Pracownia astronomiczna

 

Dla studentów UKEN droga do gwiazd zaczyna się na czwartym piętrze w sali 409 i biegnie w górę główną klatką schodową na piąte piętro. Stąd poprzez drzwi z wywieszką „Naukowe koło studentów geografii”, poprzez zakurzone schody i nieciekawy korytarzyk obok maszynowni windy, dochodzi się do przeszklonej budki otoczonej tarasem. Wyżej iść się nie da, wyżej jest już tylko kosmos.
Szklana budka na dachu jest dobrze widoczna i od miasteczka i od tramwaju, to dzięki niej maturzyści rozpoznają UKEN i trafiają na Podchorążych 2, każdy ją widział, najczęściej pustą i bezludną. Lecz po zmierzchu taras zaczyna tętnić życiem. Studenci przychodzą tu, gdy tylko jest pogoda, po to by patrzeć w gwiazdy.
Krakowskie niebo nie jest ładne. Ochrona zabytków nie objęła jeszcze w naszym kraju gwiaździstego nieba, którego widok zachwycał liczne pokolenia naszych przodków, inspirował uczonych, filozofów i poetów. Walka z zanieczyszczeniem środowiska nie dotyczy jeszcze tych latarń z których 30% światła oświetla kiczowate plakaty reklamowe, a reszta leci w niebo marnotrawiąc zasoby światowej energii. A i czasy teraz takie, że w niebo się nie patrzy tylko w telewizor.
„Astronomia Wojskiego” jest dziś niemożliwa. Typowa znajomość zjawisk niebieskich ogranicza się do rozpoznawania dnia i nocy oraz wiedzy że gdzieś tam jest Gwiazda Polarna i Znaki Zodiaku. No może jeszcze coś o zaćmieniu Słońca.
A przecież nocne niebo to kopalnia wiedzy od starożytnej mitologii począwszy, poprzez filozofię, nawigację, mechanikę, chemię aż do fizyki kwantowej i kosmologii. To gigantyczne laboratorium. Pracownia astronomiczna starsza i większa od wszystkiego, gdzie sama Matka Natura osobiście prowadzi doświadczenia jakich nigdy nie odtworzymy w naszych probówkach na Ziemi. Każdy parametr opisujący taki eksperyment może tu znacznie przekraczać to co jesteśmy w stanie osiągnąć w zwykłym laboratorium. Olbrzymie masy, temperatury i ciśnienia, wielkie skale czasowe, gigantyczne rozmiary i energie, to wszystko uwypukla prawa natury ułatwiając ich badanie. Wystarczy tylko podglądać i wyciągać wnioski….
Nie każdy musi być od razu astronomem, lecz minimalna wiedza o tej dziedzinie powinna być udziałem każdego ucznia. Astronomia nie jest już oddzielnym przedmiotem szkolnym, jej nauczanie powinni przejąć nauczyciele przyrody, fizyki i geografii. Niebo ma przecież wiele do zaoferowania nauczycielom i ich uczniom. Lecz aby z tej oferty skorzystać nauczyciele muszą być odpowiednio przygotowani. Dlatego jest potrzebna pracownia astronomiczna oraz szklana budka i taras na dachu UP.
Zajęcia pracowni odbywają się po zmroku i trwają nawet do 21. Kolejne tematy i zagadnienia z jakimi zapoznają się studenci realizowane są bądź w postaci ćwiczeń pod rzeczywistym niebem, bądź gdy nie ma pogody, w formie ćwiczeń teoretycznych i komputerowych. Średnio 1/3 zajęć odbywa się przy dobrej pogodzie, więc takie wieczory trzeba jak najlepiej wykorzystać na kontakt z rzeczywistym niebem. Pozostały czas też nie jest stracony. Sprzęt komputerowy pracowni astronomicznej pozwala prowadzić wirtualne obserwacje. Zgromadzone w pracowni atlasy, zdjęcia, katalogi oraz nowoczesne środki multimedialne umożliwiają podpatrywanie sekretów Uranii nawet w pochmurną noc.
Zdecydowana większość ćwiczeń jest nakierowana na zaznajomienie przyszłych nauczycieli z podstawowymi zjawiskami astronomicznymi i ich obserwacjami. Studenci uczą się rozpoznawać gwiazdozbiory i planety, korzystać z map nieba i kalendarzy astronomicznych, oraz planować, prowadzić i analizować własne obserwacje.
Wiele takich ćwiczeń może być wprost powtarzana z uczniami gdy dzisiejszy student zostanie nauczycielem. Podstawowym sprzętem obserwacyjnym jest wtedy oko oraz proste przyrządy jakie bez trudu można zbudować na zajęciach technicznych z materiałów, których cenę wytrzyma budżet każdej szkoły. Takimi przyborami są na przykład gnomon, laska Jakuba, astrolabium, kwadrat, którymi już w starożytności badano położenia i ruchy ciał niebieskich.
Potem przychodzi czas gdy na taras wynosi się z zaplecza lunety i teleskopy, niebo robi się większe i znacznie bogatsze, Księżyc i planety mniej tajemnicze. W ruch idą kompas, stoper, GPS, cyfrowa kamera i laptop. Studenci prowadzą obserwacje wizualne, fotograficzne i elektroniczne. Rejestrują widziane obrazy by potem je opracować i przeanalizować, by samodzielnie odkrywać wszechświat i rządzące nim prawa. Ucząc studentów posługiwania się tym sprzętem marzymy by nauczycielom wiedza ta była w szkołach potrzebna, by w polskich liceach znalazł się przynajmniej jeden mały ale porządny teleskop.
Jest też kilka ćwiczeń realizowanych za dnia. Przecież to wtedy widać Słońce, jedyny obiekt na niebie jaki można obserwować podczas lekcji. Tak więc słoneczne palmy, rozmiary, masa itp., powinny być pojęciami dobrze znanymi przyszłym nauczycielom.
W ramach pracowni astronomicznej studenci mają też możliwość odwiedzenia prawdziwego obserwatorium na Suhorze w Gorcach, gdzie i niebo jest ładniejsze i teleskop większy. Gdy na niebie zachodzą ciekawe zjawiska wtedy termin zajęć ustala się nie według planu lecz według astronomicznej efemerydy. Niestety zaćmienia Księżyca czy Słońca nie występują zgodnie ze akademijnym harmonogramem.
Jedno czy dwa ostatnie ćwiczenia w cyklu pracowni przygotowują studentów do ewentualnej pracy badawczej realizowanej na przykład w postaci prac magisterskich wśród których tematy astronomiczne zawsze cieszyły się sporym powodzeniem.
Budka na dachu nie jest zbyt komfortowa, zimowe temperatury otwartego tarasu wgryzają się pod kurtki, lunety są zimne i ciężkie, trzeba się wkoło nich sporo nachodzić, naschylać, a nawet przyklęknąć. Czasem oświetlenie stadionu Wisły podczas meczu jeszcze bardziej ogranicza możliwości obserwacji nieba i poza Księżycem i najjaśniejszymi gwiazdami niewiele się da zobaczyć. W niesprzyjających chwilach studenci uczący się obsługi teodolitów za cel swych pomiarów muszą wybierać lampy na masztach Biprostalu czy na krakowskich kopcach i kościołach. Jakoś trzeba sobie radzić, w końcu przecież to też „punktowe źródła światła”. Najgorsze są jednak wibracje, przejeżdżający tramwaj czy przytupujący na mrozie kolega potrafią wprawić taras w drobne drgania i niekiedy zepsuć zdjęcie czy pomiar.
Pomimo trudności właśnie tu na tarasie otaczającym szklaną budkę wielu młodych ludzi po raz pierwszy ogląda Mały Wóz czy Plejady, szkicuje kratery Księżyca i pierścienie Saturna, śledzi satelity Jowisza czy zaćmienia gwiazd zmiennych. Tu zwykły Zenit staje się astrokamerą a malutka kamerka internetowa – fotometrem.
Po dwóch godzinach obserwacji lunety wracają do skrzyń na zapleczu a ludzie do przytulnej i ciepłej pracowni. Wraca rutyna zajęć akademickich, analiz, sprawozdań i ocen. Tylko szum czajnika gotującego dla wszystkich zasłużoną herbatę do tej rutyny nie pasuje.
Budka na dachu zostaje smutna i pusta, niecierpliwie czeka na następną grupę gwarnych studentów by otworzyć przed nimi swe zamykane na haczyk szklane drzwi i pokazać Wszechświat. Mam nadzieję, że rolę szklanej budki z dachu rozumieją moi studenci gdy z nadzieją w głosie pytają przed zajęciami: „panie doktorze, czy wychodzimy dziś na dach?”. Tak! Jeśli tylko jest pogoda ….

 

Waldemar Ogłoza

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pracownia Astronomiczna

 

Zadaniem Pracowni Astronomicznej jest umożliwienie studentom naszego Uniwersytetu różnych kierunków nabycie praktycznych kompetencji astronomicznych.
Zajęcia Pracowni mogą odbywać się:

• w formie regularnego kursu (30 godzin)
• jako uzupełnienie zajęć praktycznych na kierunkach pokrewnych geografii, fizyki, geodezji
• jako element uzupełniający wykłady ogólnouczelniane oraz moduł „Science”
• jako cześć zajęć o tematyce astronomicznej adresowanych do słuchaczy Uniwersytetu Dzieci i Rodziców, Uniwersytetu II i III wieku itp.

Zasoby Pracowni są również udostępniane studenckim kołom naukowym a także wykorzystywane do okazjonalnych pokazów nieba, otwartych dla publiczności takich jak: zaćmienia Słońca i Księżyca, pikniki i festiwale naukowe, opozycje planet, jasne komety itp.

Pracownia dysponuje teleskopami optycznymi dla obserwacji wizualnych, sprzętem astrofotograficznym, komputerami z specjalistycznym oprogramowaniem. Część zajęć Pracowni może być realizowana w obserwatorium astronomicznym na Suhorze.

 

Spis ćwiczeń  Pracowni Astronomicznej:

Tematy ćwiczeń i omawiane zagadnienia

(pełny zestaw tworzy kurs 30 godzinny, ale każde z ćwiczeń może być realizowane osobno)

 

W zależności od pogody, realizowane są kolejne ćwiczenia z listy ćwiczeń laboratoryjnych lub ćwiczeń obserwacyjnych.  Zajęcia w laboratorium obejmują zwykle jeden temat. Zajęcia obserwacyjne obejmują jedno lub kilka ćwiczeń z jednej grupy tematycznej w zależności od stopnia komplikacji.

 

Ćwiczenia laboratoryjne:

 

1. Zajęcia organizacyjne – Luneta astronomiczna
   umiejętność posługiwania się lunetami i teleskopami astronomicznymi, poznanie ich budowy, przygotowania do pracy, przypomnienie układów współrzędnych na sferze niebieskiej.
2. Obrotowa mapa nieba
   umiejętność określania wyglądu nieba w różnych porach dnia i roku widzianego z różnych miejsc na Ziemi, opis ruchu gwiazd, Słońca i planet, zagadnienie czasów lokalnych i strefowych. Dokładność odczytu wartości ze skal i siatek współrzędnych.
3. Fazy Księżyca i Dni Juliańskie
   fazy Księżyca, synodyczny i syderyczny okres obiegu Księżyca, astronomiczna skala czasu
4. Analiza fotografii astronomicznych
   interpretacja zdjęć obiektów niebieskich, wyznaczanie różnych parametrów sfotografowanych obiektów, problemy odwzorowań geometrycznych i rzutowania itp.
5. Fotografie nieba nieruchomym aparatem
   korzystanie z atlasów i map nieba, rozpoznawanie gwiazdozbiorów, wyznaczanie skali zdjęcia, współrzędnych fotografowanych obiektów, określenie czasu ekspozycji itp.
6. Model Układu Słonecznego
   parametry opisujące orbity planet, prawa Keplera, główne cechy kinematyczne Układu Słonecznego, przeliczanie różnych jednostek długości, rysunek modelu układu (krzywe stożkowe), odpowiednie skalowanie, wyznaczanie różnych wielkości na podstawie samodzielnie narysowanego modelu
7. GPS – pomiar rozmiarów Ziemi, gra terenowa z zastosowaniem odbiornika GPS
   zasada działania systemu GPS, współrzędne geograficzne, kierunki świata, azymut, wyznaczenie rozmiarów Ziemi dla przybliżenia kształtu kulistego i elipsoidy obrotowej.
8. Wyznaczanie odległości metodą Cefeid
   metody wyznaczania odległości we Wszechświecie, jasność obserwowana i absolutna, oszacowanie dokładności wyniku przy niegaussowskim charakterze błędów pomiarowych, mediana.
9. Pomiar stałej Hubble’a
   symulacja obserwacji spektroskopowych, elementy kosmologii, linie widmowe, efekt Dopplera, dopasowanie prostej o równaniu y=ax metodą najmniejszych kwadratów.
10. Klasyfikacja widmowa
    symulacja obserwacji spektroskopowych, prawo Wiena, zależność widma gwiazd od temperatury, jakościowe określenie składu chemicznego gwiazd, zależność temperatura – jasność absolutna gwiazd.
11. Diagram H-R dla gromad gwiazd
    symulacja obserwacji fotometrycznych, ewolucja gwiazd, wyznaczanie wieku gromad gwiazd,
12. Rotacja Słońca
    symulacja ruchu plam na tarczy Słońca, opis rotacji Słońca w różnych układach odniesienia, dopasowanie funkcji
13. Księżyce Jowisza
    symulacja obserwacji astrometrycznych, uogólnione prawa Keplera,  wyznaczanie masy w układach związanych grawitacyjnie
14. Radiowe obserwacje pulsarów
    Symulowane obserwacje radioteleskopem, ostatnie stadia ewolucji gwiazd, propagacja fal elektromagnetycznych w ośrodku międzygwiazdowym,
15. Supernowa SN 1987A
    interpretacja obserwacji fotometrycznych i fotograficznych, tworzenie prostych modeli matematycznych świecenia dysku wokół SN1987A,  wyznaczanie odległości do sąsiedniej galaktyki
16. Cykle aktywności Słonecznej symulacje programem „Plamy”
    zastosowanie analizy Fouriera do badania aktywności słonecznej
17. Ostatnie etapy ewolucji gwiazd
    symulacja obserwacji rentgenowskich pozostałości po supernowej, ilościowe wyznaczanie obfitości pierwiastków chemicznych na podstawie obserwacji spektroskopowych, pochodzenie pierwiastków chemicznych, populacje gwiazdowe
18. Programy demonstracyjne Solar System Simulator, Hyperliner itp.
    tworzenie wizualizacji  różne zjawisk (w układzie słonecznym, w czasie lotu kosmicznego) przy pomocy programów symulujących, wykorzystanie języka skryptowego,
19. Klasyfikacja morfologiczna galaktyk w oparciu program „GalaktyczneZoo”
    zasady działania społecznościowych programów badawczych, budowa i ewolucja galaktyk, zasady klasyfikacji morfologicznej, najnowsze przeglądy nieba
20. Masa czarnej dziury w centrum Galaktyki

Interpretacja obserwacji centrum Drogi Mlecznej, wyznaczanie mas na podstawie III prawa Keplera, budowa drogi mlecznej

21. Gwiazdy zaćmieniowe
    Jakościowy opis relacji pomiędzy obserwacjami (krzywe zmian jasności i prędkości radialnych) a budową geometryczną gwiazd podwójnych, elementy tworzenia modeli matematycznych budowy gwiazd, konfrontacja modelu z obserwacjami
22. Radarowe obserwacje Merkurego CLEA
    symulowane obserwacje radarowe, efekt Dopplera, profile linii widmowych

 

Ćwiczenia obserwacyjne:

 

Ćwiczenia realizowane w ciągu dnia:

1. Wyznaczanie wysokości Słońca za pomocą sekstantu
2. Wyznaczanie średnicy kątowej Słońca za pomocą sekstantu
3. Obserwacje Słońca i wyznaczanie liczby Wolfa.
4. Obserwacje widma słonecznego
5. Obserwacje zaćmienia Słońca

zasady prowadzenia bezpiecznych obserwacji Słońca, ruch dobowy nieba, wyznaczenie rozmiarów liniowych Słońca, linie widmowe

 

Ćwiczenia realizowane w nocy:

Obserwacje gołym okiem

 

1. Orientacja na niebie, Identyfikacja obiektów na niebie za pomocą MySky

2. Ocena warunków obserwacji
3. Wizualne obserwacje sztucznych satelitów Ziemi

Topografia sfery niebieskiej, umiejętność korzystania z tradycyjnych i elektronicznych map i atlasów nieba

Obserwacje przy pomocy prostych przyborów:

1. Nokturnał
2. Pomiary kątów na niebie (kwadrant i laska Jakuba)

Podstawowe pomiary pozycyjne obiektów niebieskich, ruch sfery niebieskiej układy współrzędnych

 

Obserwacje przy pomocy lunet i teleskopów:

1. Przygotowanie lunety do obserwacji
2. Zastosowanie skal współrzędnych astronomicznych
3. Wyznaczanie średnicy pola widzenia lunety.
4. Wyznaczanie zasięgu lunety.
5. Zdolność rozdzielcza lunety

 

Doskonalenie umiejętności posługiwania się lunetą, planowania i prowadzenia obserwacji astronomicznych,

1. Szkic powierzchni Księżyca
2. Obserwacje księżyców Jowisza
3. Fotografia przy użyciu kamery internetowej lub CCD

Planowanie i przeprowadzenie obserwacji wybranych obiektów astronomicznych, odwzorowanie obrazu w różnych konfiguracjach optycznych teleskopu, powiększenie, rejestracja obrazu

 

1. Obrazy CCD – opracowywanie własnych obserwacji ze zdalnie sterowanego teleskopu

Obserwacje  przy pomocy zdalnie sterowanego teleskopu, składanie barwnych obrazów, wizualizacja wyników przy pomocy fałszywych barw itp

 

1. Struktura Drogi Mlecznej

Obserwacje linii emisyjnych wodoru w ramionach spiralnych Drogi Mlecznej przy pomocy zdalnie sterowanego radioteleskopu, struktura i kinematyka dysku Galaktyki,