Приложение

Приложение
Институт
Направление
Профиль/программа
Описание образовательной
программы
№
пп
Индекс по
УП
М1
М1.Б
ИЕН
011200 Физика
011200.68.ХХ Классическая и прикладная астрономия. Небесная механика
Магистерская программа ориентирована на подготовку высококвалифицированных специалистов в области астрометрии и небесной
механики, имеющих глубокие теоретические знания и владеющих навыками проведения наблюдений на современных астрономических приборах и
инструментах. Основные направления подготовки: теории движения естественных и искусственных небесных тел; современные методы
астрометрии и небесной механики. Подготовка магистрантов ведется в тесном контакте с сотрудниками Коуровской астрономической обсерватории
УрФУ, астрономических учреждений России и мира.
Наименования
дисциплин
Аннотации к рабочим программам
Общенаучный цикл
Базовая
1
М1.Б.01
Философские вопросы
естествознания
2
М1.Б.02
Специальный физический
практикум
М1.В
Вариативная
3
М1.В.01
Иностранный язык
4
М1.В.02
Компьютерные технологии в
науке и образовании
5
М1.В.03
Дисциплина по выбору 1
М1.В.03.01
Физика наноматериалов
М1.В.03.02
Фракталы в физике
Изучение дисциплины направлено на освоение магистрантами результата обучения: использовать в профессиональной деятельности
знание современных философских проблем естествознания и основных методов научного исследования.
В результате освоения дисциплины магистрант должен:
знать: понимать и глубоко осмыслять философские концепции естествознания; место естественных наук в выработке научного
мировоззрения; основные этапы развития отечественной и мировой философии науки; основные этапы истории науки; современные
проблемы онтологии и гносеологии;
уметь: профессионально оформлять и представлять результаты физических исследований; предлагать и аргументировано
обосновывать способы решения исследовательских задач в области философии науки; формулировать новые цели и достигать новые
результаты в соответствующей предметной области;
владеть: основами методологии научного познания при изучении различных уровней организации материи, пространства и времени;
применения основных методов научного исследования.
Цель дисциплины - приобретение навыков проведения научных исследований в рамках заданной тематики, анализ получаемой
физической информации с использованием современной вычислительной техники и современных информационных технологий.
Практикум учит выбору необходимых методов исследований и необходимой для этого аппаратуры, разработке новых методов
исследований. Задача дисциплины также состоит в обсуждении на научных семинарах полученных результатов, написании и
оформлении научных статей и докладов на конференциях.
Дисциплина «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» предполагает систематизацию и совершенствование
знаний в области иностранного языка, достигнутых на предыдущей ступени образования, а также навыков и умений, необходимых для
эффективного делового общения на современном иностранном языке в устной и письменной формах в соответствии с уровнем В1
Общеевропейских компетенций владения иностранным языком, формирование компетенций, необходимых для выполнения конкретных
видов научной и профессиональной деятельности в сферах и ситуациях общения, связанных с использованием иностранного языка.
На всех этапах курса иностранного языка обращается внимание на обучение магистрантов методике самообразования, которая
позволяет им овладеть приемами извлечения информации из текстов, знакомит со способами ее передачи в виде аннотаций,
рефератов, устных докладов и сообщений.
В курсе изучаются стохастические и динамические модели вещества и алгоритмы моделирования. Изучаются численные методы
математического моделирования. Рассматривается введение в технологии параллельного программирования MPI и OpenMPI.
Изучается управление пакетом молекулярно-динамического моделирования на многопроцессорных системах LAMMPS.
Рассматриваются геометрические фазовые переходы и фракталы
Дисциплина посвящена изучению закономерностей протекания различных физико-химических процессов в областях нанометровых
размеров. Рассматриваются новые перспективные функциональные наноматериалы. Дается представление о методах синтеза
разнообразных материалов (фуллененов, наноматериалов, магнитных материалов, композиционных, керамических материалов и т.д.),
об их структуре, свойствах и возможном применении
Развитие учения о фракталах. Основы современных представлений, используемых для описания статики и кинетики
реальных объектов, обладающих сложной формой. Основы фрактальной геометрии и использование представлений о фрактальности
для количественного описания эволюции реальных объектов, рассмотрение проблемы геометрических фазовых переходов, эволюции
кластеров и различных типов перколяционных явлений.
6
М1.В.04
Дисциплина по выбору 2
М1.В.04.01
Физика неупорядоченных сред
Различные неупорядоченные системы являются как предметом фундаментальных исследований, так и находят самое широкое
практическое использование. Знание физики неупорядоченных сред сегодня стало необходимым элементом подготовки
профессионального физика. В данном курсе рассматриваются общие свойства неупорядоченых систем, макроскопические
характеристики неупорядоченых систем. Дана общая постановка задачи об определении материальных уравнений в неупорядоченных
системах. Рассматриваются флуктуации характеристик неупорядоченных систем, методы теории функций Грина для неупорядоченных
систем, динамический хаос, основные понятия синергетики, структура неупорядоченных твердых тел, элементарные возбуждения в
неупорядоченных средах.
М1.В.04.02
Техника физического
эксперимента
Излагаются элементы теории измерений. Изучаются приборы и методика основных типов физических измерений. Подробно изучается
современная цифровая измерительная техника и использование современных ИТ- технологий в эксперименте.
М2
Профессиональный цикл
М2.Б
Базовая
(общепрофессиональная)
7
М2.Б.01
Современные проблемы
физики
8
М2.Б.02
История и методология
физики
М2.В
Вариативная
М2.В.01
Дисциплина по выбору 3
9
М2.В.01.01
Методы размерности и
подобия в физике и
астрофизике
Курс нацелен на приобретение знаний и развитие способности студента свободному владению профессиональными знаниями для
решения задач, возникающих в научно- исследовательской деятельности. Курс позволяет студенту овладеть современной физической
картиной мира и иметь представление о современных научных технологиях. Анализируется связь современных проблем физики и
глобальных экологических проблем.
Изучаются основные этапы развития физической науки и связь процесса развития физики с развитием техники и технологий, а также
других наук . Рассматривается возникновение и совершенствование методологического подхода физики к изучению окружающего
мира. Изучается вклад отечественных ученых в развитие физики.
Методы теории размерностей и подобия нашли широкое применение во всех разделах точных наук. Причем в астрофизике эти методы
имеют особенно большое значение. Причина заключается в том, что решение практически любой астрофизической проблемы всегда
осложняется необходимостью учета многих факторов, либо известных приближенно, либо вообще неизвестных. В этих условиях важно
иметь простые соотношения, свободные от излишней детальности, но зато позволяющие оценить роль плохо известных факторов.
Именно теория размерностей дает эффективные методы получения таких соотношений. С другой стороны, астрофизики изучают
большое количество небесных объектов, и хотя, многие из них индивидуальны по своим свойствам, но одной из основных проблем
астрофизики как науки являются поиски закономерностей подобия в структуре и эволюции разных небесных тел.
Цель курса размерностного анализа заключается в том, чтобы научить студентов пользоваться методами теории анализа
размерностей и подобия на основе астрофизических и физических применений. Каждый астрофизик имеет хотя бы элементарные
представления о методах теории размерностей и применяет их в той или иной мере в своей работе.
В рамках курса изучаются основные приемы метода анализа размерностей и подобия, рассматриваются многочисленные
примеры применения к различным астрофизическим проблемам: теории внутреннего строения звезд (политропных и конвективных,
белых карликов и нейтронных звезд, звезд с лучистым переносом энергии), проблеме звездных пульсаций, вращения и магнитных
полей звезд, некоторым вопросам внегалактической астрономии и др.
Для успешного освоения курса студенты должны иметь подготовку по общей астрономии, термодинамике, квантовой и
ядерной физике, теоретической астрофизике.
Студенты получают опыт и навыки в нахождении функциональных зависимостей физических процессов исходя из основных
параметров, характеризующих астрофизическую систему, т.е. в тех случаях, когда теория, описывающая данное явление, отсутствует,
а также нет эмпирических формул, основанных на достоверных наблюдательных данных.
Полученные студентами знания используются в курсах звездной астрономии, теории и эволюции звезд, переменных звезд, а
также в практической деятельности, связанной с научными исследованиями по основным проблемам астрофизики.
Методическая новизна курса заключается в подробном изложении основ метода теории анализа размерностей и в анализе
большого количества примеров применения этого метода к астрофизическим задачам.
10
М2.В.01.02
Космология
М2.В.01.03
Теория движения
искусственных спутников
Земли
М2.В.02
Дисциплина по выбору 4
М2.В.02.01
Численные методы небесной
механики
М2.В.02.02
Динамика звездных систем
М2.В.02.03
Динамика Солнечной системы
Космология изучает Вселенную как целое и как она развивается во времени, основываясь на наблюдательных данных и теоретических
выводах. В последние десятилетия космология является наиболее динамично развивающейся областью современной астрофизики.
В рамках курса студенты знакомятся с основными положениями современной космологии: со стандартной моделью горячей Вселенной,
инфляционной моделью, космологическими решениями Фридмана. Рассматриваются крупномасштабная структура Вселенной,
ускоренное расширение Вселенной и космический вакуум, проблема скрытой массы.
Для успешного освоения курса студенты должны иметь подготовку по общей астрономии, термодинамике, квантовой и ядерной физике,
теоретической астрофизике, электродинамике, физике межзвездной среды.
Полученные студентами знания используются в практической деятельности, связанной с научными исследованиями в
области космологии.
Методическая новизна курса заключается в изложении современного состояния проблем космологии на основе научных
публикаций последних лет.
Цель курса — ознакомить студентов с современным состоянием теории движения искусственных спутников Земли (ИСЗ). Задача
курса — научить студентов применению методов теории движения ИСЗ при решении практических задач. Для успешного освоения
курса студенты должны изучить небесную механику.
В курсе рассматриваются уравнения движения, применяемые для описания движения ИСЗ. Изучаются основные возмущающие
факторы: несферичность гравитационного поля Земли, притяжение Луны и Солнца, сопротивление атмосферы, влияние светового
давления, а также малые возмущающие факторы. Рассматриваются особенности и закономерности эволюции орбит ИСЗ. Особое
внимание уделяется описанию эволюции орбит под действием основных возмущений. Рассматривается эволюция орбит резонансных
спутников.
В ходе освоения курса студенты получают знания о современных методах теории движения ИСЗ, вырабатывают умения по
применению методов теории движения ИСЗ при решении практических задач, связанных с прогнозированием движения спутников.
Цель курса — познакомить студентов с современными численными методами небесной механики. Задачи курса — научить
студентов применять численные методы при решении практических задач небесной механики. В курсе рассматриваются вопросы
построения алгоритмов точного численного прогнозирования движения небесных тел на основе применения численных методов
высоких порядков и преобразований, регуляризирующих и стабилизирующих уравнения движения; изучаются методы Рунге–Кутты
высоких порядков, метод тейлоровских разложений, неявные одношаговые алгоритмы Эверхарта, экстраполяционныс методы,
многошаговые методы, учитывающие свойства движения, метод многооборотного интегрирования.
Динамика звездных систем изучает движения звезд под влиянием действующих на них сил в звездных системах. Основной
задачей звездной динамики является исследование особенностей и механизмов динамической эволюции звездных систем.
В рамках курса рассматриваются как классические разделы звездной динамики (движение в регулярном поле, изолирующие
интегралы движения звезд в силовых полях с разной симметрией, задача Джинса, действие иррегулярных сил, «столкновительная»
релаксация звездных систем), так и современные проблемы (стохастическое движение звезд, экспоненциальная расходимость близких
траекторий, бурная релаксация и различные виды фазового перемешивания в бесстолкновительных системах). Представляют
заметный интерес раздел по динамике рассеянных звездных скоплений (РЗС) и связанные с ним задачи, в ходе решения которых
студенты приобретают навыки поиска и вычисления периодических орбит, а также навыки анализа устойчивости таких орбит в моделях
РЗС.
Полученные студентами знания используются в курсах звездной астрономии, небесной механики, при анализе данных
звездной статистики и кинематики звездных систем, а также в практической деятельности, связанной с наблюдениями РЗС.
Исследование движения тел Солнечной системы является одной из актуальных задач небесной механики. Вопросы,
связанные с представлениями о строении Солнечной системы, формировании динамической структуры, ее устойчивости находятся на
переднем крае науки.
В курсе рассматриваются современные представления о строении Солнечной системы, основы математической теории
устойчивости, асимптотические методы решения дифференциальных уравнений, теория резонансных систем, аналитические и
численные теории движения больших планет, результаты численного моделирования движения больших планет на космогонических
интервалах времени.
Цель курса — познакомить студентов с историей вопроса и с современными представлениями о динамике и устойчивости
Солнечной системы.
Задачи курса — научить студентов использовать современный математический аппарат для решения задач, связанных с
исследованием динамической эволюции планетных систем.
Для успешного освоения курса требуется знание общей астрономии, небесной механики, теоретической механики. Курс
необходим для успешного выполнения выпускной квалификационной работы.
При изучении курса студенты получают знания о строении и динамических свойствах Солнечной системы и известных
внесолнечных планетных системах, приобретают навыки исследования динамической эволюции планетных систем.
Методическая новизна курса состоит в адаптации современных методов исследования динамических систем для решения
небесномеханических задач.
11
12
М2.В.03
Дисциплина по выбору 5
М2.В.03.01
Методы звездной статистики
М2.В.03.02
Аналитическая небесная
механика
М2.В.04
Дисциплина по выбору 6
М2.В.04.01
История и методология
астрономии
М2.В.04.02
Математические пакеты
М2.В.04.03
Методы компьютерной
алгебры в небесной механике
М2.В.04.04
Стохастическая небесная
механика
Курс содержит информацию области многомерной статистики, использует понятие случайного вектора, его ковариационной
матрицы, многомерных распределений. Уточняет понятия оценки, статистики, многомерной линейной регрессии, расширяет до
многомерного понятие доверительного интервала. Знакомит студентов с методами исследования выборочных распределений,
исправления влияния случайных ошибок на выборочные распределения. Углубляет знания о дисперсионном и регрессионном анализе,
методе максимального правдоподобия. Знакомит с основами исследования и обработки временных рядов, сглаживанием данных,
вейвлет-анализом. Дает знания о методике проведения численных статистических экспериментов.
По результатам курса студенты должны ориентироваться в современных методах статистического анализа
экспериментальных данных. Преподавание ведется на примерах из звездной астрономии.
Цель курса — познакомить студентов с современными аналитическими методами небесной механики. Задачи курса —
научить студентов применять аналитические методы при решении практических задач небесной механики. В курсе рассматриваются
следующие вопросы. Уравнения движения Эйлера и Лагранжа в оскулирующих элементах. Теория возмущенного движения. Малые
параметры в теории движения планет и спутников. Промежуточные орбиты. Разложение пертурбационной функции. Интегрирование с
помощью рядов по степеням времени (метод неопределенных коэффициентов и метод рядов Ли). Формальное интегрирование
уравнений движения в элементах промежуточной орбиты методом малого параметра Ляпунова–Пуанкаре. Малые знаменатели.
Резонанс. Теоремы Пуанкаре о ранге и классе возмущений. Сходимость в методе малого параметра. Формальное интегрирование
методом осреднения. Асимптотический характер метода осреднения. Метод преобразований Ли в теории возмущений. Теория вековых
возмущений.
Специализирующиеся в области астрономии студенты к тому времени, когда они приступают к изучению истории своей науки, уже
обладают знаниями на уровне, достигнутом астрономией к началу XXI века. Будущие исследователи должны быть осведомлены о том, в каких
условиях и какими путями были достигнуты успехи их науки.
Задача курса — проследить развитие основных представлений человека о Вселенной, осветить длительные этапы
количественного накопления новых астрономических данных и эпохи революционных преобразований астрономической картины
мира.
Цель курса — раскрыть внутреннюю логику развития астрономической науки.
Знание истории науки позволяет специалисту в той или иной ее области выйти за пределы своей современности и
увидеть современные представления в их развитии. Изучение истории науки помогает лучше ориентироваться и в современных
событиях, и в тенденциях развития знаний, т. е. видеть перспективы науки.
В процессе освоения курса студенты получают знания о путях развития науки, об условиях, в которых состоялись те или
иные научные открытия, получают навыки и умения при выполнении научно-исторических исследований.
Методическая новизна курса состоит в том, что развитие астрономической науки, ее методологии рассматривается как
процесс становления научной картины мира, как процесс развития науки, имеющей огромное мировоззренческое влияние.
Для успешного проведения научных исследований, выполнения научно-технических разработок необходимо иметь навыки
работы с математическими пакетами, реализующими основные аналитические и численные методы. В курсе рассматривается
математический пакет Maple. Цель курса — изучение и освоение современных методов компьютерной алгебры на примере пакета
Maple. Задача курса — научить студентов решению фундаментальных и прикладных задач с помощью пакета Maple.
Для успешного освоения курса требуется подготовка по информатике, математике и физике. Умения и навыки,
приобретенные в процессе изучения курса, необходимы при изучении специальных курсов.
В процессе изучения курса студенты знакомятся с основными функциями и принципами работы в Maple, осваивают методику
проведения научных исследований с помощью Maple, получают навыки выполнения научно-технических разработок с использованием
математического пакета Maple.
Освоение пакета Maple ведется на основе примеров из астрономии и геодезии. Особое внимание уделяется пакетам Maple,
применяемым при проведении астрономических исследований и геодезических расчетов.
Цель курса — познакомить студентов с современными методами компьютерной алгебры, применяемыми при решении задач
небесной механики. Задачи курса — научить студентов использовать общие и специализированные системы компьютерной алгебры в
задачах небесной механики. В курсе рассматриваются следующие вопросы. Основы компьютерной алгебры. Ряды Фурье. Ряды
Пуассона. Эшелонированные ряды Пуассона. Алгоритмические основы построения кеплеровского и пуассоновского процессоров.
Системы компьютерной алгебры Maple, Mathematika. Специализированные системы компьютерной алгебры PSP, EPSP, TRIP, Piranha.
Цель курса — познакомить студентов с современными разделом небесной механики. Задачи курса — научить студентов
исследовать стохастические свойства небесномеханических систем. В курсе рассматриваются следующие вопросы. Хаос в
детерминированных системах. Инструменты для исследования стохастических свойств систем: характеристический показатель
Ляпунова, показатель MEGNO, интегральная автокорреляционная функция. Резонансы и стохастические слои. Проявления хаоса:
движение искусственных спутников Земли, эволюция орбит астероидов, проявления хаоса в движении больших планет. Орбитальная
эволюция на длительных интервалах времени.
М2.В.04.05
Дополнительные лаборатории
по Специальному
физическому практикуму
Зам.директора ИЕН
Курс «Дополнительная лаборатория по специальному физическому практикуму» рассматривает вопросы описания и
моделирования объектов межзвездной среды.
Основное внимание уделяется применению специальных математических численных методов для моделирования
физических процессов и формирования спектров излучения и поглощения для объектов межзвездной среды. Студенты знакомятся с
наработанными в данном разделе науки программными пакетами моделирования объектов и процессов, изучают способы анализа,
интерпретации и оценки получающихся модельных результатов.
Курс соединяет в себе ранее изучавшиеся математические и физические дисциплины и способствует их лучшему усвоению и
пониманию.
И.С.Киселева