Московский физико-технический институт (государственный университет) Факультет проблем физики и энергетики
|
рявцев 999г. |
ПРОГРАММА
ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 010300-«ПРИКЛАДНЫЕ МАТЕМАТИКА И ФИЗИКА»
«КОСМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА»
Программа разработана кафедрой «Космическая физика» (базовое предприятие ИКИ РАН) в соответствии с магистерской программой 01.03068 «Космическая физика».
|
ДеканФПФЭ |
1999 |
г. |
Зав, кафедрой «Космическая физика»
_________1999 г.
НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АСТРОФИЗИКИ И КОСМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Астрономическая оптика. Телескопы и их основные параметры
(разрешающая способность, поле зрения, проникающая сила.).
Основные типы телескопов (рефракторы, рефлекторы и их
схемы, зеркально-линзовые системы). Экваториальная
монтировка. Понятие астроклимата. Атмосферное влияние на
качество изображения. Приборы для измерения угловых
размеров звезд: интерферометр Майкельсона.
Антенны радиотелескопов. Основные параметры
радиоастрономических антенн и методы из определения (
эффективная площадь, диаграмма направленности, угловое
разрешение, шумовая температура, наведение
помехозащищенность). Основные типы антенн малой
направленности. Зеркальные антенны. Перископические
антенны. Облучатели. Синфазные решетки.
Радиоастрономические и технические методы измерения
параметров антенн. Двухантенный интерферометр.
Многоэлементные интерферометры. Апертурный синтез
Антенная система - как фильтр пространственных частот.
Квазиоптические антенные тракты. Антенно-фидерные
устройства. Интерферометр интенсивности. Интерферометры с
независимой регистрацией сигналов. Системы регистрации Марк
I, Марк II, Марк III. Основные параметры интерферометров и
методы их измерения. Флуктуационная чувствительность
интерферометров. Эффект насыщения. Основные параметры
крупнейших радиотелескопов.
Спектральные приборы и их основные параметры ( разрешение, светосила, геометрический фактор). Призменные спектрометры и спектрографы. Дифракционные спектральные приборы. Плоская и вогнутая дифракционная решетка. Основные схемы спектрографов и спектрометров с вогнутой дифракционной решеткой (схемы Игля, Водсворта, Сейа-Намиока и Джонсона-Онако).
Основы Фурье-спектроскопии. Интерферометр Фабри-Перо и
интерференционные светофильтры. Интерферометр
Мейкельсона, сисам, растровые спектрометры. Основные
параметры Фурье-спектрометров. Методы восстановления
спектров по фурьеграммам. Методы измерения поляризации.
5. Детекторы излучения оптического, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов. Фотоэлектрические приемники излучения оптического ультрафиолетового диапазонов. Тепловые детекторы. Основные параметры приемников (чувствительность, спектральная характеристика, шумы, частотная характеристика). Факторы, ограничивающие обнаружение слабых сигналов в различных диапазонах.
6. Радиометры. Общая теория радиометрического приема сигналов.
Радиометрический выигрыш и методы его реализации
(компенсационный, модуляционный, корреляционный, нулевой).
Типы радиометров. Радиоспектрометры. Аналоговый и
цифровой методы реализации частотного разрешения.
Радиополяриметр. Спектрометры. Основные параметры,
методы измерения параметров.
Калибровка. Основные параметры и методы калибровки. Входные устройства радиометров (парамагнитные, параметрические, транзисторные и другие типы малошумящих усилителей). Болометрический прием.
Атомные стандарты частоты. Синтезаторы частоты. Цифровые и аналоговые системы регистрации данных.
7. Методы внеатмосферной астрономии. Детекторы и оптика для ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской области (пропорциональные счетчики, твердотельные детекторы, микроканальные пластины, зеркальные телескопы косого падения, телескопы с кодированной аппаратурой, сотовые и модуляционные коллиматоры. Искровые камеры для гамма-области. Основные параметры детекторов (угловое, временное спектральное разрешение, геометрическая и эффективная площадь, чувствительность).
8. Методы исследования планет Солнечной системы (радиометрия и ИК - области спектра, радиоастрономические методы). Космические методы исследования атмосферы планет (измерения давления, плотности и температуры, прямые методы; изучение торможения ИСЗ, спектроскопические методы, радиопросвечивание). Изучение ионосфер планет. Исследования магнитного поля планет.
9. Методы исследования химического состава планетных атмосфер и грунта Луны и планет ( химические анализаторы, масс-спектрометры, оптическая и ИК - спектроскопия, гамма-спектроскопия, активационный анализ).
10. Методы радиоастрономических наблюдений и обработки. Основные измеряемые параметры радиоисточников - плотность
потока, распределение радиояркости, поляризация, спектр
излучения, лучевые скорости.
Измерение интенсивности однородного фона (абсолютный метод). Измерение потока источников ( абсолютным и относительным методом). Оценка точности. Учет нелинейности и инерции приемной системы. «Путаница». Измерение распределения яркости источников. Синтез радиоизображения при измерениях на радиоинтерферометрах со сверхдлинной базой. Фазовая проблема. Гибридное картографирование. Методы калибровки. Поляризационные и спектральные измерения. Учет влияний атмосферы и ионосферы, исключение инструментального профиля.
Собственное излучение атмосферы, облаков и Земли. Пространственные и временные функции, возможность их исключения.
II. ОБЩАЯ АСТРОФИЗИКА И ФИЗИКА ПЛАНЕТ.
1. Звезды: шкала звездных величин, фотометрические системы, система U, В, V и ее продолжение в УФ и ИК область. Видимые и обсолютные звездные величины, болометричекие величины. Методы определения расстояний до звезд. Показатель цвета, избыток цвета. Температура поверхности звезд, шкала звездных температур. Звездные спектры и их классификация. Диаграмма Гершпрунга-Рэссела. Методы определения масс звезд. Двойные звезды, Полость Роша. Конечные стадии эволюции звезд, компактные звезды (белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры). Районы звездообразования в Галактике, их линейчатое и непрерывное радиоизлучение.
2. Переменные звезды и их классификация. Цефеиды. Теория пульсаций цефеид. Новые и сверхновые звезды. (Кривые блеска, спектры). Физическая природа вспышек новых звезд. Теория вспышек сверхновых.
3. Собственные движения звезд, лучевые скорости звезд, движение Солнечной системы в Галактике.
4. Млечный путь и его строение. Звездные скопления: рассеянные и шаровые скопления. Галактические туманности (темные и светлые). Межзвездное поглощение света.
5. Теория галактического вращения. Волны плотности. Спиральная структура Галактики. Типы звездного населения и их кинематика. Газ в облаках и в межоблачном пространстве
6. Межзвездная среда. Источники нагрева межзвездной среды. Тепловая неустойчивость. Устойчивые фазы в межзвездной среде. Межзвездный газ и пыль, их состав, физические параметры, распределение. Распространение радиоволн. Методы исследования вращения Галактики спиральной структуры и определения расстояний галактических источников. Космические лучи, Межзвездные магнитные поля и методы их исследования, радиоизлучение.
7. Галактики и их классификация, ядра галактик, методы определения расстояний в Метагалактике. Активные галактические ядра. Квазары. Структура и переменность внегалактических радиоисточников и проблема общей эволюции внегалактических объектов. Зависимость наблюдаемых параметров источников от красного смещения. Красное смещение и закон Хаббла.
8. .Солнце (размеры, масса, светимость, температура поверхности, спектр. Фотосфера, хромосфера, солнечная корона (спектр, физические условия). Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение Солнца. Солнечная активность, солнечный ветер.
9. Земля как планета. Атмосфера Земли, ее состав, вертикальный разрез. Общая циркуляция в атмосфере. Верхняя атмосфера, ионосфера, экзосфера, диссипация из атмосферы Земли водорода и гелия.
10.Поверхность и форма Земли, ее размеры. Магнитное поле Земли, элементы земного магнетизма, теория Гауса, разложение магнитного поля Земли по сферическим функциям. Внутреннее строение Земли.
11.Ионосфера Земли. Распространение радиоволн, простой слой Чепмена. Ионы и электроны в ионосфере. Основные химические реакции в ионосфере. Свечение ночного неба, полярные сияния.
12.Планеты земной группы и их спутники. Луна, строение поверхности и свойства грунта. Меркурий ( поверхность, вращение, атмосфера).
13.Марс и Венера. Сравнительный анализ химического состава атмосфер. Вращение Венеры, облачный слой, ионосфера, теории разогрева поверхности. Марс (строение поверхности, атмосфера, ионосфера). Магнитные поля планет земной группы ( Меркурий, Венера, Марс). Внутреннее строение планет земной группы. Плутон, основные сведения.
14.Планеты - гиганты. Юпитер ( строение атмосферы, облачный слой, вращение, радиоизлучение, магнитное поле Юпитера и его
магнитосфера). Спутники Юпитера. Сатурн и его кольца. Уран, Нептун. Основы теории внутреннего строения планет - гигантов. 15.Малые тела солнечной системы: астероиды, кометы, метеориты, межпланетная пыль, зодиакальный свет.
III. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ АСТРОФИЗИКА
1. Атомные спектры. Природа спектральных термов. Спектры атомов водорода и гелия. Пространственное квантование. Спин, тонкая структура. Спектры щелочных металлов. Спектры атомов и ионов с двумя и более валентными электронами, векторная схема. Интенсивности (сила осциллятора, коэффициенты Энштейна). Эффект Зеемана. Эффект Штарка. Изотопическое смещение. Сверхтонкая структура. Линия водорода К 21см.
2. Молекулярные спектры. Вращательные и вращательно -колебательные полосы. Электронные спектры. Молекулярная радиоспектроскопия. Изотопичекие эффекты. Интенсивности линий. Вращательная температура. Спектры твердых и жидкий тел.
3. Теория звездных фотосфер. Непрерывный спектр. Основные понятия в теории излучения ( коэффициенты поглощения и излучения, различные механизмы поглощения в контикууме). Уравнение переноса. потемнения диска звезды к краю. Возбуждение и ионизация атомов в звездных атмосферах, рассеяние и истинное поглощение, свободно -свободные переходы, отрицательные ионы водорода, рекомбинация. Отклонения от Л. Т.Р. ( солнечная корона).
4. Образование линий поглощения в спектрах звезд. Уравнение переноса для консервативного когерентного случая. Учет истинного поглощения. Решение уравнения для случая слабых линий. Коэффициенты селективного поглощения с вероятностью перехода. Доплеровское поглощение и истинное затухание. Эффекты давления, уширение линий вследствие столкновений атомов.
5. Основы теорий кривых роста. Методы построения кривых роста по наблюдениям. Турбулентные скорости в атмосферах звезд, постоянная затухания. Влияние на профиль линий вращения звезд. Изменение контуров линий от центра к краю. Влияние ускорения силы тяжести (различие спектров гигантов и карликов).
6. Ионизация атомов излучением и электронным ударом. Основы теории ионизации солнечной короны. Корональные линии и их
отождествление. Непрерывный спектр солнечной короны ( F и К - компоненты).
7. Запрещенные линии в астрофизике. Механизм свечения планетарных туманностей. Метод Занстра для определения температур ядер планетарных туманностей. Поведение бальмеровских и запрещенных линий в планетарных туманностях. ас и аа излучение и его диффузия в планетарных туманностях.
8. Понятие о внутреннем строении звезд и их эволюции. Вырожденное состояние газа. Строение звезд главной последовательности. Красные гиганты и белые карлики. Основы теории эволюции звезд с постоянной массой. Связь теории эволюции звезд с наблюдаемыми диаграммами «спектрически тонкой плазмы, синхротронное, синхронное и изгибное излучения, обратный комптон-эффект, распад П - мезонов). Взаимодействие рентгеновского и у - излучения с веществом (ионизационные потери, комптоновское рассеяние, рождение пар).
Классификация наблюдающихся дискретных источников космического излучения ( звездные остатки сверхновых, двойные рентгеновские источники. Теория аккреции на черные дыры и нейтронные звезды. Основные свойства «мертвых» звезд: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, барстеры.
Рентгеновские и гамма-всплески. Изотропный рентгеновский и у Фон- Внегалактические источники рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение газа в скоплениях галактик.
9. Основы космологии. Наблюдательные основы космологии. Основные понятия (закон Хаббла, кривизна мира, критическая плотность, сопутствующие координаты, масштабный фактор, параметр ускорения). Закон эволюции, основные уравнения движения ( расширения). Фридмановские модели расширяющейся Вселенной: пример плоского мира. Теория горячей Вселенной. Начальные этапы расширения. Поведение излучения и вещества на ранних этапах Вселенной. Реликтовое излучение. Теория раздувающейся Вселенной. Гравитационная неустойчивость : теория образования галактик. «Скрытая» масса в галактиках и скоплениях галактик.
IV ФИЗИКА МЕЖПЛАНЕТНОЙ И МАГНИТОСФЕРНОЙ
ПЛАЗМЫ
1. Солнце. Солнце как звезда. Атмосфера Солнца. Солнечные пятна. Солнечная корона, протуберанцы. Солнечные вспышки. Генерация рентгеновского и гамма излучения, солнечных космических лучей. Радиоизлучение Солнца. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, его поглощение в верхней атмосфере Земли.
2. Межпланетная среда. Солнечный ветер, его состав, скорость, температура. Высокоскоростные потоки плазмы и корональные дыры. Общее магнитное поле Солнца. Секторная структура межпланетного магнитного поля вблизи плоскости эклиптики. Теория Паркера. Ударные волны и разрывы в солнечном ветре. Распространение солнечных космических лучей в межпланетном пространстве.
3. Обтекание магнитосферы Земли солнечным ветром. Бесстолкновительная ударная волна. Переходная область. Структура магнитосферы. Магнитопауза. Полярные каспы. Геомагнитный хвост. Плазменный слой. Зона захвата.
4. Магнитосферы Юпитера и Сатурна. Магнитосфера Урана. Вырожденные магнитосферы Венеры, Марса, кометы Галлея. Магнитосфера Меркурия. Понятие о гелиосфере.
5. Крупномасштабные электрические поля в пограничном слое-магнитопаузе. Дрейф горячей плазмы плазменного слоя к Земле, адиабатическое ускорение частиц. Крупномасштабные трехмерные электрические токи в магнитосфере, из замыкание через проводящую ионосферу.
6. Радиационные пояса Земли. Распределение интенсивности захваченных в геомагнитную ловушку заряженных частиц. Понятие о дрейфовой оболочке ( L - оболочке), инвариантных координатах. Нарушение адиабатических инвариантов и диффузия захваченных частиц в магнитосфере поперек L -оболочек, по питч-углам. Механизмы наполнения и утечки энергичных частиц радиационных поясов. Энергетические спектры захваченных частиц, массовый и зарядовый состав энергичных ионов. Суммарная энергия захваченных частиц и сторм-тайм вариация геомагнитного поля (DST - вариация). Понятие о радиационной опасности для аппаратуры в поясе радиации.
7. Магнитосферная суббуря и магнитная буря. Формы проявления и фазы магнитосферной суббури. Инжекция энергичных частиц во внутреннюю магнитосферу и формирование пояса кольцевого тока, механизмы его распада.
8. Полярные сияния. Основные морфологические формы дискретных полярных сияний. Понятие о механизмах ускорения в спокойных однородных и в активных лучистых дискретных формах полярных сияний. Структура энергетических спектров и угловых распределений высыпающихся частиц в авроральном овале и в диффузной авроральной зоне. Полярные сияния как отображение процессов нагрева, ускорения и рассеяния частиц горячей плазмы в магнитосфере. Роль продольных токов. Понятие о связи овала полярных сияний с основными магнитосферными структурами-плазменным слоем, каспом.
9. Волновые излучения магнитосферной плазмы. Вистлеры, шипения, авроральное километровой радиоизлучение (АКР), ионноцикл стройные волны. Понятие о механизмах их возбуждения.
10.Верхняя атмосфера. Состав атмосферы. Ионосфера. Источники ионизации. Распределение электронной концентрации по высоте в среднеширокой ионосфере. Основные высотные области (слои) ионосферы. Изменение ионного состава с высотой. Поглощение радиоволн. Частота столкновений электронов. Распространение радиоволн в ионосфере. Рефракция радиоволн. Среднеширотный ионосферный провал, его природа. Провал легких ионов и плазмопауза. Заполнение внешней плазмосферы тепловой плазмой. Полярный ветер. Нагрев внешней плазмосферы. Стабильные красные дуги. Понятие об иносферах других планет.
ЛИТЕРАТУРА
1. , Новиков и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1975.
2. , , Мороз общей астрономии. М.: Наука, 1983.
3. Чемберлен Дж. Физика полярных сияний и излучения атмосферы. М.: Изд. Иностр. Лит,. 1963.
4. Краус . М.: Сов. Радио, 1973.
5. Тарасов приборы. Л.: Машиностроение, 1977.
6. Шкловский звезды и связанные с ними проблемы. М.: Наука, 1976.
7. Шкловский : их рождение, жизнь и смерть. М: Наука, 1984.
8. Физика космических рентгеновских лучей, гамма-лучей и частиц высоких энергий. М.: Мир, 1975.
9. , Козодоев элементарных
частиц. М.: Наука, 1966.
Ю. Статистика для физиков. М.: Мир, 1970. Н. Мурзин B.C. Физика космических лучей. М.: Изд-во МГУ, 1970.
12. Физика космических лучей. М.: Мир, 1973.
13. и др. Искровая камера. М.: Атомиздат, 1987.
14.Современная ядерная электроника. В 2-х томах. М.: Атомиздат, 1974.
15.Галактическая и внегалактическая радиоастрономия. Под ред. и . М.: мир, 1976 .
16.Бербидж Дж., Квазары. М.: Мир, 1969.
И. , Тейлор Дж. X. Пульсары. М.: Мир, 1980.
18.Астрофизика и космическая физика. Под ред. М.:
Наука, 1981. 19.Вспышки на звездах (сверхновые, рентгеновские источники,
Солнце). ВИНИТИ. Под ред. . М.: (Серия
Астрономия/ Итоги науки и техники/, т. 21).
20.Пекулярные звезды, сильные магнитные поля и гамма -астрономия. Под ред. . М.: ВИНИТИ, 1983. (Серия Астрономия/Итоги науки и техники/, т. 22).
21. Астрофизика и космическая физика ( астрофизика высоких энергий). Под ред. . М.: ВИНИТИ, 1983. (Серия Астрономии/Итоги науки и техники/, том 24).
22. Физика космоса. Изд. 2-е. М.: Сов. Энциклопедия, 1986.
23. Строение и эволюция звезд. М.: Изд. Иностр. Лит., 1961.
24., Сучков М.: Наука,1984.
25.Москаленко внеатмосферной астрономии. М.: Наука, 1984.
26.Мартынов общей астрофизики. Изд. 3-е. М.: Наука, 1979.
27.Пикельнер космической электродинамики. Изд. 2-е. М.: Наука 1966.
28.Соболев теоретической астрофизики. Изд. 3-е. М.: Наука, 1985.
29.Холопов скопления. М.: Наука, 1981.
30., Пикельнер межзвездной среды. М.:
Наука, 1979. ЗГПахольчик . М.: Мир, 1973.
32. Гинзбург электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967.
33. Солнечная радиоастрономия и астрофизика. М.: Мир, 1984.
34., , Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973.
35. Хёгбом. Радиотелескопы. М.: Мир, 1972.
36.Цейтлин техника и радиоастрономия. М.: Сов. радио, 1976.
37.Яковлев радиоволн в Солнечной системе. М.: Сов. радио, 1974.
38.Губанов B.C. и др. Введение в радиоастрономию. М.: Наука, 1983.
39.Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. Под ред. . М.: Сов. радио, 1978.
40., , в кн. «Влияние атмосферы на астрономические наблюдения в оптическом и радио диапазонах». Иркутск, 1980, стр. 19.
41.Тейлер Дж. Р. Галактики: строение и эволюция. М.: Мир, 1981.
42. Построение изображений в астрономии по функциям когерентности. М.: Мир, 1982.
43.На переднем крае астрофизики. М.: Мир, 1979.
44.International Astronomical Lujon Symposium, vol. 86, Radiophysics
of the Sun (1980)
45.IAU, vol. 94, Origin of Cosmic Rays (19Symposium 1AU, v. 95, Pulsa, (19IAU, v. 97 , Extragalactic Radiosources, (1982). 48.IAU, v. 106, The Milky Way Galaxy, (19IAU110 VLBI and Compact Radio Sources (19IAU, v. l 15 Ster Forming Regions, (1985).
51. Астрофизика высоких энергий. М.: Мир, 1984.
52., Тьюколски дыры, белые карлики и нейтронные звезды. В 2-х частях. М,: Мир, 1985
53. Солнечно-земная физика. М.: Мир. 1974.
54.Бранд Дж. Солнечный ветер. М.: Мир, 1972.
55. Дж. Расширение короны и солнечный ветер. М.: Мир, 1976.
56. Радиационный пояс и магнитосфера Земли. М.: Атомиздат, 1971.
57. Полярные и магнитосферные суббури. М.: Мир, 1971.
58.Редерер X. Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем М.: Мир, 1972.
59.Бауэр 3. Физика планетных ионосфер. М.: Мир, 1976.
60.Космическая геофизика. Под ред. А. Эгеланда, О. Хольтера и А. Омхольта. М.: Мир, 1976
61. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Мир, 1980
62. Физика магнитосферы. Количественный подход. М.: Мир, 1987.
63.Ионосферно-магнитные возмущения в высоких широтах. Под ред. и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
64.Молчанов волны и индуцированные излучения в околоземной плазме. М.: Наука, 1985.
65.Итоги науки и техники. Исследования космического пространства. Т. 24, 1986. Плазменные процессы в солнечной системе. Под ред. . М.: ВИНИТИ, 1986
