Кожинин С.П.
Г. Тула, лицей № 2.

ПРОГРАММА «АСТРОФИЗИКА  В  ЗАДАЧАХ  И  УПРАЖНЕНИЯХ»  ДЛЯ  КЛАССОВ  ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО  ПРОФИЛЯ.

В Программе представлены вопросы (темы) астрофизики, которые рассматривались в задачах и упражнениях в 7-11 классах как на уроках физики (7-11кл.), так и на уроках астрономии (11кл.). Большинство задач Программы носит оценочный характер. Они способствуют развитию ясности физического мышления и ощущения масштабов физических величин и явлений, происходящих как на Земле, так и в космосе. Как правило, это «типовые» задачи и задачи глубокие, имеющие фундаментальное значение. Автор исходит из убеждения, что современное физико-математическое образование в XXI веке должно строится на «трех китах»: физика, математика, астрономия (астрофизика, космология, космомикрофизика) [1]. Программа состоит из шести разделов: первые два раздела предлагаются для 7-8кл., остальные – для 9-11кл. Реализация Программы в рамках курса физики возможна на общих  «точках интеграции» физики и астрофизики: общие объекты изучения, методы исследования, закономерности и теоретические концепции (физические идеи). Однако это условие, как видно из текста Программы, является необходимым, но явно недостаточным. Дело в том, что Программа была создана в 90-х годах и реализовалась в полной мере в период 1991-2000гг. в рамках авторских программ «Физика 7-11» (3+6+7+7+7ч. в неделю) и «Астрофизика 11» (2ч. в неделю). В настоящее время реализация этой программы на уроках физики возможна не более чем на 15%. При этом отбор материала проводится учителем «в пределах разумного» и доступного для конкретного класса.  Основная часть Программы представляется теперь как Программа Дополнительного Образования. Некоторые задачи из этой Программы решаются на основе математического анализа и в рамках авторской подпрограммы «Математический аппарат физики». Некоторые из этих задач получали свое развитие на уровне авторского проекта «Эргосфера» (Научная Работа Школьника) с выходом на Международные научно-технические конференции школьников «Старт в Науку» (МФТИ) 1999-2004 гг.
1.«Вселенная. Пространственно-временные масштабы современной физики и астрономии ( см, )». Даются предварительные сведения о Солнечной системе, планетах, звездах, галактиках, о новых планетных системах (фотографии, слайды). В задачах этого комплекса рассматривается распространение света в пространстве, движение небесных тел по круговым орбитам, вращение небесных тел  вокруг своей оси (в рамках элементарной кинематики 7 класса). 
2. «Характеристики небесных тел: масса, радиус, плотность». В задачах этого комплекса делаются оценки средней плотности объектапо его массе и радиусу . «Обратные» задачи: оценка массы объекта по его радиусу и средней плотности; оценка радиуса объекта по его массе и средней плотности.
3. «Гравитация. Движение тел в полях тяготения». Задачи этого комплекса хорошо известны (см.,например,[2,3]). Этот комплекс дополняется задачами, в которых рассматриваются следующие вопросы. 1). Новые планетные системы. 2). Приливные эффекты на Земле и в космосе. Предел Роша. 3). Теорема вириала для гравитационно-связанных систем. Вириальная (динамическая) масса галактики и скопления галактик. Проблема «скрытых масс». Энергия связи. Гравитационный дефект массы. 4). Эволюция планетной системы при потерях массы центральной звездой. 5). Силовое поле вращающегося гравитирующего шара (планеты, звезды). Зависимость ускорения свободного падения от географической широты. Условие ротационной устойчивости. 6). Равновесная форма небесных тел. Высота гор на планетах. Модель Роша для вращающихся небесных тел. Оценки предельных характеристик планет. 7). Двойные системы (двойные звезды, система «Земля-Луна», удаление Луны от Земли). 8).Гравитационный захват. Метеориты и кратеры. 9). «Черные звезды» Лапласа-Митчелла. Задача Зольднера об отклонении светового луча полем тяготения Солнца [4]. 
4. «Физика звезд». 1). Оценка давления в центре гравитирующего шара (планеты, звезды). Условие гидростатического равновесия звезды. 2). Оценка температуры в центре Солнца. Звезда – плазменный шар. Молярная масса звездного вещества. 3). Предел Кумара (оценка минимальной массы и соответствующего радиуса звезды с термоядерным источником энергии). Черные (коричневые) карлики. 4). Эволюция вращающегося гравитирующего шара (превращение звезды в компактный объект). 5). Вырожденные звезды (белые карлики и нейтронные звезды): соотношение «радиус-масса»; оценка предельной массы вырожденной звезды (предел Чандрасекхара и предел Оппенгеймера-Волкова). Пульсары (оценка предельного периода вращения; модель магнитного диполя; зависимость периода вращения от времени). «Странные» (кварковые) звезды. 6). Гравитационная неустойчивость и рождение звезд. 7). Пульсирующие звезды (цефеиды, оценки периодов пульсаций и плотности, пульсации Солнца). 8). Закон Вина и спектральная классификация звезд. Закон Стефана-Больцмана и светимость звезд. Соотношение «светимость-масса». 9). Давление излучения и критическая (эддингтоновская) светимость. Оценки предельных характеристик горячих (массивных) звезд. 10). Характерные времена эволюции звезд. 11). Аккрецирующие звезды. Светимость. Тесные двойные системы (ТДС). Компактные рентгеновские источники. 12). Эффект Доплера [5] (период вращения Солнца, лучевые скорости космических объектов). Закон Хаббла и определение расстояний до галактик и квазаров. 13). Элементы физики плазмы: плазменные колебания и волны; дисперсия электромагнитных волн; фазовая и групповая скорость волны; условие отражения волны от границы плазмы; распространение радиоволн в атмосфере Земли; спутниковая связь; радиоизлучение Солнца; пульсары-зонды межзвездной среды; оценки расстояний до пульсаров; оценки  электронной концентрации межзвездной среды; астрофизические ограничения на массу покоя фотона.
5. Черные дыры во Вселенной. 1). Гравитационные эффекты смещения частоты света и замедления времени в поле тяготения. Понятие об общей теории относительности (ОТО) А. Эйнштейна. 2). Черные дыры Шварцшильда. Особенности пространства-времени и движения пробных частиц и фотонов в поле черной дыры. 3). Энергетика черных дыр (теорема Хокинга и выделение энергии при слиянии черных дыр). 4). Сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик и квазаров. 5). Квантовые эффекты в черных дырах (поляризация вакуума, процесс Хокинга и температура излучающей черной дыры, черные мини-дыры, время «испарения» черной дыры, виртуальные черные дыры  и «максимоны» («планкеоны») Маркова-Станюковича). 6). Черные дыры и «мосты» Эйнштейна-Розена.
6. «Элементарная» космология и космомикрофизика. 1). Космологическая модель Вселенной А. Эйнштейна. Космологическая постоянная. Модель «пустой» (вакуумной) Вселенной  В.де Ситтера. Физический вакуум. 2). Эволюция холодного гравитирующего шара, критическая плотность и модели А. Фридмана. 4).Модель вращающейся Вселенной Геделя. 5).«Большие числа» Дирака-Эддингтона. Элементарные частицы и структура Вселенной.  6). Гравитация в многомерном пространстве. Полузамкнутые миры Маркова. «Мосты» во Вселенной. 

                                                     ЛИТЕРАТУРА

[1].С.П. Кожинин. //В сб. «Физическое образование в XXI веке».-М.: Физический факультет МГУ. 2000. С. 155, 346.   
[2]. Л.П. Баканина и др. Сборник задач по физике. Под ред. С.М. Козела.-М.: Наука, 1990.   [3]. И.И. Воробьев и др. Задачи по физике. Под ред. О.Я. Савченко.-М.: Наука, 1988.   
[4]. С. Кожинин. Отклонение частиц и световых лучей полем тяготения. // «Квант», 2001, № 4.
[5]. С.П. Кожинин. Задачи по основам квантовой физики. // «Физика в школе», 2000, № 4.