler, Brahe, Galileusz, Arystarch, Ptolemeusz, Newton, Leavit, Wolszczan, Chandrasekhar, Einstein, Hubble. Anegdotki, ciekawostki, osiągnięcia wkład w astronomię, niezbyt dużo dat, lepiej powiedzieć w jakich realiach żył (były wtedy komputery, maszyny parowe, druk etc.). Dobrym urozmaiceniem jest wykorzystanie opracowań A. K. Wróblewskiego Uczeni w anegdocie. 4. Projekty obserwacyjne W tej części opisane są projekty obserwacyjne, które mogą być zrealizowane w trakcie trwania obozu (tzn. zebranie i obróbka danych). Część projektów może być zaadaptowana w ramach programu Projekty naukowe Almukantarat. Ponieważ zazwyczaj w czasie obozu jest ograniczona liczba nocy obserwacyjnych (zbyt mała w stosunku do ilości chętnych), niniejsze projekty są realizowane grupowo: data acquision odbywa się razem z prowadzącym, zaś późniejsza obróbka odbywa się na specjalnie zorganizowanych zajęciach (np. w czasie wolnym) z prowadzącym. W tej części opisane są również projekty obserwacyjne, które mogą być realizowane w ramach akcji Projekty naukowe Almukantarat. W szczególności, przyjęcie niektórych teleskopów w ramach akcji Przygarnij teleskop wiąże się z obowiązkiem realizacji wybranego projektu. Niektóre projekty mogą być skrócone do formy zajęć w pracowni komputerowej dane są dostarczane uczestnikom. 4.1. Projekty różne 4.1.1. Pomiar wysokości gór księżycowych Dokładna instrukcja znajduje się w: Branicki Andrzej Obserwacje i pomiary astronomiczne, wydawnictwo UW 16

4.1.2. Wyznaczanie pola widzenia teleskopu Prosty projekt pomiaru rzeczywistego pola widzenia teleskopu (TFOV) wykorzystując ruch obrotowy Ziemi. Przebieg eksperymentu: 1. Wybór kilku gwiazd o znanych deklinacjach i wyznaczenie ich prędkości kątowych (chwilowych) ruchu pozornego po niebie. 2. Pomiar ze stoperem czasu pomiędzy pojawieniem się gwiazdy w polu widzenia i jego opuszczeniem (gwiazda powinna podróżować przez średnicę), kilkukrotnie dla każdej gwiazdy. 3. Analiza danych i wyznaczenie niepewności pomiarowych; porównanie z wielkością obliczoną na podstawie danych technicznych podanych przez producenta. 4.1.3. Obserwacje meteorów wraz z wypełnianiem raportu (materiały PKiM http://www.pkim.org/?q=pl/node/421) 4.1.4. Obserwacyjne wyznaczanie kształtu analemmy 4.1.5. Pomiar prędkości światła metodą Ole Rømera Projekt mający na celu powtórzenie osiągnięcia duńskiego XVII wiecznego uczonego, który na podstawie obserwacji zaćmień Io wyznaczył prędkość światła. Uczestnik obserwuje Jowisza w dwóch seriach: około 3 4 miesiące przed lub po opozycji i podczas opozycji. Jeśli obserwacje mają miejsce przed opozycją rejestruje się moment wejścia Io w cień Jowisza, jeżeli po, obserwuje się wyjście księżyca z cienia. Uczestnik wyznacza czas zajścia zjawiska, z dostatecznie dużą dokładnością i znając odległości od Jowisza podczas dwóch dowolnych zaćmień wyznacza c. Potrzeby sprzęt: luneta lub mały teleskop, zegarek. Zalecane: lustrzanka cyfrowa lub astrokamera. 4.2. Astrofotografia 4.2.1. Astrofotografia Jest to projekt ogólny, obejmujący całoroczną naukę astrofotografii przez osobę, która otrzymała (lub posiada własny) sprzęt astrofotograficzny. Projekt obejmuje m.in.: podstawy teoretyczne astrofotografii wskazówki dotyczące obsługi sprzętu obróbkę danych w programie Iris (na materiałach własnych i dostarczonych) obróbkę obrazu w programie Photoshop lub kalibrację danych fotometrycznych Jest to projekt obowiązkowy dla osób, które otrzymały klubowy sprzęt astrofotograficzny. W pozostałych przypadkach, wymagania sprzętowe są następujące: 17

lustrzanka cyfrowa z obiektywem montaż paralaktyczny z prowadzeniem elementy umożliwiające połączenie lustrzanki z montażem 4.2.2. Astrofotografia Jowisza Projekt omawiający zagadnienia fotografii obiektów jasnych (naszego Układu Słonecznego): Słońca oraz jasnych planet. Projekt obejmuje m.in.: wprowadzenie teoretyczne; w przypadku Słońca pouczenie o bezpieczeństwie zapoznanie z techniką prowadzenia obserwacji kamerą obróbkę obrazu za pomocą programu Registax W zależności od obserwowanego obiektu (Słońce, Jowisz, Wenus), co jest podyktowane posiadanym sprzętem i sezonem obserwacyjnym, cele naukowe projektu mogą być następujące: Słońce: ewolucja grupy plam (animacja poklatkowa), odniesienie do teorii i wnioski Jowisz: animacja rotacji, wyznaczenie parametrów fizycznych (orbit księżyców) Wenus: zestawienie faz, oszacowanie zmian odległości Warunki sprzętowe, wymagane do realizacji projektu są następujące: teleskop o długiej ogniskowej montaż paralaktyczny (najlepiej z prowadzeniem) kamera internetowa lub planetarna 4.3. Heliofizyka 4.3.1. Ewolucja grupy plam lub innej struktury słonecznej 4.3.2. Całoroczne pomiary liczby Wolfa 4.3.3. Monitoring aktywności słonecznej na podstawie danych SDO, LMSAL Projekt polega na monitoringu aktywności słonecznej w wybranym miesiącu na podstawie różnych źródeł (obrazy SDO, wykresy strumieni GOES). Rezultatem projektu jest krótki referat przedstawiający najaktywniejsze obszary oraz najsilniejsze zjawiska w obrębie tego miesiąca. Najważniejsze założenia projektu: Wiedza: cykl aktywności słonecznej, zjawiska słoneczne Sposoby pomiaru aktywności, spektroheliogramy Źródła danych słonecznych w internecie; program JHelioViewer 18

4.3.4. Pomiar współczynnika rotacji różnicowej na podstawie obrazów SDO Projekt polega na pomiarze współczynnika rotacji różnicowej Słońca, wykorzystując archiwalne dane SDO w świetle widzialnym (450nm). Obrazy SDO są dobre, ponieważ jest dostęp do danych archiwalnych, a obrazy są zawsze obrócone zgodnie z osią obrotu Słońca. Rotacja różnicowa jest określona równaniem w(fi) = A Bsin^2(fi) /Carrington/ lub w(fi) = A Bsin^2(fi) Csin^4(fi) /Maunder/. Wykonując pewną liczbę pomiarów, można obliczyć współczynniki A,B,C z dopasowania, odpowiednio, prostej lub wielomianu kwadratowego. Założenia i cele projektu: Wiedza na temat Słońca, historia badań słonecznych Wykorzystanie internetowych źródeł danych słonecznych Regresja liniowa i kwadratowa z użyciem MS Excel Podstawy rachunku błędów 4.4. Astrofizyka 4.4.1. Obserwacje lornetkowe jasnej zmiennej, krzywa jasności Projekt polega na obserwacjach jasnej gwiazdy zmiennej o dużych wahaniach jasności i długim okresie (cefeidy, mirydy, niektórych zaćmieniowych) za pomocą lornetki lub teleskopu. Ocena jasności odbywa się wizualnie, za pomocą tradycyjnych metod (Argelandera, NBA, Pickeringa). Cele projektu są następujące: nabycie wiedzy o różnych charakterach zmienności gwiazd, samodzielny wybór celu obserwacji i wygenerowanie mapek z serwisu AAVSO, utworzenie krzywej jasności, wyznaczenie okresu pulsacji, utworzenie prezentacji podsumowującej wyniki, przesłanie wyników do AAVSO. 4.4.2. Fotometria/obserwacje cefeidy, wyznaczenie odległości Projekt polega na obserwacji fotometrycznej cefeidy, a następnie wyznaczeniu okresu zmian jasności. Cefeidy są gwiazdami dla których zachodzi ścisła zależność między okresem zmian jasności a jasnością absolutną, dlatego wykorzystując wiedzę z obozu uczestnik będzie mógł wyznaczyć odległość do cefeidy i poznać jedną z metod wyznaczania odległości w astronomii. Cele projektu: nabycie wiedzy o cefeidach, ich rodzajach i własnościach zdobycie wiedzy o astrofotografii i podstawach fotometrii zrozumienie w jaki sposób można wyznaczać odległości w astronomii wykorzystanie pojęć: jasność widoma i absolutna w praktyce 4.4.3. Fotometria/obserwacje układu zaćmieniowego, wyznacznenie wielkości fizycznych 4.4.4. Fotometria gromad gwiazd + wykres kolor kolor 19

Projekt polega na obserwacjach fotometrycznych bliskiej gromady gwiazd i ocenieniu, które gwiazdy należą do gromady, a które są dalej od Ziemi niż gromada. Cele projektu: nabycie wiedzy o podstawach astrofotografii i fotometrii zdobycie wiedzy o gromadach i ich rodzajach utworzenie wykresu kolor kolor i ocena, które gwiazdy należą do gromady wykorzystanie wiedzy teoretycznej nabytej podczas obozu w praktyce W razie braku warunków do przeprowadzenia obserwacji, można użyć gotowych zestawów danych, które pozwolą przekazać większość potrzebnej wiedzy. 4.4.5. Spektroskopia/ Pomiar i analiza linii widmowych Projekt polega na wykonaniu (?) /lub analizie gotowych/ obserwacji spektroskopowych gwiazdy i określeniu (nie dokładnie, ale z grubsza) składu atmosfery gwiazdowej. Projekt obejmuje: wstęp teoretyczny o tym, czym jest spektroskopia i o jej znaczeniu w astronomii wstęp teoretyczny o liniach widmowych Cele projektu: obróbka danych obserwacyjnych odczytywanie danych z wykresu praca z katalogami danych 4.4.6. Spektroskopia/ Wyznaczenie parametrów fizycznych układu podwójnego 4.5. Ciemne niebo 4.5.1. Całoroczna ocena jasności tła nieba w miejscu zamieszkania 4.5.2. Ocena jasności tła nieba metodą fotograficzną (na podstawie instrukcji IA UWr I połowa 2014) 20

5. Podsumowanie Celem wprowadzenia nowej podstawy jest uporządkowanie i ujednolicenie zajęć na obozach dla młodszych w celu optymalizacji nauczania i dostosowania zajęć do zmian w polskiej szkole, która od jakiegoś czasu nie przekazuje już praktycznie żadnych treści astronomicznych. Ponieważ głównym celem obozu jest popularyzacja astronomii chcemy by nowy projekt prowadził do zarażenia większej liczby uczestnikiem bakcykem astronomii, jak również do przekazaniu im pewnych konkretnych wiadomości których nie zdobędą w szkole. 21