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.

С давних времен люди поднимали взор к звездам. Мы считали их богами и душами предков, использовали как карту или предвестника судеб. С давних времен мы стремились в небеса. Наука, пожалуй, самое сложное и самое увлекательное занятие из всех, и именно она с каждым годом все больше приближает нас к звездам. Дмитрий Якубовский, кандидат наук, работающий в Институте теоретической физики имени Боголюбова и участвующий в ряде международных проектов по астрофизике и космологии, в спецпроекте «Профориентиры» рассказал о сложностях и радостях изучения небесных тел, о перспективах украинских исследователей и о полном погружении в науку.

Кто такой астрофизик

Астрофизика – это наука на пересечении астрономии и физики. Она занимается изучением физических свойств космических объектов, наблюдаемых с помощью методов астрономии. Мы знаем из астрономии их массу, расстояние к ним, другие параметры, но что это за объекты, изучает астрофизика. И астрофизика, и физика космоса – все это часть физики, действуют те же законы физики, потому всегда можно переквалифицироваться.

Задача ученого состоит в том, чтобы открыть какие-то новые данные о природе или какую-то новую интерпретацию этих данных, что позволит нашему знанию об окружающем мире продвинуться вперед. Одним из самых важных является понятие приоритета. Совсем недавно коллаборации ATLAS и CMS, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, обнаружили возможность нового резонанса. А дальше наблюдался удивительный коллективный эффект, когда на протяжении месяца появились сотни публикаций теоретиков, объяснявшие новые наблюдения. Очень многие ринулись в эту область. Но ценность работы первооткрывателя очень важна — даже если вы опоздали всего на один день, ваш труд будет стоить меньше.

Почему выбирают науку

Я не планировал становиться ученым. В детстве у меня не было столько информации, как сейчас, в эпоху интернета. Я интересовался историей. Когда еще жил в Кривом Рогу, в 9 классе выиграл олимпиаду по физике и по истории. И мне пришлось выбирать, куда ехать дальше. Впервые задумался о научной карьере, когда был в научно-образовательном центре на 1-2 курсах физического факультета университета Шевченко. Мне нравилось создавать новые знания, а потом я уже просто выбирал, в какую сферу углубиться. Это было довольно долгое путешествие. И сейчас у меня уже есть наработки и идеи, которые, как я вижу, можно реализовать и проверить экспериментами за ближайшие 10-20 лет. Это меня мотивирует оставаться в науке и дальше.

Каким должно быть образование у астрофизика

Я начинал интересоваться научной литературой еще в детстве. В 12 лет у меня было несколько вузовских учебников, например, «Общая химия» Глинки, который я перечитывал много раз, конечно, не понимая многого. С 8 класса я занялся олимпиадами по физике. Видел, что есть задачи вне школьной программы, которые мне удавалось решать. По сути, плыл по течению. И «доплыл» до физико-математического лицея при Киевском национальном университете имени Тараса Шевченко - одной из нескольких специализированных школ, созданных в 1960-х для подготовки научной, инженерной и технической элиты. Дальше идет физический факультет университета Шевченко. Туда я поступил без экзаменов, благодаря олимпиадам. У меня была хорошая базовая подготовка, потому первые два курса было довольно скучно обучаться. В итоге с несколькими учеными из Института теоретической физики имени Боголюбова мы создали научно-образовательный центр, где студенты и школьники-старшеклассники могли изучать темы по физике, математике за пределами вузовской и школьной программ. Мой совет: главное — определиться с направлением движения. Наука не должна быть вам в тягость.

Типичный рабочий день

Рабочий день начинается с изучения того, что сделали другие ученые. Есть сайт arxiv.org, где ученые делятся результатами своих текущих научных изысканий. По астрономии, астрофизике и космологии каждый день появляется по 50-100 статей, несколько наиболее интересных из них я перечитываю «до корки». Затем я смотрю на свой график встреч и событий, а остальное время я занимаюсь наукой как таковой. Пишу статьи, обрабатываю информацию, общаюсь со своими студентами. Основная аппаратура для меня – компьютер или компьютерный кластер, где происходит обработка данных по астрофизике.

Плюсы и минусы профессии

Наука для тщеславных людей. Есть разные тщеславные люди: те, кто с творческой жилкой или гуманитарным складом идут, в искусство – это чудесная область реализации; те, кто понимают определенные научные моменты и могут ими апеллировать, идут в науку и могут много чего в ней достичь. Научная деятельность очень отличается от офисной работы. Минусом является непостоянность в работе. В мировой науке ученым до 30-35 лет, как правило, не дают постоянного места работы. Это связано с тем, что ученый должен сначала показать, на что он способен. Есть определенная конкуренция в академической среде, которую не многие выдерживают. Наука занимает много времени. Когда я концентрируюсь на науке, то практически ни о чем другом думать не могу. От этого страдают все остальные сферы жизни. Просто замечательно, когда родные и близкие понимают это. Наука — это осознанный выбор, надо понимать, на что вы идете. Это очень большое усилие над собой.

Основная издержка состоит в том, что мы смотрим на мир несколько профессионально. Наверное, это касается всех профессий. Мы часто пытаемся найти закономерности в тех системах, которые априори их не имеют. Например, физик Ландау делил женщин по красоте с помощью логарифмической системе оценивания. Мне кажется, это не корректно. К фантастическим фильмам я отношусь как к произведению искусства, но не с научной точки зрения. А вот на мир вы определенно начинаете смотреть абсолютно по-другому.

Кто лучший ученый — мужчина или женщины

Я знаю многих женщин-астрофизиков моего уровня, есть и те, кто выше моего уровня. Если же женщина мечтает о счастливой семейной жизни с кучей времени отведенной для семьи, как и мужчина, кстати, тоже, то наука этому препятствует. Мне известны много положительных примеров, когда ученые высокого класса одинаково успешны и в семейной жизни, но это скорее исключение из правил. И я бы на этом делал акцент, нежели на половой дифференциации – на отношении к семье и свободному времени.

Перспективы украинских исследователей за границей

Все зависит от человека: его уровня образования и желания работать. На Западе, как и в любой капиталистической стране, люди больше стремятся зарабатывать деньги и заниматься бизнесом. Популярность науки, в которой нужно очень много работать, не получая соизмеримого финансового результата, не на высшем уровне. Ученый там часто считается чудаком и чуть ли не общественным отщепенцем. Но наука странам Запада нужна, потому что их постиндустриальная экономика построена на высоких технологиях и инновациях. Им интересно привлекать ученых, создавать инновации и их использовать, опережая конкурентов. Большую часть этой работы выполняют «научные гастарбайтеры». Очень много людей из Китая, Индии, постсоветского пространства, Латинской Америки. Они соглашаются на те условия, которые может предложить Запад, и двигают развитие цивилизации. У Украины есть преимущество. Это связано с хорошей, цельной системой образования, оставшейся с советских времен: специализированные школы, которые дают детям достаточно высокий уровень подготовки. Технические факультеты не сильно прожжены эффектом коррупции, потому у студентов есть возможность получать неплохие знания. Хотя есть ряд вещей, которые законсервированное советское образование не может дать детям. Например, креативность, работа в команде, а ведь эти качества тоже ценятся среди ученых. Но научная подготовка важнее.

Какими качествами должен обладать будущий ученый

Вдумчивость, въедливость в проблему. Все направлено на изучение нового. Если вы просто будете педантично выполнять какие-то инструкции, то новое вы, скорее всего, не откроете. Должен быть полет фантазии, хоть и связанный с опытом. А опыт приобретается с помощью качественного образования. И, конечно же, честность: не копировать чужие работы, учитывать то, что было сделано ранее. Важны также креативность, критическое мышление, уровень подготовки и умение доводить сложный проект до конца.

Лучше начать с «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!», Ричард Ф.Фейнман. А также: книги Хокинга и Пенроуза, если вас интересуют вопросы космоса и мироздания. Они более узконаправлены. Есть множество выдающихся популизаторов от науки, я их тоже рекомендую, но Фейнман лично мне ближе и его книги более общие.

Беседовала Дария Сухоставец. Фотографии из личного архива Дмитрия Якубовского, а также Евгении Люлько для platfor.ma

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.

Астрономия представляет собой область научных знаний о развитии и строении космических тел и Вселенной в целом. У многих складывается ошибочное мнение о деятельности астронома: люди считают, что он всего лишь наблюдает за звездным небом.

Но на практике оказывается, что большую часть времени астроном проводит за анализом и сопоставлением полученных данных на основе своего наблюдения. Расскажем, как можно стать астрономом.

Цена на сверхмощный телескоп, считывающий информацию с воздушного пространства, достаточно высока, и такое оборудование есть не во всех обсерваториях. Хотя ни один современный ученый не может обойтись без телескопа, следует иметь очень хорошие навыки работы на компьютере, поскольку организация большинства исследований компьютеризирована.

Как правило, астроном изучает звездное небо лишь несколько дней, на интерпретацию же полученных данных могут уйти месяцы и даже годы. Поэтому человек, желающий получить столь редкую и необычную профессию, должен обладать и такими личностными качествами, как:

• усидчивость;
• терпеливость;
• способность монотонно работать в течение длительного времени;
• нацеленность на долгосрочный результат;
• тяга к научным знаниям и желание постоянно совершенствоваться в области астрономии.

Куда пойти учиться?

Профессию астронома можно получить в технических вузах на механико-математическом или физическом факультете. Поскольку основными предметами для изучения являются математика и физика, то пройти обучение легче абитуриенту с аналитическим складом ума. Гуманитарию осваивать такую науку будет сложнее.

Студенту, желающему стать астрономом, стоит помнить, что на получении только высшего образования его обучение не заканчивается. Так, для дальнейшей работы по профессии необходимо закончить аспирантуру, защитить кандидатскую и в дальнейшем заниматься более глубокой научной работой.

Нужна ли профессия астронома в России?

Если технические ВУЗы нашей страны и готовят специалистов, обеспечивая достойную теоретическую и практическую подготовку, то работать по специальности с материальной точки зрения может быть невыгодно. Зарплата российских астрономов может в разы отличаться от зарплаты их зарубежных коллег.

Енвд