Казань приняла будущих астрономов

Алмаз Галеев, доцент Астрономической обсерватории им. В. П. Энгельгардта Казанского федерального (Приволжского) университета, и Михаил Гаврилов, председатель Международной астрономической олимпиады, ИФТТ РАН (Черноголовка, Московская область), рассказали ТрВ-Наука о прошедшей с 15 по 23 октября 2015 года в Казани XX Международной астрономической олимпиаде. Научный турнир был организован Астрономическим обществом, Министерством образования и науки Республики Татарстан и кафедрой астрономии и космической геодезии Института физики КФУ.

Проводимая ежегодно Олимпиада (IAO, International Astronomy Olympiad) — образовательно-просветительское интеллектуальное состязание по астрономии для школьников 14–18 лет. Именно в этом возрасте появляется большой интерес к изучению астрономии. При подготовке к участию в IAO школьники проходят полезное и целенаправленное обучение, поэтому на Олимпиаде они должны показать высокий уровень как теоретических, так и практических знаний. Также одной из основных задач этого научного турнира является привлечение внимания талантливой молодежи к проблемам астрономии и естественных наук.

Согласно Положению об IAO она проводится ежегодно в течение первых двух месяцев осени в астрономической обсерватории или другом научно-исследовательском центре или институте одной из участвующих стран. Первая такая олимпиада состоялась в 1996 году в Специальной астрофизической обсерватории РАН. Россия в последний раз принимала Олимпиаду в 2002 году, в последние годы она проводилась в разных странах ближнего и дальнего зарубежья (Казахстане, Южной Корее, Литве, Киргизии).

Традиционно в программу астрономической олимпиады входят три тура: теоретический, наблюдательный и практический, которые имеют свои особенности. В теоретическом туре даются традиционные задачи на знание основных законов астрономии и физики, понимание свойств астрономических объектов и вычисление их характеристик. На практический тур предлагаются задачи, в которых нужно проанализировать какие-нибудь астрономические данные (таблицы, графики, численные наблюдательные данные, звездные карты) и по этим данным получить конкретные результаты.

Наконец, особенностью Международной олимпиады является наблюдательный тур, на котором нужно провести астрономические наблюдения невооруженным глазом или с помощью телескопа и продемонстрировать свои знания звездного неба и работы с астрономическими инструментами.

В составе жюри должны быть представители местного оргкомитета, поэтому в организации и проведении XX Международной астрономической олимпиады активное участие приняли сотрудники и студенты кафедры астрономии и космической геодезии Казанского федерального университета. Члены жюри Олимпиады отвечали за подготовку задач практического и наблюдательного туров, а студенты помогали организовывать наблюдательный тур, который проходил на территории Астрономической обсерватории им. В. П. Энгельгардта.

В этом году в Олимпиаде участвовало 62 школьника из 13 команд, представляющих Армению, Болгарию, Индию, Италию, Казахстан, Китай, Московский край, Россию, Румынию, Таиланд, Чехию, Швецию и Южную Корею. Отдельной командой была представлена Московская область.

Школьники были поделены на две группы: «Альфа» (начинающие, 2000–2001 года рождения) и «Бета» (продолжающие, школьники 1997– 1999 года рождения), которым давались задачи разной сложности. Приведем примеры задач, предложенных участникам Олимпиады на разных турах, которые выполнялись в течение строго определенного времени (условия задач — на сайте www.issp.ac.ru/iao/2015/booklet/).

Первым, 17 октября, проводился теоретический тур, на котором было пять задач. Всем участникам нужно было определить момент верхней кульминации (наивысшего положения на небе) Солнца в этот день, зная время верхней кульминации накануне, и оценить разность высот Солнца в эти дни. Во второй и третьей задачах были даны следующие условия.

βa—2. Затмение на полюсах. Белый Медведь и Пингвин с прошлых Международных астрономических олимпиад возвратились на свои полюса (Северный и Южный соответственно) и решили пронаблюдать кольцеобразное солнечное затмение. Пингвину посчастливилось, и он увидел удивительную картину: при максимальной фазе затмения точно на видимом горизонте оказались центры как солнечного, так и лунного диска. А что в это время наблюдал Медведь? Нарисуйте, что увидел Белый Медведь в этот момент, а также нанесите пунктиром истинные положения Солнца и Луны. Форму Земли считать сферической. На рисунке должно быть художественное изображение Медведя на Северном полюсе, а также указаны необходимые линейные или угловые размеры. Необходимые сведения о животных вспомните сами.

βa-3. Тесное соединение. Через некоторое время после событий, описанных в предыдущей задаче (но никто не знает даже масштаб этого некоторого времени — минуты, часы, дни или годы…), Венера в точке восточной элонгации вступила в тесное соединение с Марсом, находившимся вблизи точки афелия своей орбиты. Одновременно с этим на Земле наблюдалось полное лунное затмение.

3.1. Нарисуйте чертеж, соответствующий данной ситуации.

3.2. Объясните, какое животное (они сидят на тех же полюсах) могло увидеть это лунное затмение. (Закончите Ваше объяснение ответом B+ или B– для Медведя и P+ или P– для Пингвина.) Приветствуется художественное изображение наблюдающих животных.

3.3. Вычислите, в каком созвездии наблюдалась затемненная Луна.

3.4. Оцените, через какое минимальное время после ситуации, описанной в условии прошлой задачи, могла возникнуть ситуация, описанная в условии этой задачи.

Четвертая и пятая задачи были разными для групп «Альфа» и «Бета».

α-4. Альфа Центавра. Вычислите, какая звезда излучает больше энергии: Солнце или Альфа Центавра A+B.

β-4. Созвездие Белого Барса. Согласно древней средневолжской легенде в далеком прошлом на небе существовало созвездие Белого Барса (White Leopard– Pardus Album), число звезд в котором было в точности равно числу букв греческого алфавита, и звезды эти имели величины a PaA – +0,10m, b PaA – +0,20m, g PaA – +0,30m, d PaA – +0,40m и так далее с увеличением на 0,10m вплоть до w PaA. Вычислите суммарную звездную величину звезд этого созвездия.

α-5. Движение спутника. Искусственный спутник Земли, летящий по экваториальной немного эллиптической орбите, прошел точку перигея на высоте HP = 428,0 км от поверхности мирового океана; его скорость в этот момент на 0,6 % превышала круговую скорость для данной точки. Через какое время спутник достигнет высоты H1 = 498,0 км?

β-5. Спиральная галактика. В созвездии Южного Креста (Crux) обнаружена спиральная галактика, состоящая из звезд спектральных классов A7–A8. На небе галактика видна как эллипс с размерами около 40´30 угл. секунд. В спектре галактики на длинах волн примерно от 7054 Å до 7057 Å наблюдается уширенная линия Ha. Также пропорционально смещены и уширены и другие линии. Оцените число звезд в галактике.

Во вторник, 20 октября, проводился практический тур, на котором были использованы оригинальные наблюдательные данные, полученные казанскими астрономами. Первая задача была одинаковой для обеих групп. В ней предлагалась таблица наблюдений в Обсерватории им. Энгельгардта звезды на разных высотах, и нужно было вычислить изменения ее звездной величины, построить зависимость между звездной величиной и воздушной массой, а также оценить, какая звездная величина должна быть у звезды в зените. Во второй задаче у обеих групп использованы данные наблюдений на 1,5-метровом Российско-Турецком телескопе КФУ, РТТ-150 (установленном в Национальной обсерватории TUBITAK, Турция). Школьникам из группы «Альфа» были предложены наблюдения переменной звезды, по которым требовалось построить кривую изменения блеска, определить период переменности звезды и тип переменной звезды. А группе «Бета» нужно было поработать со спектрами звезды, полученными в разные даты в течение нескольких месяцев, и вычислить лучевые скорости звезды, построить кривую лучевых скоростей и определить координаты звезды на небе. Самым необычным, конечно, был наблюдательный тур, который проводился вечером 18 октября в обсерватории. Обычно организаторы стараются подготовить задания, связанные с наблюдением звездного неба. Но, к сожалению, в этот день в Казани была облачная погода, поэтому увидеть настоящее звездное небо было невозможно. Однако сотрудники кафедры астрономии и космической геодезии КФУ, разрабатывавшие задачи, смогли успешно выйти из этого трудного положения! Для задачи по работе с телескопами была сконструирована пластинка с «искусственным созвездием» из светодиодов, которая на расстоянии 120 м была подвешена между деревьями. Каждому школьнику нужно было увидеть светящуюся точку в темноте, самому «навестись» на нее, распознать по увиденной фигуре, что это за созвездие, и в качестве ответа написать его латинское название.

Зная, что вероятность хорошей погоды в это время невелика, мы заранее решили использовать искусственное небо открытого в 2013 году современного Планетария КФУ, который находится на территории Обсерватории им. В. П. Энгельгардта. В планетарии участникам Олимпиады были предложены две задачи, причем выполнялись они в темноте, поэтому каждому вручался фонарик для чтения задачи и записи его решения.

В первом задании на куполе планетария демонстрировалось полное затмение Луны, и требовалось определить, в какой месяц происходит наблюдение. Задание достаточно необычное, ведь ребятам необходимо понять, что за явление они наблюдают, увидеть, в каком созвездии находится Луна, и сообразить, в каком созвездии в этот момент находится Солнце, чтобы определить месяц наблюдений.

Во второй задаче под названием «Движение планет» в течение нескольких минут была показана анимация движения Солнца, Луны и планет по звездному небу в течение некоторого времени года, и от школьников требовалось определить примерные даты начала и конца показа (это можно было сделать по Солнцу и Луне), а также написать названия созвездий, по которым в это время перемещаются Марс и Венера. Дополнительной сложностью было то, что планеты движутся по созвездию Змееносца, которое не все школьники указали в своих ответах.

Участники Международной астрономической олимпиады показали очень высокий уровень знаний. Больше всего удивил жюри один из участников группы «Альфа» из Таиланда, который на практическом туре первую задачу решил, используя метод наименьших квадратов, а во второй самостоятельно через производные оценил точность определения периода переменности звезды. Такими знаниями обычно обладают студенты, а для ученика 8–9-го класса это исключительно высокий результат.

О победителях. По Положению об Олимпиаде призовые места и дипломы получают участники, набравшие определенное число баллов по результатам всех трех туров, поэтому дипломы одной степени могут получить несколько человек. Абсолютное первое место в группе «Альфа» получили три школьника: ученик гимназии № 1 города Жуковский Даниил Долгов (9-й класс), Панупонг Пхуумпуанг из Таиланда и Сеогн Мин Ли из Южной Кореи. В группе «Бета» победителями стали Хюнгсео Ан также из Южной Кореи и Стефан Иванов из Болгарии. Дипломы второй степени получили 16 школьников, в том числе восьмиклассник из Москвы Иван Старостин и представители группы «Бета» Борис Билич (9-й класс) и Алексей Шепелев (10-й класс) — оба ученики лицея № 14 города Жуковский.

Наконец, дипломов третьей степени удостоились 19 ребят, среди которых в группе «Альфа» Алексей Ярков (8-й класс, Санкт Петербург) и Игорь Никоноров (9-й класс, Казань), а в группе «Бета» Илья Чугунов (9-й класс, Санкт Петербург), Алена Фидусь (10-й класс, Белгород) и Виктор Зозуля (9-й класс, Санкт Петербург). Несколько школьников получили дипломы по специальным номинациям, например «За лучший результат в теоретическом туре» (Иван Старостин), «За лучший результат в практическом туре» (Борис Билич) и «За лучший результат в наблюдательном туре» (Пьетро Бенотто, Италия). А один участник из Кореи получил диплом за лучшее изображение белого медведя-астронома.

На следующей Олимпиаде школьники, занимающиеся астрономией, соберутся в осенью 2016 года в Болгарии.