Открытия

У Вселенной появилась ось

старых фантастических романах звездные корабли бороздят Вселенную, словно парусники океан. Планеты – как острова, галактики – словно континенты… Но в последнее время фантастов перестал занимать дальний космос, даже как условный прием. Не в последнюю очередь потому, что сегодня человеческого воображения не хватает, чтобы представить целостную картину Вселенной.

Профессионалы давно смирились с этой неприятностью. Известный наш астроном Иосиф Шкловский заметил, что если бы предавался “размышлениям о чудовищности размеров Галактики, о невообразимой разреженности газа, из которого состоит галактическая корона, о ничтожности нашей малютки-планеты и собственного бытия”, то всякая работа прекратилась бы автоматически. Он писал это в середине семидесятых. Сегодня каждый размышляющий об устройстве Вселенной должен добавить ко всем перечисленным обстоятельствам еще одно – невообразимую сложность мироздания. Меньше всего мир похож на пустое пространство, равномерно заполненное звездами, галактиками и их скоплениями. Нет в нем ни строгой иерархичности, ни гармонии сфер. Галактики сталкиваются и разрушают друг друга или вдруг взрываются, обьединяются в скопления и сверхскопления, столь огромные, что и слова подходящего не подберешь, чтобы выразить их размеры. Что такое миллиард световых лет? Как вообще может существовать в виде некой целостности структура такого размера? А ведь существуют и взаимодействуют друг с другом, хотя сам факт их существования плохо вписывается в общепринятые теории развития Вселенной.

Между тем астрономы продолжают делать новые открытия. В последнее время они все чаще появляются в результате обработки уже накопленных материалов. Таковы, например, первые результаты европейского международного проекта “Гиппарх” по созданию трехмерной карты звездного неба, поставившие под сомнение принятые в науке представления о возрасте Вселенной. Некоторые звезды оказались едва ли не в полтора раза старше, чем сама Вселенная. Как это можно интерпретировать, пока неизвестно. Либо мы ошибаемся в оценках возраста Вселенной, либо в оценках возраста звезд. И то, и другое требует пересмотра существующих теорий.

А недавно было потрясено само основание современной космологии – представление о том, что во Вселенной нет никаких предпочтительных направлений и пространство во всех направлениях однородно. До недавнего времени это убедительно подтверждалось существованием слабого реликтового излучения. Его интенсивность одинакова на всех участках неба, что явно свидетельствует о том, что в принципе физические условия в самых разных частях Вселенной мало отличаются друг от друга.

В последнее время появились сомнения в правильности этого утверждения. Американские ученые, исследовавшие радиоизлучение 160 удаленных галактик, обнаружили, что электромагнитные волны, проходя это огромное расстояние, вращаются по спирали. Этот эффект накладывается на так называемый эффект Фарадея – поляризацию излучения, вызванную межгалактическими магнитными полями.

Дело не только во взаимодействии электромагнитных полей. Оказалось, что размах этого вращения как будто зависит от углов, под которыми это радиоизлучение распространяется относительно некой невидимой оси, пролегающей сквозь Вселенную. Самое быстрое вращение наблюдается, если радиоволны распространяются параллельно или почти параллельно этой неведомой оси. С чем связан этот эффект, каков его физический механизм – неизвестно, но эта ось словно определяет, каким образом излучение должно путешествовать по Вселенной.

Ось мира обнаружили Борг Нодлэнд из Рочестерского и Джон Рэлстон из Канзасского университетов. Они просто обработали данные, которые в течение многих лет накапливали ученые самых разных стран.

По словам Нодлэнда, значение открытия в том, что теперь нельзя утверждать, что космос повсюду одинаков. Нельзя больше сказать, что в нем нет ни верха, ни низа. Ось Вселенной существует. Если смотреть с Земли, один ее конец будет направлен на созвездие Секстана, а другой – на созвездие Орла. Словно Полярная звезда, она ориентирует Вселенную.

Ученые пока не успели сформулировать своего отношения к результатам Нодлэнда и Рэлстона, лишь недавно опубликованным в “Physical Review Letters”, однако все согласны с тем, что, если они верны, то это перевернет не только космологию, но и физику. Так, пытаясь обьяснить эффект, ученые пришли к предположению, что, возможно, электромагнитное излучение распространяется во Вселенной с двумя немного различными скоростями. Между тем скорость света – важнейшая физическая константа.

Пока большинство специалистов настроены скептически, но, если в ходе других экспериментов эффект подтвердится, скорее всего придется подправить физику.

Петр ДЕЙНИЧЕНКО

Зарубежный опыт

Уютный мирок

в Галактике

звестно, что развитие современного естествознания, фундаментальные физические теории, философия в большой степени определялись развитием астрономии. Неудивительно, что она занимала и занимает одно из ведущих мест в формировании научного мировоззрения. Современная физика, математика, химия, география и другие науки своими корнями в той или иной мере уходят в астрономию. Несмотря на это, преподавание астрономии в школе оставляет желать лучшего. Во многих учебных заведениях этот предмет как отдельный вообще исчез. Но если бы дело было только в астрономии! Падение интереса учащихся к естественным наукам, впрочем, заметно не только в нашем отечестве, оно характерно для большинства развитых стран.

Американцы даже беспокоятся о потере статуса великой державы. В Гарвардском университете уже несколько лет подряд для решения данной проблемы собираются специалисты, школьные учителя, преподаватели университета. Результатом их работы стала программа STAR (Science Teaching through its Astronomical Roots). Ее общая идея – использование астрономии как увлекательного предмета для повышения заинтересованности школьников в изучении естественных наук.

Дословный перевод программы STAR – “Обучение естествознанию через его астрономические корни”. Она ориентирована не на выпускников, а на ребят 10-14 лет. В этой ориентации как раз заложен основной замысел авторов проекта STAR: астрономия – не цель, а средство, она используется как заманивающий путь в науку.

Стартовая установка проекта такова: лучше всего школьники обучаются на практических работах. “Лабораторки”, “activities”, помогут развить навыки наблюдения и исследования. Для этого ученикам предлагается строить модели – физические и математические , а затем использовать их в обьяснении явлений окружающего мира.

Действительно, в астрономии, чье поле исследований огромно, как сам космос, и шагу не сделать без моделей. Это с их помощью были найдены размеры, положения и скорости Солнца, Луны, планет, а потом и звезд.

Оборудование для практикумов должно быть недорогим. Материалы, используемые для построения моделей, – бумага, ножницы, клей, линейка, пустая банка и т.д. Учебник по программе STAR представляет собой одновременно и рабочую тетрадь, в которой пишут и рисуют. В результате, пассивное “show-and-tell” (показывай и рассказывай) сменяется на активно-исследовательское “ask-and-do” (спрашивай и делай).

STAR оставляет в уроках лишь то, что дети могут обьяснить самостоятельно.

Кроме того, создатели программы предполагают ориентировать ее не на лучших, наиболее способных учеников, а на основную их массу. Учить всех не умеют пока нигде, но искать пути подлинно массовой школе необходимо: “темнота даже части населения губительна”.

Стоит сказать несколько слов о наивных теориях. В обычной школьной практике запрещается спрашивать ученика о том, чего ему не обьяснили. А в STAR каждое занятие начинается именно с таких вопросов: предлагается предсказать результат опыта или наблюдения до того, как они сделаны. Цель предваряющих работу вопросов – вызвать из памяти ученика уже имеющиеся модели природы, привлечь внимание не только к выполняемым операциям, но и к общим представлениям о мире. Таким образом, школьник призывает на помощь свои “микроконцепции” и “наивные теории”. Если же убеждается, что его концепция не работает на практике, то отказывается от нее с легкостью. Ни хорошие отметки, ни авторитет учителя, ни вся школьная премудрость вообще не вытеснят предрассудков, пока мир школы не пересечется с реальным миром.

STAR состоит из двух уровней. На первом – ученики занимаются наблюдениями дневного и ночного неба, учатся определять положения обьектов на нем, находить размеры Земли, Луны и Солнца и расстояния до них. Знакомятся с некоторыми свойствами света, мастерят собственный телескоп и строят масштабную модель Солнечной системы.

На втором уровне исследования ребят переносят их за пределы Солнечной системы – к звездам и галактикам и, наконец, приводят к модели Вселенной как целого. Носителями информации о далеких мирах становятся свет и гравитация.

STAR – это далеко не полный курс астрономии. Из программы исключены разделы, неудобные для освоения через практические работы или требующие серьезной математической подготовки, или слабо связанные с другими естественными науками и повседневным опытом.

Хочется надеяться, что основной задачей или даже “сверхзадачей” современной астрономии, независимо от ее государственной принадлежности, в школе станет развитие эмпатии, миротворчества. Путешествуя по разным моделям Солнечной системы, созвездий, Галактике, ребенок посещает воображаемые миры. Привыкая к ним, он постепенно проникается благодарностью и даже ответственностью перед ними. Вместе с наблюдательностью он приобретает душевную пристальность. И, возможно, у ребенка наконец появится свой надежный и уютный мир, с “лужайкой из леса, оградой из гор”, а вместе с ним чувство защищенности и покоя.

Виктор ЧАРУГИН,

профессор астрофизики МПГУ

Отечественная практика

Кабинетный планетарий

По просьбе корреспондента “УГ” новую школьную программу по астрономии прокомментировал начальник отдела естественно-математического образования Министерства общего и профессионального образования РФ, заслуженный учитель школы РФ, кандидат педагогических наук Владимир Анатольевич ко╡овин:

связи с введением обязательного девятилетнего образования стало необходимо внести в программу существенные изменения. Так, если раньше астрономия изучалась только в 11-м классе и существовал один учебник, то теперь до 9-го класса она интегрирована в физику, а в старших классах в зависимости от профиля образования соответственно и подбираются учебники. Учебник, например, А.В.Засова и Э.В.Кононовича рассчитан на углубленное изучение курса, когда на него отводится 2 часа в неделю. Но многим учащимся совсем не нужно получать знания по астрономии в таком обьеме. Поэтому другие учебники предусматривают меньшее количество часов. Есть также программы факультативного преподавания астрономии.

Поскольку образование после 9-го класса теперь дифференцированное, ученик, выбравший, скажем, гуманитарный профиль, знаний по астрономии в старших классах не получит. Этим и обусловлена интеграция ее в курс физики в 7-м, 8-м и 9-м классах, чтобы дать школьникам необходимые сведения. При этом обязательно используются межпредметные связи. Например, изучая закон всемирного тяготения, дети узнают о влиянии движения небесных тел на приливы и отливы, на движение планет. Новый учебник так и называется – “Физика и астрономия”.

Минимальные знания ученики получают еще в 4-5-х классах. Элементы астрономии входят также в курс естествознания, который изучается в 5-6-х классах и включает элементы физики, химии и других естественных наук.

Работа над концепцией преподавания астрономии в школе продолжается.

Новая программа рассчитана на то, что астрономия изучается в учебных заведениях разного профиля. Одно дело – аэрокосмический лицей и совсем другое – общеобразовательная школа. Вот почему мы предлагаем три учебника для 11-го класса, ориентированных на разные уровни обучения.

С учетом изменений в программе проводятся теперь олимпиады по астрономии. Участники делятся на две возрастные группы: до 9-го класса и старшеклассники. В первую группу входят в основном ученики, которые занимаются в астрономических кружках.

Говоря о преподавании астрономии, нельзя не отметить сложности с материальной базой. В тех городах, где есть планетарий, легче. Я сам в бытность учителем брал абонемент в Московский планетарий и водил туда детей. Но в том-то и дело, что такая возможность есть не везде. Хотя я знаю школы, в которых существуют планетарии в кабинете физики. Но далеко не все школы располагают для этого достаточной базой.

Записал Руслан ЦАРЕВ