Mgr. Petr PUDIVÍTR. Školitel: Doc. RNDr. Marek WOLF, CSc

V´ yuka astronomie na stˇ redn´ıch ˇ skol´ ach ˇ Í PRACE ´ DISERTACN

Mgr. Petr PUDIVÍTR ˇ Skolitel: Doc. RNDr. Marek WOLF, CSc.

Matematicko-fyzikáln´ı fakulta UK, 2004

Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou disertaˇcn´ı práci napsal samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım citovan´ ych pramen˚ u. Souhlas´ım se zap˚ ujˇcován´ım práce.

V Praze dne 10. ˇcervna 2004

Mgr. Petr Pudiv´ıtr

i

Rád bych podˇekoval vˇsem, kteˇr´ı se o tuto práci zaslouˇzili. Na prvn´ım m´ıstˇe dˇekuji svému ˇskoliteli Marku Wolfovi za veden´ı celé práce a cenné rady. Dˇekuji také Gymnáziu Christiana Dopplera, a pˇredevˇs´ım student˚ um astronomického semináˇre, na kter´ ych jsem mimo jiné ˇcást své práce testoval, aniˇz si toho vˇsimli. Velké podˇekován´ı si zaslouˇz´ı vˇsichni, kteˇr´ı mnˇe poskytli potˇrebné u ´daje, ˇclánky, rady, pˇr´ıpadnˇe se mnou korespondovali. Chtˇel bych podˇekovat zejména Ulrice Babiakové (im memoriam), Georgi Greensteinovi, Syuzo Isobe, Sergeji A. Lamzinovi, Magdˇe Stavinschi a Anatoly V. Zasovovi. Dˇekuji i své ˇzenˇe Liduˇs, která mˇe vˇzdy dokázala v pr˚ ubˇehu práce dostat z hvˇezdn´ ych v´ yˇsin do reality.

ii

Obsah Pˇ redmluva

vi

ˇ 1 V´ yuka astronomie v Cesk´ e republice 1.1 Znalosti ˇzák˚ u ze základn´ıch ˇskol . . . 1.2 Astronomie jako souˇcást osnov fyziky 1.3 Nadstandardn´ı v´ yuka astronomie . . 1.4 Astronomie v jin´ ych pˇredmˇetech . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

1 1 3 6 8

2 V´ yuka astronomie ve svˇ etˇ e 2.1 Evropské státy . . . . . . 2.2 Spojené státy a Kanada . 2.3 Austrálie a Oceánie . . . . 2.4 Latinská Amerika . . . . . 2.5 Asijské státy . . . . . . . . 2.6 Afrika . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

10 11 17 20 20 22 25

3 Nov´ e trendy ve v´ yuce astronomie 3.1 Nová témata . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Aktivity v hodinˇe . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Projektová v´ yuka . . . . . . . . . . . 3.2.2 Demonstraˇcn´ı v´ yuka . . . . . . . . . 3.2.3 Praktická mˇeˇren´ı a zpracováván´ı dat 3.3 Astronomie pro humanitnˇe zaloˇzené . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

26 26 27 28 29 32 33

. . . . . . . .

36 36 37 38 39 40 40 41 44

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

4 Poˇ c´ıtaˇ ce ve v´ yuce astronomie 4.1 Astronomické informace na internetu ˇ e odkazy . . . . . . . . . 4.1.1 Cesk´ 4.1.2 Zahraniˇcn´ı odkazy . . . . . . 4.2 Astronomické obrázky . . . . . . . . 4.3 Astronomické internetové ˇcasopisy . . 4.4 Multimediáln´ı astronomie . . . . . . 4.5 Astronomické u ´lohy . . . . . . . . . . 4.6 Astronomické programy . . . . . . . iii

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

OBSAH

iv

5 Jak 5.1 5.2 5.3

vyuˇ covat astronomii? Základn´ı pojmy a pˇredstavy . . . . . . . . . . . . Zaˇrazen´ı astronomie do v´ yuky . . . . . . . . . . . Nová témata stˇredoˇskolské astronomie . . . . . . 5.3.1 Vesm´ır - jak vznikl a naˇse m´ısto v nˇem I . 5.3.2 Naˇse poznáván´ı sluneˇcn´ı soustavy . . . . . 5.3.3 Objekty ve vesm´ıru a jak o nich v´ıme . . . 5.3.4 Vesm´ır - jak vznikl a naˇse m´ısto v nˇem II . 5.4 Komentáˇr k nov´ ym témat˚ um . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

6 Z´ avˇ ery

46 47 48 51 51 52 53 54 55 56

A Vzdˇ el´ avac´ı syst´ emy 64 ˇ e republice . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 A.1 Vzdˇelávac´ı systém v Cesk´ ˇ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 A.2 Novinky ve ˇskolském systému v CR A.3 Zahraniˇcn´ı vzdˇelávac´ı systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 B Organizace pro v´ yuku v astronomii 71 ˇ B.1 Ceská republika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 B.2 Svˇet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 C Astronomick´ e soutˇ eˇ ze 74 ˇ a republika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 C.1 Cesk´ C.2 Svˇet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 D Sb´ırka u ´ loh D.1 Vesm´ır - jak vznikl a naˇse m´ısto v nˇem I D.2 Naˇse poznáván´ı sluneˇcn´ı soustavy . . . . D.3 Objekty ve vesm´ıru a jak o nich v´ıme . . D.4 Vesm´ır - jak vznikl a naˇse m´ısto v nˇem II D.5 Ostatn´ı u ´lohy . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

77 77 87 102 107 109

Abstrakt Název práce: Výuka astronomie na stˇredn´ıch ˇskol´ ach Autor: Mgr. Petr Pudiv´ıtr Katedra (´ ustav): Astronomický u ´stav UK Vedouc´ı disertaˇcn´ı práce: Doc. RNDr. Marek Wolf, CSc. e-mail vedouc´ıho: [email protected] Abstrakt: Tato disertaˇcn´ı práce mapuje v´ yuku astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách na celém ˇ e republice. Jej´ım c´ılem je také svˇetˇe, se zvláˇstn´ım ohledem na stˇredn´ı ˇskoly v Cesk´ sestaven´ı pˇrehledu astronomick´ ych témat nejen v rámci v´ yuky fyziky na stˇredn´ıch ˇskolách. Obsahuje sb´ırku netradiˇcn´ıch teoretick´ ych i praktick´ ych u ´loh z astronomie pro ˇsirˇs´ı okruh zájemc˚ u, která je vhodná i jako didaktická pom˚ ucka pro v´ yuku fyziky na ˇskolách vˇsech typ˚ u. V práci je zahrnuta i kapitola o vyuˇzit´ı v´ ypoˇcetn´ı techniky pˇri v´ yuce astronomie. Kl´ıˇcová slova: astronomie, stˇredn´ı ˇskola, výuka Title: Astronomical Teaching at High Schools Author: Mgr. Petr Pudiv´ıtr Department: Astronomical Institute of Charles University in Prague Supervisor: Doc. RNDr. Marek Wolf, CSc. Supervisor’s e-mail address: [email protected] Abstract: This thesis maps teaching astronomy at high schools all over the world, with the special attemp to high schools in the Czech Republic. Its goal is to set up a list of astronomical topics not only for teaching physics at high schools. It contains a collection of unusual, theoretical and practical problems of astronomy for wide range of applicants. The collection is useful as a didactic tool for teaching physics at schools of all types. One chapter of this thesis is given to using of computers in teaching astronomy. Keywords: astronomy, high school, teaching

v

Pˇ redmluva Astronomie jako ryz´ı pˇredmˇet na ˇskoly nepatˇr´ı. Mˇela by být rozpuˇstˇena v ˇradˇe jiných. Ne vˇsak ve formˇe hr˚ uznˇe nez´ aˇzivných teoretických kapitol, nýbrˇz v podobˇe toho, co zn´ ame na vlastn´ı oˇci. Kdo se bude cht´ıt potopit do taj˚ u vesm´ıru, ten si patˇriˇcnou literaturu najde. Jiˇr´ı Duˇsek (2002) ˇ e republice je velmi V´ yuka astronomie v konkrétn´ı tˇr´ıdˇe na stˇredn´ı ˇskole v Cesk´ závislá na uˇciteli, kter´ y v dané tˇr´ıdˇe vyuˇcuje fyziku. Tak je tomu vˇzdy v jakémkoli pˇredmˇetu. Astronomii tak vyuˇcuj´ı na jedné stranˇe uˇcitelé, kteˇr´ı jsou zároveˇ n amatérsk´ ymi astronomy, na stranˇe druhé lidé, kteˇr´ı o astronomii slyˇseli pouze pˇri studiu na fakultˇe, nebo ani to ne. Pˇresto je astronomie hodnocena celosvˇetovˇe jako velmi vhodn´ y pˇredmˇet pro v´ yuku pˇr´ırodn´ıch vˇed. Velkolepé obrázky vzdálen´ ych galaxi´ı dokáˇz´ı pˇritáhnout pozornost student˚ u. Astronomické u ´lohy v sobˇe spojuj´ı fyzikáln´ı principy, zemˇepisn´ y pohled, biologické ohledy i chemické problémy. Ve vˇsech tˇechto pˇredmˇetech m˚ uˇzeme naj´ıt u ´seky uˇciva, kdy je astronomická aplikace jeho vhodné doplnˇen´ı. Pˇri mnoha zmˇenách, ke kter´ ym docház´ı nejen ve ˇskoln´ıch osnovách, je otázkou se hloubˇeji zab´ yvat t´ım, zda astronomii vyuˇzijeme k motivaci student˚ u, nebo zda se nám zdá pouze jako vhodn´ y doplnˇek stávaj´ıc´ıch teori´ı. Zda je v˚ ubec nutné astronomii na stˇredn´ıch ˇskolách vyuˇcovat, pˇr´ıpadnˇe jakou formou. V t´ eto pr´ aci navrhuji jednak vyuˇ zit´ı astronomie jako spojovac´ıho ˇ cl´ anku mezi jednotliv´ ymi pˇ r´ırodovˇ edn´ ymi pˇ redmˇ ety, pak i jako vhodn´ y doplnˇ ek pro v´ yuku pˇ redmˇ et˚ u v humanitn´ıch tˇ r´ıd´ ach. Zavrhuji myˇ slenku vyuˇ covat astronomii jako samostatn´ y pˇ redmˇ et, pokud se nejedn´ a o v´ ybˇ erov´ y semin´ aˇ r z astronomie. Z´ aroveˇ n od˚ uvodˇ nuji, proˇ c nen´ı potˇ reba nech´ avat astronomii jako jedno z t´ emat v´ yuky fyziky na gymn´ azi´ıch ˇ v Cesk´ e republice.

vi

Kapitola 1 ˇ V´ yuka astronomie v Cesk´ e republice 1.1

Znalosti ˇ z´ ak˚ u ze z´ akladn´ıch ˇ skol

ˇ e republice setkávaj´ı s astronomi´ı na základn´ı ˇskole. Uˇz Poprvé se ˇzáci v Cesk´ na prvn´ım stupni, nejdˇr´ıve v pˇredmˇetu prvouka (kter´ y je zaˇrazen do prvn´ıho aˇz tˇret´ıho roˇcn´ıku), je podle Standardu z´ akladn´ıho vzdˇel´ av´ an´ı ve spoleˇcenskovˇedn´ı a pˇr´ırodovˇedn´ı oblasti zaˇrazena orientace podle svˇetov´ ych stran a orientace v ˇcase (jak chápeme kalendáˇr, roˇcn´ı obdob´ı, reˇzim dne). V pˇredmˇetu pˇr´ırodovˇeda (pro ˇctvrt´ y a pát´ y roˇcn´ık) se dále v kapitole Zemˇe ve vesm´ıru objevuj´ı pojmy planeta Zemˇe, Mˇes´ıc, Slunce, sluneˇcn´ı soustava a vesm´ır. Za základn´ı uˇcivo pak uˇcitelé maj´ı chápat: • Slunce a jeho planety, postaven´ı Zemˇe, • pohyb Zemˇe kolem Slunce a otáˇcen´ı Zemˇe kolem osy, • stˇr´ıdán´ı roˇcn´ıch obdob´ı a stˇr´ıdán´ı dne a noci, • model Zemˇe - glóbus, • Slunce jako zdroj svˇetla a tepla - základn´ıch podm´ınek ˇzivota, 6. roˇcn´ık 8. roˇcn´ık 9. roˇcn´ık

Planeta Zemˇe Zemˇe a ˇzivot ˇ ek Clovˇ Zemˇe - naˇse planeta Vesm´ır

Zemˇepis Pˇr´ırodopis Pˇr´ırodopis Pˇr´ırodopis Fyzika

Tabulka 1.1: Základn´ı astronomická témata na druhém stupni ˇcesk´ ych základn´ıch ˇskol.

1

´ ˇ ´ REPUBLICE KAPITOLA 1. VYUKA ASTRONOMIE V CESK E

2

• práce s glóbusem, znázornˇen´ı pohybu planet (hra), • návˇstˇeva planetária (podle moˇznosti), • gravitaˇcn´ı s´ıla a jej´ı projevy (tato znalost je rozˇsiˇruj´ıc´ı). ˇ ak by dle platn´ Z´ ych osnov mˇel umˇet: • vysvˇetlit v´ yznam Slunce pro ˇzivot na Zemi a popsat postaven´ı Zemˇe ve vesm´ıru, • uvést d˚ usledky pohybu Zemˇe kolem jej´ı osy a kolem Slunce na ˇzivot a jeho rytmus, • ukázat pohyb Zemˇe a jeho d˚ usledky na glóbusu. ˇ aky nelze Doporuˇcen´ y pˇr´ıstup k obsahu a organizaci v´ yuky je neverbalistick´ y. Z´ pˇresycovat mnoˇzstv´ım pojm˚ u, sp´ıˇse je kladen d˚ uraz na porozumˇen´ı a ekologické myˇslen´ı ke vztahu k pˇr´ırodˇe i k celému ˇzivotn´ımu prostˇred´ı jako celku. Na druhém stupni základn´ıch ˇskol docház´ı u nás k diferenciaci uˇcebn´ıch pˇredmˇet˚ u do té m´ıry, ˇze jsou uˇceny i jin´ ymi pedagogy. Astronomická témata se ovˇsem objevuj´ı ve vˇsech pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇetech kromˇe chemie: v zemˇepise, pˇr´ırodopise a fyzice (viz tabulka 1.1). V´ yuka astronomie je tak uzavˇrena v devátém roˇcn´ıku na druhém stupni základn´ı ˇskoly nebo odpov´ıdaj´ıc´ım roˇcn´ıku v´ıceletého gymnázia (pokud uˇc´ı podle osnov pro základn´ı ˇskolu). Kapitola Vesm´ır v pˇredmˇetu fyzika si stanovuje za c´ıl nauˇcit ˇzáky následuj´ıc´ımu uˇcivu: • znalost svˇetov´ ych stran, • sluneˇcn´ı soustava a jej´ı sloˇzen´ı, charakteristika pohyb˚ u planet ve sluneˇcn´ı soustavˇe, obˇeˇzná doba planety, hvˇezdn´ y a sluneˇcn´ı den, • orientace na obloze podle v´ yznaˇcn´ ych nebesk´ ych objekt˚ u (planet, hvˇezd, souhvˇezd´ı), • základn´ı znalosti o hvˇezdách (podstata jejich sloˇzen´ı a vyzaˇrován´ı), orientace na mapˇe hvˇezdné oblohy, • vzdálenosti ve vesm´ıru (vˇcetnˇe pojmu svˇetelného roku). ˇ ak by dle platn´ Z´ ych osnov mˇel tedy umˇet: • ˇze sluneˇcn´ı soustava je tvoˇrena Sluncem, dev´ıti planetami, které kolem nˇej ob´ıhaj´ı pod vlivem jeho gravitaˇcn´ıho pole po uzavˇren´ ych kˇrivkách, dále mˇes´ıci planet, dalˇs´ımi mal´ ymi planetkami, meteroidy a kometami, • vyhledat základn´ı charakteristiky Slunce a planet v tabulkách, • orientovat se v mapˇe hvˇezdné oblohy a vyuˇz´ıvat ji k orientaci na obloze (vyhledat podle n´ı na obloze v´ yznaˇcné nebeské objekty),


3

• charakterizovat pojem obˇeˇzná doba planety a pojmy hvˇezdn´ y a sluneˇcn´ı den, • charakterizovat hvˇezdy jako vesm´ırná tˇelesa, v nichˇz je vysok´ y tlak a teplota, a která vys´ılaj´ı záˇren´ı vznikaj´ıc´ı pˇri sluˇcován´ı jader atom˚ u, jeˇz v hvˇezdách prob´ıhá, • charakterizovat Slunce jako hvˇezdu, • charakterizovat pojem svˇetelného roku jako dráhu, uraˇzenou svˇetlem za rok a pouˇz´ıvat tento pojem pˇri ˇreˇsen´ı problém˚ uau ´loh, • popsat základn´ı pˇredstavy o struktuˇre vesm´ıru a jeho v´ yvoji (tato znalost je nepovinn´ a ), • hovoˇrit o vys´ılán´ı umˇel´ ych tˇeles do vesm´ıru (tato znalost je nepovinná ). S tˇemito znalostmi se dostávaj´ı ˇzáci do prvn´ıho roˇcn´ıku stˇredn´ı ˇskoly, at’ jiˇz jde o vˇseobecné gymnázium, pˇr´ıpadnˇe stˇredn´ı odbornou ˇskolu, stˇredn´ı odborné uˇciliˇstˇe nebo konzervatoˇr1 .

1.2

Astronomie jako souˇ c´ ast osnov fyziky

Jedinou standartn´ı v´ yuku astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách lze naj´ıt v osnovách fyziky pro gymnázia. Aˇc se objevuj´ı astronomické poznatky i v u ´vodn´ı kapitole Planeta Zemˇe prvn´ıho roˇcn´ıku zemˇepisu, jedná se pouze o tvar, rozmˇery a pohyby Zemˇe, které stejnˇe student zná ze základn´ı ˇskoly. Uˇcebn´ı osnovy fyziky pˇredpokládaj´ı minimáln´ı moˇzn´ y rozsah v´ yuky 2/0 ve tˇrech roc´ıch2 , jako standartn´ı navrhuj´ı dotaci 2/0 ve vˇsech ˇctyˇrech roˇcn´ıc´ıch gymnázia. Nˇekteré ˇskoly zaˇrazuj´ı v niˇzˇs´ıch roˇcn´ıc´ıch dotaci hodin 2/1, pˇriˇcemˇz jsou cviˇcen´ı nebo laboratorn´ı práce z fyziky zaˇrazena pro kaˇzdého studenta dvouhodinovou prac´ı jednou za ˇctrnáct dn´ı. Osnovy fyziky pro gymnázia pˇredpokládaj´ı zahrnut´ı celkem osmi témat (jejich základn´ı pˇrehled i s orientaˇcn´ımi tématy shrnuje tabulka 1.2). Astronomie je zaˇrazena jednak v kapitole Gravitaˇcn´ı s´ıla, a potom jako posledn´ı téma fyziky. Kapitola Gravitaˇcn´ı s´ıla je vˇetˇsinou vykládána uˇciteli v prvn´ım roˇcn´ıku (a to bez ohledu na specializaci), astrofyzika jako samostatné téma je zaˇrazena do posledn´ıho roˇcn´ıku (do 3. nebo do 4.). Kapitola Gravitaˇcn´ı s´ıla navazuje tématicky na pˇredchoz´ı kapitoly kinematiky a dynamiky (student tak jiˇz má probrány napˇr. Newtonovy pohybové zákony, popis mechanické energie). Podle Uˇcebn´ıch dokument˚ u pro gymn´ azia je doporuˇceno 1

Jedinou v´ yjimkou jsou kvinty tˇech gymnázi´ı, na kter´ ych stˇredoˇskolská v´ yuka fyziky zaˇc´ıná ˇ jiˇz v kvartˇe (tedy v roˇcn´ıku odpov´ıdaj´ıc´ımu deváté tˇr´ıdˇe ZS). 2 Dotace 2/0 znamen´ a 2 hodiny t´ ydnˇe, ˇzádnou hodinu pro laboratorn´ı práci nebo cviˇcen´ı (kdy je vˇetˇsinou tˇr´ıda dˇelena).


Mechanika

Molekulová fyzika a termika

Mechanické kmitán´ı a vlnˇen´ı

Elektˇrina a magnetizmus

Optika Speciáln´ı teorie relativity

Fyzika mikrosvˇeta

Astrofyzika

4

Kinematika hm. bodu Dynamika hm. bodu a soustavy hm. bod˚ u Mechanická práce a energie Gravitaˇ cn´ı pole Mechanika tuhého tˇelesa Mechanika kapalin a plyn˚ u Vnitˇrn´ı energie, práce a teplo Plynné látky Kruhov´ y dˇej Pevné látky Kapaliny Zmˇeny skupenstv´ı látek Kmitán´ı mech. oscilátoru Mechanické vlnˇen´ı Zvukové vlnˇen´ı Elektrick´ y náboj Elektrick´ y proud v kovech Elektrick´ y proud v kapalinách Elektrick´ y proud v plynech a ve vakuu Stacionárn´ı magnetické pole Nestacionárn´ı magnetické pole Stˇr´ıdav´ y proud (i v energetice) Elektromagnetické kmitán´ı a vlnˇen´ı Zobrazován´ı opt. soustavami Vlnová optika Elmg. záˇren´ı a jeho energie Relativistická kinematika Relativistická dynamika Struktura mikrosvˇeta Atomová fyzika Jaderná fyzika ˇ Cásticová fyzika Fyzikáln´ı obraz svˇeta Sluneˇ cn´ı soustava Hvˇ ezdy a galaxie Dodatky

Tabulka 1.2: Témata stˇredoˇskolské fyziky na ˇcesk´ ych gymnázi´ıch s tuˇcnˇe vyznaˇcen´ ymi tématy t´ ykaj´ıc´ımi se astronomie.


5

na probrán´ı kapitoly vymezit3 8 hodin, bˇehem kter´ ych je probrán Newton˚ uv gravitaˇcn´ı zákon, gravitaˇcn´ı a t´ıhová s´ıla, intenzita gravitaˇcn´ıho pole, gravitaˇcn´ı pole homogenn´ı a nehomogenn´ı, gravitaˇcn´ı a t´ıhové zrychlen´ı a dále pohyby tˇelesa v gravitaˇcn´ım poli (tedy pohyby tˇeles v t´ıhovém homogenn´ım poli a gravitaˇcn´ım radiáln´ım poli, Keplerovy zákony). Astronomie se tak t´ yká zejména téma pohybu tˇeles v gravitaˇcn´ım radiáln´ım poli a Keplerovy zákony (asi 2 hodiny). ˇ Nejˇcastˇeji uˇz´ıvanou uˇcebnic´ı je Bednaˇr´ık a Sirok´ a (2000). Autoˇri vˇenovali prostor urˇcen´ı prvn´ı kosmické rychlosti, a to vyuˇzit´ım toho, ˇze pˇri pohybu tˇelesa na obˇeˇzné kruhové dráze je gravitaˇcn´ı s´ıla vlastnˇe dostˇredivou silou kruhového pohybu. Pˇri udˇelen´ı vˇetˇs´ı rychlosti se tˇeleso bude pohybovat po eliptické trajektorii (jsou vysvˇetleny pojmy perigeum a apogeum). Bez odvozen´ı je vysvˇetlen pojem u ńikové rychlosti (pro Zemi druhé kosmické rychlosti), tento pojem je ovˇsem pokládán za nadstandartn´ı uˇcivo. Opˇet bez odvozen´ı jsou vysvˇetleny Keplerovy zákony. Na uˇcivo tématu Astrofyzika má b´ yt optimálnˇe vˇenováno 5 hodin. Tématick´ y plán má podle osnov vydávan´ ych Ministerstvem ˇskolstv´ı obsahovat: • základn´ı stavbu vesm´ıru: hvˇezdy a jejich planety, galaxie a soustavy galaxi´ı, kosmická fyzikáln´ı pole a záˇren´ı, dalˇs´ı hmotné objekty, • zdroje energie ve hvˇezdách, v´ yvoj hvˇezd, • rozp´ınán´ı a v´ yvoj vesm´ıru, • lety umˇel´ ych tˇeles do vesm´ıru. Jako doporuˇcené rozˇsiˇruj´ıc´ı uˇcivo jsou jmenovány tyto znalosti: • záˇrivé v´ ykony a povrchové teploty hvˇezd, • ˇcerné d´ıry, kvasary, neutronové hvˇezdy, Hubbl˚ uv vztah. Tématicky je Astrofyzika zpracována v uˇcebnici Macháˇcek (1998). Pro ˇctyˇrlet´ y pˇredmˇet fyzika (tedy celkem 240 v´ yukov´ ych hodin a 24 hodin na laboratorn´ı práce) je na astronomická témata vˇenováno celkem 7 hodin (to jsou asi 3 % vˇsech hodin). Pokud vezmeme za urˇcuj´ıc´ı pouze data od uˇcitel˚ u, kteˇr´ı vyuˇcuj´ı astronomii, potom na astronomii pˇripadá asi 5 % vˇsech hodin fyziky (viz obrázek 1.1). Z d˚ uvodu zejména malé ˇcasové dotace na probrán´ı tolika rozliˇcn´ ych témat (na vˇetˇsinˇe ˇskol se fyzika vyuˇcuje pouze prvn´ı tˇri roky) je astronomie v posledn´ım roˇcn´ıku vynechávána, nebo se na ni neklade takov´ y d˚ uraz. Nˇekteré ˇskoly ani astronomii do uˇcebn´ıho plánu fyziky nezaˇrazuj´ı. Vˇetˇsina uˇcitel˚ u se snaˇz´ı alespoˇ n navˇs´ıvit nejbliˇzˇs´ı hvˇezdárnu nebo planetárium pˇri exkurzi, a t´ım pokládá astronomii za probranou. 3

pˇri ˇctyˇrleté dotaci 2/0


6

Obrázek 1.1: Kolik hodin je vˇenováno v´ yuce astronomie? (Pudiv´ıtr 2003a) Zemˇe, pohyby planet, Slunce, Mˇes´ıc, ostatn´ı planety Galaxie, planetky, komety, asteroidy, dˇejiny sluneˇcn´ı soustavy základn´ı pojmy hvˇezdné astronomie, kosmologie v´ yvoj a vznik hvˇezd, urˇcován´ı astronomick´ ych veliˇcin, charakteristiky hvˇezd, ˇzivot ve vesm´ıru, jiné galaxie Tabulka 1.3: Jednotlivé oblasti v´ yuky astronomie v posledn´ım roˇcn´ıku fyziky od nejv´ıce vyuˇcovan´ ych po nevyuˇcované (pˇrehledov´ y dotazn´ık autora).

Podle tabulky 1.3 se nejv´ıce uˇc´ı sluneˇcn´ı soustava - tedy hlavnˇe popisná astronomie (vlastnosti planet, dob´ yván´ı planet, Slunce), hlavn´ı u ´lohu má Zemˇe a jej´ı stavba; modern´ı astronomická témata se vˇetˇsinou vyuˇcuj´ı sporadicky (jako látku, kterou uˇc´ı, je oznaˇcilo dvakrát ménˇe uˇcitel˚ u). Vˇetˇsina hodin astronomie je v´ ykladov´ ych, kdy si uˇcitelé dávaj´ı za c´ıl seznámit studenty se základn´ımi pojmy astronomie, pˇr´ıpadnˇe s nov´ ymi poznatky a aktuáln´ımi událostmi. Tyto informace ’ shánˇej´ı uˇcitelé bud v uˇcebnic´ıch (zejména v knize Macháˇcek 1998), nebo vyuˇz´ıvaj´ı modern´ı technologie (encyklopedie na CD, internet).

1.3

Nadstandardn´ı v´ yuka astronomie

Nˇekteré ˇskoly se nespokojuj´ı pouze s nˇekolika hodinami astronomie v hodinách fyziky, ale zavádˇej´ı astronomické semináˇre. Semináˇr je vlastnˇe pˇredmˇet, kter´ y si vyb´ıraj´ı studenti jako dvoulet´ y (ve 3. roˇcn´ıku studia) nebo jako jednolet´ y (v posledn´ım roˇcn´ıku). C´ıle vyuˇcován´ı semináˇre z fyziky, kam astronomick´ y semináˇr patˇr´ı, m˚ uˇzou b´ yt


7

r˚ uzné, záleˇz´ı plnˇe na ˇskole, která c´ıle urˇcuje. Semináˇr z astronomie tak spadá do kategorie semináˇre, kter´ y prohlubuje a rozˇsiˇruje vˇedomosti a dovednosti ˇzák˚ u z´ıskané v povinné v´ yuce. Obsah takového semináˇre urˇcuje samotn´ y vyuˇcuj´ıc´ı, schvaluje ho i pˇredmˇetová komise fyziky a ˇreditel ˇskoly. Metodick´ ym doporuˇcen´ım ministerstva ˇskolstv´ı je pouˇz´ıvat v co moˇzná nejvyˇsˇs´ı m´ıˇre aktivizuj´ıc´ı metody práce s ˇzáky (tzn. tˇech metod, které vedou ˇzáka k vlastn´ımu aktivn´ımu zapojen´ı do vyuˇcovac´ıho procesu). V semináˇri z fyziky je proto zapotˇreb´ı umoˇznit ˇzák˚ um ˇreˇsit problémy (at’ uˇz formou ˇreˇsen´ı fyzikáln´ıch u ´loh ˇci provádˇen´ım a vyhodnocován´ım experiment˚ u vˇcetnˇe laboratorn´ıch u ´loh), samostatnˇe vyhledávat fyzikáln´ı informace, zpracovávat a systemizovat je, referovat o z´ıskan´ ych poznatc´ıch a diskutovat o nich. ˇ Skoly, které nevlastn´ı astronomick´ y dalekohled, se snaˇz´ı v´ yuku astronomického semináˇre zaplnit hlavnˇe prohlouben´ım znalost´ı (nadstavbové astronomické uˇcivo, vyuˇzit´ı vyˇsˇs´ı matematiky pˇri ˇreˇsen´ı astronomick´ ych problém˚ u). Souˇcást´ı semináˇre m˚ uˇzou b´ yt i návˇstˇevy astronomick´ ych instituc´ı (exkurze na vˇedecká pracoviˇstˇe, na hvˇezdárny) nebo pˇrednáˇsky astronom˚ u pˇr´ımo ve ˇskolách. Pˇr´ıkladem takového semináˇre je semináˇr Astronomie a astrofyzika, kter´ y se uˇc´ı na Akademickém gymˇ náziu Stˇepánská. Obsah pˇripom´ıná u ´vodn´ı kurzy astronomie na vysok´ ych ˇskolách (v závorkách jsem vypsal nˇekterá témata kaˇzdé kapitoly): Astronomie: 1. Objekty na obloze (jasnost objekt˚ u, hvˇezdné velikosti, Pogsonova rovnice) 2. Sférické souˇradnice (horizontáln´ı, ekvatoreáln´ı, ekliptikáln´ı a galaktické) 3. O ˇcase a kalendáˇr´ıch (ˇcasová rovnice, datová pásma, efemeridy) 4. Nebeská mechanika (Keplerovy zákony, mˇeˇren´ı vzdálenost´ı a hmotnost´ı ve vesm´ıru) 5. Zemˇe a Mˇes´ıc (precese, nutace, slapy, geologick´ y v´ yvoj, umˇelé druˇzice Zemˇe) 6. Pohyby vesm´ırn´ ych tˇeles (doby obˇehu, zatmˇen´ı, zákryty) 7. Slunce (stavba, sluneˇcn´ı konstanta, sluneˇcn´ı ˇcinnost) 8. Objekty sluneˇcn´ı soustavy (vˇcetnˇe historie a souˇcasnosti kosmického v´ yzkumu) 9. Hvˇezdy a galaxie (spolu s hvˇezdn´ ymi systémy) 10. Extragalaktické objekty (klasifikace galaxi´ı, Hubblova konstanta). Astrofyzika: 1. Pozorován´ı vesm´ıru v r˚ uzn´ ych oblastech elektromagnetického záˇren´ı


8

2. Záˇren´ı ˇcerného tˇelesa (Planck˚ uv, Wien˚ uv, Stefan˚ uv - Boltzmann˚ uv zákon, teploty hvˇezd) 3. Spektráln´ı anal´ yza (spektra, Doppler˚ uv jev) 4. Spektráln´ı klasifikace hvˇezd (vˇcetnˇe HR diagramu) 5. Stavby, v´ yvoj hvˇezd, hvˇezdné modely (závˇereˇcná stádia hvˇezd) 6. Mezihvˇezdná hmota 7. Slunce 8. Kosmologie (modely vzniku a v´ yvoje vesm´ıru, stáˇr´ı vesm´ıru) 9. Kvasary ˇ e republice existuj´ı i ˇskoly, které vlastn´ı astronomick´ V Cesk´ y dalekohled. Studenti pak m˚ uˇzou spolu se sv´ ym uˇcitelem (zejména fyziky, kter´ y vˇetˇsinou pˇriˇsel s nápadem dalekohled zakoupit) pozorovat v astronomickém krouˇzku. Takto vznikl i Astronomick´ y klub pˇri Gymnáziu v Lipn´ıku nad Beˇcvou, kter´ y je nav´ıc otevˇren i veˇrejnosti. Nastandardn´ı ˇcinnost´ı se studenty je také u ´ˇcast v soutˇeˇz´ıch (ˇcesk´ ych i ciz´ıch), které se v´ıce ˇci ménˇe zamˇeˇruj´ı na ˇreˇsen´ı astronomick´ ych problém˚ u (viz Dodatek C).

1.4

Astronomie v jin´ ych pˇ redmˇ etech

Jak jsem jiˇz napsal, jedinou standartn´ı v´ yuku astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách lze naj´ıt v osnovách fyziky pro gymnázia. Pˇresto se astronomická témata objevuj´ı i v jin´ ych pˇredmˇetech, zejména v dalˇs´ıch pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇetech. Ministerstvo ˇskolstv´ı vypracovalo v roce 2000 ve své sekci CERMAT (Centrum pro zjiˇst’ován´ı v´ ysledk˚ u vzdˇeláván´ı) návrh nové maturitn´ı zkouˇsky, jej´ıˇz souˇcást´ı jsou katalogy poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇcásti maturitn´ı zkouˇsky. Z tˇechto katalog˚ u lze vyˇc´ıst standartn´ı uˇcivo kaˇzdého pˇredmˇetu. Základn´ı uˇcivo je v kataloz´ıch tˇr´ıdˇeno do tématick´ ych okruh˚ u, pro kaˇzd´ y okruh se zde diskutuj´ı specifické c´ıle, roztˇr´ıdˇené podle c´ılov´ ych kompetenc´ı. Prostudujeme-li si obsahy maturitn´ıch poˇzadavk˚ u ostatn´ıch pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u, vˇzdy najdeme astronomické kapitoly. Nˇekterá témata se objevuj´ı v chemii (jaderné reakce, sloˇzen´ı vzduchu, voda), jiná v biologii (teorie vzniku ˇzivota, ozónová vrstva a sklen´ıkov´ y jev). V zemˇepise je jako prvn´ı téma uvedena kapitola Zemˇe jako vesm´ırné tˇeleso. Jmenujme souˇcásti této kapitoly: • Pouˇz´ıván´ı jednotliv´ ych pojm˚ u, jako jsou vesm´ır, kosmick´ a tˇelesa, galaxie, svˇetelný rok aj. • Tvar a sloˇzen´ı Zemˇe • Vysvˇetlen´ı pˇr´ıˇcin stˇr´ıdán´ı roˇcn´ıch dob a dne a noci


9

• Popis obˇehu a rotace Zemˇe • Zatmˇen´ı Slunce a Mˇes´ıce • Porovnán´ı vlastnost´ı Zemˇe s ostatn´ımi planetami ve sluneˇcn´ı soustavˇe • Vliv Mˇes´ıce a Slunce na Zemi Jak p´ıˇse Pudiv´ıtr (2003b), astronomická témata, ovˇsem ne na pˇr´ırodovˇedné u ´rovni, b´ yvaj´ı zaˇrazována i do v´ ytvarné v´ ychovy (vˇetˇsinou tématicky zamˇeˇren´ ymi praˇ cemi, jako napˇr´ıklad Zivot ve vesm´ıru, kresba Mˇes´ıce) a do ciz´ıch jazyk˚ u (jazykové ’ uˇcebnice, zejména ty anglické, obsahuj´ı ˇclánky o mimozemˇst anech nebo o dob´ yván´ı ciz´ıch planet).

Kapitola 2 V´ yuka astronomie ve svˇ etˇ e O popularizaci astronomie toho bylo napsáno mnoho, o tom, jak uˇcit astronomii také - základn´ım pramenem je vˇsak stále sborn´ık Pasachoff a Percy (1990). Situace na poli v´ yuky astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách ve svˇetˇe se ovˇsem radikálnˇe mˇen´ı, stejnˇe jako se mˇen´ı vzdˇelávac´ı systémy na stˇredn´ıch ˇskolách po celém svˇetˇe (viz Dodatek A.3). Pˇresto, jak p´ıˇse Stavinschi (2003), astronomické vzdˇeláván´ı stále nen´ı souˇcást´ı uˇcebn´ıch plán˚ u velké vˇetˇsiny stát˚ u, objevuje se aˇz nesl´ ychané rozˇsiˇrován´ı astrologie a dalˇs´ıch pseudovˇed. Situace se nav´ıc mˇen´ı i stále silnˇejˇs´ı u ´lohou masmédi´ı (zejména internetu), které rozˇsiˇruj´ı nové vˇedecké poznatky. O ucelen´ y pˇrehled stavu v´ yuky astronomie se snaˇz´ı Mezinárodn´ı astronomická unie (IAU) ve své Komisi 46, která byla zaloˇzena roku 1967 pod názvem Teaching of Astronomy (V´ yuka astronomie). Tato komise byla následnˇe v roce 2000 zreorganizována pod názvem Astronomical Education and Development (Astrononomické vzdˇeláván´ı a rozvoj). Bohuˇzel se tato komise v ˇzádné své sekci nezab´ yvá a priori astronomick´ ym vzdˇeláván´ım ve ˇskolách. Tato komise vydala v roce 2003 prohláˇsen´ı o d˚ uleˇzitosti astronomického vzdˇeláván´ı, které urˇcit´ ym zp˚ usobem odráˇz´ı celkovou nutnost astronomického vzdˇelán´ı pro vˇsechny, kteˇr´ı chtˇej´ı ˇz´ıt v modern´ı spoleˇcnosti: Mezinárodn´ı astronomická unie s ohledem na to, ˇze: 1. vˇedecká a matematická gramotnost a pracovn´ı s´ıla vyˇskolená ve vˇedˇe a technologi´ıch jsou nezbytn´ ymi pˇredpoklady pro udrˇzen´ı zdravé populace, ˇzivotn´ıho prostˇred´ı a prosperuj´ıc´ı ekonomiky jakéhokoli státu, 2. kvalitnˇe vyuˇcovaná astronomie tˇr´ıb´ı racionáln´ı, kvantitativn´ı uvaˇzován´ı, a také pochopen´ı historie a podstaty vˇedy, coˇz je tak jiné od uˇcen´ı pouze poznatk˚ um a od pseudovˇed, 3. astronomie má prokazatelnˇe kladn´ yu ´ˇcinek v z´ıskáván´ı zájmu mlad´ ych lid´ı o vˇedecké vzdˇeláván´ı a o technologie, a t´ım pádem také

10

´ ˇ E ˇ KAPITOLA 2. VYUKA ASTRONOMIE VE SVET

11

o zamˇestnán´ı ve vˇedeck´ ych oborech t´ ykaj´ıc´ıch se nejen v´ yzkumu kosmu, stejnˇe jako v pr˚ umyslu, 4. kulturn´ı, historické, filozofické a estetické hodnoty astronomie pomáhaj´ı utváˇret lepˇs´ı porozumˇen´ı mezi pˇr´ırodn´ımi vˇedami a umˇen´ım a humanitn´ımi pˇredmˇety, 5. mnoho vˇedeck´ ych a vzdˇelávac´ıch instituc´ı a vládn´ıch agentur vytvoˇrilo mnoˇzstv´ı testovan´ ych, volnˇe ˇsiˇriteln´ ych vzdˇelávac´ıch astronomick´ ych materiál˚ u pro vˇsechny stupnˇe vzdˇelán´ı, doporuˇcuje, aby 1. národn´ı vzdˇelávac´ı systémy obsahovaly astronomii jako ned´ılnou souˇcást ˇskoln´ıch osnov jak na základn´ıch, tak na stˇredn´ıch ˇskolách, bud’ samostatnˇe nebo jako souˇcást jiného pˇr´ırodovˇedného pˇredmˇetu, 2. národn´ı vzdˇelávac´ı systémy a národn´ı uˇcitelská sdruˇzen´ı pomáhala uˇcitel˚ um na základn´ıch a stˇredn´ıch ˇskolách k lepˇs´ımu pˇr´ıstupu k jiˇz existuj´ıc´ım a budouc´ım astronomick´ ym zdroj˚ um, aby mohli zv´ yˇsit efektivitu v´ yuky a vzdˇelanosti v pˇr´ırodn´ıch vˇedách, 3. národn´ı zástupce v IAU a v komisi vyvolal pozornost národn´ıch vzdˇelávac´ıch systém˚ u k tˇemto zdroj˚ um poskytnut´ ym pro astronomii, 4. ˇclenové unie a vˇsichni ostatn´ı astronomové pˇrispˇeli ke ˇskolen´ı nové, vˇedecky gramotné generace, a to pomoc´ı m´ıstn´ım uˇcitel˚ um vˇsech stupˇ n˚ u vyjádˇrit nadˇsen´ı pro astronomii a vˇedu jako takovou. Samozˇrejmˇe ne kaˇzdá zemˇe na svˇetˇe nyn´ı pˇresnˇe vyhovuje tˇemto pˇrán´ım. Jen velmi málo zem´ı na svˇetˇe se m˚ uˇze pochlubit napˇr´ıklad astronomi´ı jako ned´ılnou souˇcást´ı ˇskoln´ıch osnov. Mnoho stát˚ u, zejména rozvojov´ ych, má velké problémy se ˇcten´ım, psan´ım a poˇc´ıtán´ım obyvatel, natoˇz aby se zaj´ımaly o astronomickou gramotnost.

2.1

Evropsk´ e st´ aty

Situace ve v´ yuce astronomie v Evropˇe je pomˇernˇe sloˇzitá. Kaˇzd´ y stát má totiˇz jiné uˇcebn´ı plány, nav´ıc kaˇzd´ y rok dojde v nˇekterém evropském státˇe ke zmˇenˇe uˇcebn´ıch osnov. Pˇresto se daj´ı naj´ıt skupiny stát˚ u, které se s v´ yukou astronomie pot´ ykaj´ı stejn´ ym zp˚ usobem (viz tabulka 2.1). Toto rozdˇelen´ı jsem pouˇzil na jednak nám velmi bl´ızké státy stˇredn´ı Evropy (Polsko, Mad’arsko, Rakousko, Slovensko), potom na nˇekteré ekonomicky vyspˇelejˇs´ı státy (Francie, Nˇemecko, Velká Británie), ˇ jeden stát severn´ı Evropy (Finsko) a státy s nov´ ymi osnovami (Litva, Recko). Belgii jsem vybral pro absenci astronomie, Rumunsko z d˚ uvodu ukázky státu,


12

typ A Belgie, Nˇemecko typ B

typ C

pouze astronomické pˇr´ıklady v pˇr´ırodn´ıch vˇedách Chorvatsko, Francie, Litva, astronomie jako souˇcást nˇejakého Mad’arsko, Polsko, Rakousko, pˇredmˇetu Rusko, Slovensko, Velká Británie ˇ Finsko, Rumunsko, Recko astronomie jako speciáln´ı semináˇr

Tabulka 2.1: Rozdˇelen´ı evropsk´ ych stát˚ u podle zp˚ usobu v´ yuky astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách.

kde je rozd´ılná v´ yuka specializac´ı na stˇredn´ıch ˇskolách. Nakonec mus´ım jmenovat Rusko, a to jako stát s velmi vyspˇelou kosmickou technologi´ı. Typem A jsou státy, u kter´ ych se astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách v˚ ubec neobjevuje, nebo pouze jako aplikace v nˇekter´ ych pˇredmˇetech. Mezi takové státy patˇr´ı Belgie, ve které existuj´ı tˇri jazyky (dva u ´ˇredn´ı) - proto je zde situace pomˇernˇe sloˇzitá.V kaˇzdé jazykové oblasti existuj´ı jiné uˇcebn´ı osnovy, a dokonce jiná struktura vzdˇeláván´ı, je tedy sloˇzité, aˇz nemoˇzné prezentovat skuteˇcn´ y stav v´ yuky astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách. Vˇetˇsina astronomické v´ yuky (v pˇr´ıkladech ostatn´ıch pˇredmˇet˚ u) je zajiˇst’ována uˇciteli, kteˇr´ı maj´ı astronomii jako kon´ıˇcek. Pokud bych mˇel jmenovat nˇekter´ y evropsk´ y stát, kter´ y má velké mezery ve v´ yuce astronomick´ ych znalost´ı na stˇredn´ıch ˇskolách, potom je to jistˇe Nˇ emecko. Aˇc má nˇemecká veˇrejnost ohromn´ y zájem o astronomii a astrofyziku, pˇr´ırodn´ı vˇedy jsou stále vyuˇcovány velmi ˇspatnˇe (toho si vˇsiml i mezinárodn´ı projekt pro hodnocen´ı v´ yuky v evropsk´ ych zem´ıch Pisa-Studie). Hlavn´ım nedostatkem alespoˇ n z mého pohledu je stále ne pˇr´ıliˇs dobrá pr˚ uprava student˚ u v matematice, coˇz se projevuje poté v pˇr´ırodn´ıch vˇedách. Typem B oznaˇcuji státy, které maj´ı astronomii jako souˇcást nˇejakého pˇr´ırodoˇ a republika. Nejpodobnˇejˇs´ı sivˇedného pˇredmˇetu. Zaˇrazen´ım by sem patˇrila i Cesk´ tuace je samozˇrejmˇe na Slovensku, kde je v´ yuka astronomie zaˇrazena do uˇcebn´ıch osnov fyziky do posledn´ıho, maturitn´ıho roˇcn´ıku. V souˇcasné dobˇe (Babiaková 2002) je vˇsak nepovinná, záleˇz´ı tedy na kaˇzdém uˇciteli, zda astronomii do osnov zaˇrad´ı. Nˇekteˇr´ı uˇcitelé také vyuˇz´ıvaj´ı astronomické pˇr´ıklady jako aplikace jin´ ych fyzikáln´ıch obor˚ u. V Rakousku je astronomie také zahrnuta do v´ yuky fyziky, a to do pˇredmˇetu Aplikovaná fyzika. Stejnˇe jako pro Nˇemecko ovˇsem plat´ı, ˇze astronomická témata nejsou vyuˇcována na tak velké odborné u ´rovni, a to hlavnˇe kv˚ uli slabˇs´ı matematické pr˚ upravˇe student˚ u. Rusko je co do popisu v´ yuky astronomie velmi sloˇzitá zemˇe. V´ yuka astronomie zde na stˇredn´ıch ˇskolách nen´ı povinná, pˇresto se alespoˇ n ˇcást ˇskol snaˇz´ı astronomii vyuˇcovat jako voliteln´ y pˇredmˇet ve vyˇsˇs´ıch roˇcn´ıc´ıch (a to pˇredevˇs´ım ve velk´ ych mˇestech, jak´ ymi jsou Moskva ˇci Sankt Petˇerburg), celkovˇe je to vˇsak ménˇe neˇz 30 % vˇsech ˇskol. V takovém pˇr´ıpadˇe vˇsak v´ yuka obsahuje vˇsechna modern´ı témata.


13

Jedná se o zásluhu konkrétn´ıch uˇcitel˚ u na té které ˇskole. Pokud nen´ı vyuˇcována astronomie t´ımto zp˚ usobem, pak se astronomická témata dostávaj´ı jako fyzikáln´ı témata do hodin fyziky, pˇr´ıpadnˇe do jin´ ych hodin (jako napˇr. viditelné pohyby nebesk´ ych tˇeles do zemˇepisu). Je potˇreba také zm´ınit velmi kvalitn´ı, dvoukolovou astronomickou olympiádu, která má pˇr´ımou návaznost na mezinárodn´ı astronomickou olympiádu (viz Dodatek C.2). Budoucnost´ı astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách v Rusku je podle A. V. Zasova, profesora na Moskevské státn´ı univerzitˇe, zejména tvorba plán˚ u v´ yuky astronomie pro tˇr´ıdy se speciáln´ım matematick´ ym a fyzikáln´ım zamˇeˇren´ım, pˇriˇcemˇz ostatn´ım bude zanecháno nezbytné minimum. Dalˇs´ım podobn´ ym státem je Mad’arsko. Astronomie opˇet nen´ı v osnovách vˇenováno samostatné m´ısto, veˇskerá astronomické témata jsou tak vsunována do ostatn´ıch pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u. Kapitoly o Zemi a jej´ım m´ıstˇe ve sluneˇcn´ı soustavˇe jsou vyuˇcovány v zemˇepise, ve fyzice potom velké m´ısto zauj´ımá v´ yklad gravitaˇcn´ı s´ıly. Dalˇs´ı témata jsou zahrnuta do v´ yuky tˇemi uˇciteli, kteˇr´ı astronomii povaˇzuj´ı za d˚ uleˇzitou. Velmi podobnˇe, avˇsak ze stˇredoevropsk´ ych zem´ı pravdˇepodobnˇe nejlépe, je na tom Polsko, kde se uˇc´ı astronomie jako souˇcást povinného pˇredmˇetu Fyzika a astronomie. Tento pˇredmˇet obsahovˇe pˇripom´ıná sv´ ym ˇrazen´ım naˇsi fyziku, avˇsak v´ıce je zde prezentována samotná astronomie. Témata tohoto pˇredmˇetu jsou: Svˇet fyziky, Vlastnosti materiál˚ u, Energie, Teplo jako forma pˇrenáˇsen´ı energie, Pohyb a s´ıly, Oscilace a mechanické vlnˇen´ı, Gravitace a základy kosmologie, Geometrická optika, Elektrick´ y náboj a proud, Magnetické pole, Elektromagnetické vlnˇen´ı a Jaderná fyzika. Litva je státem, kde existuje pˇredmˇet Astronomie, kter´ y si vol´ı 12 % student˚ u. Pˇresto dojde opˇet ke zmˇenˇe v uˇcebn´ım systému. V roce 2004 budou ˇskoly rozdˇeleny na dvˇe skupiny: v prvn´ım typu ˇskol budou dominovat pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety a matematika, v druhém typu ˇskol budou dominovat humanitn´ı a spoleˇcenské vˇedy. Na prvn´ım typu ˇskol se astronomie stane souˇcást´ı hodin fyziky, na druhém typu ˇskol se nˇekteré astronomické otázky objev´ı v pˇredmˇetu Pˇr´ırodn´ı vˇedy. Situaci na ˇskolách ve Velk´ e Brit´ anii popsal Pickwick (1997). Anglické stˇredn´ı ˇskoly maj´ı dva stupnˇe: junior high school a pro nás klasickou high school. Student ve vˇeku 16 let má velmi podobné znalosti jako ˇcesk´ y absolvent základn´ı ˇskoly. Pˇresto na rozd´ıl od naˇseho ˇzáka skládá povinn´ y test z pˇredmˇetu Science, kter´ y obsahuje i astronomické poznatky (napˇr. sluneˇcn´ı soustava, relativn´ı a skuteˇcné pohyby objekt˚ u ve vesm´ıru, gravitaˇcn´ı s´ıla, v´ yvoj vesm´ıru). Pokud student studuje dál (vˇek 16-18 let), potom si vyb´ırá 3 hlavn´ı pˇredmˇety (situace ve Skotsku je jiná: neexistuj´ı tam národn´ı uˇcebn´ı osnovy, astronomie chyb´ı). Nejˇcastˇejˇs´ımi pˇr´ırodovˇedn´ ymi kombinacemi jsou matematika-fyzika-chemie a biologie-fyzika-chemie, tyto kombinace si vˇsak vyb´ırá málo student˚ u, a tak se plánuje zjednoduˇsen´ı fyziky. Studenti tˇechto kombinac´ı skládaj´ı tzv. Advanced Level Physics Examination, neboli pokroˇcilou zkouˇsku z fyziky, také z astrofyziky, která je souˇcást´ı hodin fyziky. Obsah astrofyziky je v tabulce 2.2.


Optika

Z´ aˇ ren´ı

Klasifikace hvˇ ezd

Vzd´ alenosti hvˇ ezd Dalˇ s´ı t´ emata

14

ˇcoˇcky (ohnisková vzdálenost, zobrazovac´ı rovnice), optická vlákna, detektory (oko, fotoaparát, fotogr. emulze, optické dalekohledy) uˇzit´ı ohybu a interference, absolutnˇe ˇcerné tˇeleso, spektrum, rádiová astronomie klasifikace podle jasnosti (zdánlivá a absolutn´ı hvˇezdná velikost), podle teploty (Wien˚ uv zákon), podle spektráln´ı tˇr´ıdy HR diagram, ˇcerné d´ıry trigonometrická a spektroskopická paralaxa, cefeidy Doppler˚ uv jev (ˇcerven´ y posuv, dvojhvˇezdy), radary (vzdálenosti planet), kvasary (uˇzit´ı v kosmologii)

Tabulka 2.2: Obsah zkouˇsky z astrofyziky v Advanced Level Physics Examination v Anglii.

Ve Francii, jak p´ıˇse v prvn´ım dodatku svého ˇclánku Gerbaldi (2002), se astronomické kapitoly objevuj´ı ve tˇrech pˇredmˇetech: ve fyzice ilustruj´ı astronomické pˇr´ıklady fyzikáln´ı zákony, ve Vˇedˇe o ˇzivotˇe a Zemi a zˇcásti v matematice. V prvn´ım roˇcn´ıku vyˇsˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskol se objevuj´ı témata sluneˇcn´ı soustava (v pˇredmˇetu Vˇeda o ˇzivotˇe a Zemi), vznik chemick´ ych prvk˚ u a jejich mnoˇzstv´ı ve vesm´ıru (chemie), a potom témata fyzikáln´ı (viz tabulka 2.3). Na dalˇs´ı dva roˇcn´ıky si studenti vyb´ıraj´ı specializaci (vˇedeckou, literárn´ı nebo humanitn´ı). Literárn´ı a humanitn´ı specializace obsahuj´ı jen velmi málo astronomick´ ych poznatk˚ u, sp´ıˇse se diskutuj´ı zaj´ımavosti z tohoto oboru (Kopern´ıkova pˇredstava sluneˇcn´ı soustavy, zaveden´ı kalendáˇre, jak vznikly hvˇezdy). Studenti vˇedecké specializaci maj´ı dále astronomické kapitoly v pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇetech (viz tabulka 2.3). Chorvatsko se snaˇz´ı zrenovovat uˇcebn´ı osnovy tak, aby byly kompatibiln´ı s osnovami stát˚ u Evropské unie. Základn´ı astronomické poznatky, jako naˇse m´ısto ve vesm´ıru ˇci pohyby Zemˇe a ostatn´ıch planet, se vyuˇcuj´ı ve fyzice a v zemˇepiˇ se. Skoly mohou nab´ızet i nepovinn´ y pˇredmˇet Astronomie, jehoˇz uˇcebn´ı osnovy jsou vytvoˇreny Chorvatskou astronomickou spoleˇcnost´ı. Obsahem pˇredmˇetu jsou: základy nebeské mechaniky, sluneˇcn´ı soustava, galaktická astronomie a astrofyzika. Obt´ıˇznˇejˇs´ı kapitoly m˚ uˇze uˇcitel z kurzu vynechat, záleˇz´ı na schopnostech student˚ u. V Chorvatsku existuje pár astronomick´ ych knih, které lze vyuˇz´ıt pro v´ yuku, ale ˇskoly vyuˇz´ıvaj´ı i materiál˚ u dosaˇziteln´ ych na internetu - jak v chorvatˇstinˇe, tak v angliˇctinˇe. ˇ V Recku doˇslo v roce 1999 ke zmˇenˇe uˇcebn´ıch osnov, a t´ım se dostalo do typu C. Astronomie se stala z dobrovolného pˇredmˇetu pˇredmˇetem povinn´ ym. V sou-


ˇ ÍK 1. ROCN Zdroje svˇ etla ˇ S´ıˇ ren´ı svˇ etla Rychlost svˇ etla Svˇ etlo jako vlnˇ en´ı Energie svˇ etla Z´ aˇ ren´ı gama ˇ ÍK 2. ROCN Pozorovatel a pohyb

Vyzaˇ rov´ an´ı a barvy Slunce a jeho aktivita ˇ ÍK 3. ROCN Historie a v´ yvoj Zemˇ e Silov´ a pole ve vesm´ıru Viditeln´ e a neviditeln´ e svˇ etlo

vˇ sechny tˇ r´ıdy Slunce, hvˇezdy, planety, komety zatmˇen´ı svˇetlo - posel nebesk´ ych tˇeles spektrum Slunce a hvˇezd v´ ykon sluneˇcn´ıho záˇren´ı gama obraz naˇs´ı galaxie vˇ edeck´ a specializace pohyby ve sl. soustavˇe geo- a heliocentrizmus Doppler˚ uv jev, ˇcerven´ y posuv spektra hvˇezd, rozp´ınán´ı vesm´ıru spektrum abs. ˇcerného tˇelesa teplota Slunce, ˇcarové spektrum mˇeˇren´ı sluneˇcn´ı konstanty albeda vˇ edeck´ a specializace velk´ y tˇresk tvorba chem. prvk˚ u, hvˇezd a planet gravitace a pohyb planet magn. pole Zemˇe a Slunce fotony, ˇcarové spektrum spektra hvˇezd

Tabulka 2.3: Astronomická témata vyˇsˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskol ve Francii.

15

´ ˇ E ˇ KAPITOLA 2. VYUKA ASTRONOMIE VE SVET ´ Uvod Nebeská sféra Zemˇe Zemsk´ y v´ yvoj ˇ Cas Vzdálenosti Nebeská mechanika

Studium vesm´ıru Slunce Sluneˇcn´ı soustava Hvˇezdy

Vesm´ırné objekty V´ yvoj vesm´ıru Kosmick´ y v´ yzkum

16

struktura vesm´ıru jej´ı otáˇcen´ı velikost, tvar, zemské souˇradnice, rotace jeho mˇeˇren´ı urˇcován´ı vzdálenost´ı ve vesm´ıru zdánlivé a skuteˇcné pohyby planet, Keplerovy zákony, gravitace, pohyb Mˇes´ıce, fáze, zatmˇen´ı metody a pˇr´ıstroje rozmˇery, metody pozorován´ı, energie, teplota, stavba Slunce planety, mˇes´ıce, komety, planetky,. . . hvˇezdná velikost, teploty hvˇezd, klasifikace, dvojhvˇezdy a v´ıcenásobné systémy mlhoviny, galaxie, kupy galaxi´ı,. . . vznik a v´ yvoj nebesk´ ych tˇeles

Tabulka 2.4: Osnova v´ yuky astronomie v Rumunsku.

ˇcasné dobˇe jde o u ´vodn´ı kurz, vyuˇcovan´ y ve druhém roˇcn´ıku lycea. Studenti poté skládaj´ı na konci roku zkouˇsku ze základn´ıch astronomick´ ych znalost´ı. S ohledem na tuto zmˇenu doˇslo i k u ´pravˇe témat, která se vyuˇcuj´ı. Jedná se o historii astronomie, pozorován´ı a pˇr´ıstroje, sluneˇcn´ı systém, Slunce, hvˇezdy, galaxie, kosmologii, vesm´ırné sondy a naˇse m´ısto ve vesm´ıru. Do roku 1978 byla astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách v Rumunsku samostatn´ y pˇredmˇet (Rusu 1997). Po dalˇs´ı reformˇe v roce 1990 se opˇet dostala do osnov posledn´ıho roˇcn´ıku matematicko-fyzikáln´ı vˇetve lyce´ı, a to s dotac´ı 1/01 . V Rumunsku existuj´ı jeˇstˇe vˇetve informatická, biologicko-chemická a humanitn´ı. Osnova v´ yuky astronomie je v tabulce 2.4. Zaj´ımavost´ı rumunského systému je, ˇze astronomii uˇc´ı matematici, kteˇr´ı se ji uˇc´ı ve tˇret´ım roˇcn´ıku fakult. Finsko, jedna ze seversk´ ych zem´ı, má pomˇernˇe sloˇzit´ y stˇredoˇskolsk´ y uˇcebn´ı systém, alespoˇ n z pohledu stˇredoevropské tradice. Kaˇzd´ y student si vlastnˇe zapisuje svoje vlastn´ı semináˇre, které ˇskola nab´ız´ı, a tak studium alespoˇ n ˇcásteˇcnˇe pˇripom´ıná studium na stˇredoevropské univerzitˇe. Mnohé ˇskoly nab´ızej´ı astronomické semináˇre. Finsko se spoleˇcnˇe s dalˇs´ımi evropsk´ ymi státy snaˇz´ı v projektu European Association of Astronomy Education (viz Dodatek B) vytvoˇrit celoev1

Jedna hodina t´ ydnˇe bez p˚ ulen´ ych hodin.


17

ropské uˇcebn´ı osnovy pro astronomii. Pokud mám na závˇer zhodnotit v´ yuku astronomie v evropsk´ ych zem´ıch, potom je na velmi dobré u ´rovni. Zaˇrazen´ım astronomie bud’ jako samostatného semináˇre nebo jako souˇcásti jiného pˇr´ırodovˇedného pˇredmˇetu je na podobné u ´rovni jakou maj´ı státy severoamerického kontinentu. Pˇresto se snaˇz´ı vyuˇcovat astronomii v´ıce matematicky, a tak sp´ıˇse pˇripom´ıná svou obt´ıˇznost´ı u ´vodn´ı kurzy astronomie pro neastronomy na americk´ ych vysok´ ych ˇskolách.

2.2

Spojen´ e st´ aty a Kanada

V USA aˇz dosud nebyly vytváˇreny celonárodn´ı standardy v´ yuky, tedy analogie naˇsich uˇcebn´ıch plán˚ u. Zat´ımco u nás je dodrˇzován´ı státem schválen´ ych uˇcebn´ıch plán˚ u povinnost´ı (uˇcitel si m˚ uˇze pouze omezenˇe zvolit, co bude uˇcit), kaˇzdá americká ˇskola si své uˇcebn´ı plány vytváˇrela sama. Je za nˇe sama zodpovˇedná a neexistuj´ı ˇzádné národn´ı pˇredpisy, které by je upravovaly. Proto by pr˚ uˇrez v´ yukou astronomie byl velmi chaotick´ y. Aˇc se o celonárodn´ıch standardech diskutovalo uˇz od konce 80. let minulého stolet´ı, zaˇcalo se s jejich vytváˇren´ım aˇz v posledn´ı dobˇe (US. National Teaching Standards). Jsou vytvoˇreny pro vˇsechny vyuˇcované pˇredmˇety a rozdˇeleny na stupnˇe K42 , K5-83 a K9-124 . ´ Ukolem standard˚ u vˇsak nen´ı uˇcitele donutit podle nich uˇcit, ale popsat, co by mˇeli uˇcitelé pochopit a b´ yt schopni uˇcit. Astronomie je souˇcást´ı standard˚ u pˇredmˇetu Science, a to v kapitole Vˇedy o Zemi a vesm´ıru (Earth and Space Science). Tabulka 2.5 shrnuje základn´ı oblasti této kapitoly pro vˇsechny stupnˇe. V stˇredoˇskolsk´ ych stupn´ıch K9-12 studenti pokraˇcuj´ı ve studiu zemského systému, kter´ y zaˇcal jiˇz v niˇzˇs´ıch stupn´ıch. Nejprve se soustˇred’uj´ı na hmotu, energii, dynamiku tektonick´ ych desek, cyklické a geochemické procesy, a snaˇz´ı se tak pochopit vˇsechny zmˇeny prob´ıhaj´ıc´ı na Zemi. Studuj´ı kolobˇeh vody a uhl´ıku, zmˇeny klimatu a v´ yvoj ˇzivoˇciˇsn´ ych druh˚ u. Poté navazuj´ı na poznatky o pohybu nebesk´ ych objekt˚ u z´ıskané v niˇzˇs´ıch stupn´ıch. Pokraˇcuj´ı v mnohem abstraktnˇejˇs´ım zkoumán´ı celého vesm´ıru, zahrnuj´ıc´ım jeho vznik, v´ yvoj i moˇznosti jeho zániku. Standardy také upozorˇ nuj´ı na to, ˇze vzhledem k pokroˇcilosti vˇedy v této oblasti je pˇr´ım´ y experiment obvykle tˇeˇzko realizovateln´ y, a proto je d˚ uleˇzité soustˇredit bádán´ı v hodinách na otázky, které lze zodpovˇedˇet vyuˇzit´ım pozorovan´ ych dat, na porozumˇen´ı základ˚ um vˇedy a na procesy u ´vahy a dedukce. Souˇcást´ı standard˚ u je i základn´ı soupis vˇedeck´ ych otázek, kter´ ym by se mˇeli uˇcitelé v hodinách Science vˇenovat. Je vˇsak stále na uˇciteli, jak´ y prostor dá jakému tématu, jak´ ym zp˚ usobem si rozvrhne látku ˇci jaké pom˚ ucky ˇci materiály pouˇzije. 2

Obvykle jde o posledn´ı roˇcn´ık grammar school pro dˇeti pˇribliˇznˇe desetileté. Middle school nebo junior high school pro dˇeti mezi 11 aˇz 14 lety, odpov´ıdá naˇsemu druhému ˇ stupni ZS. 4 Studenti high school ve vˇeku 15 aˇz 18 let, srovnatelné s naˇs´ı stˇredn´ı ˇskolou. 3


stupeˇ n K4

stupeˇ n K5-8

stupeˇ n K9-12

18

Vlastnosti zemsk´ ych materiál˚ u Objekty na obloze Zmˇeny na Zemi a na obloze Struktura systému Zemˇe Historie Zemˇe Zemˇe jako souˇcást sluneˇcn´ı soustavy Energie v systému Zemˇe Geochemické cykly Vznik a v´ yvoj zemského systému Vznik a v´ yvoj vesm´ıru

Tabulka 2.5: Základn´ı oblasti kapitoly Earth and Space Science.

Základn´ı vˇedecké otázky jsou zaˇrazeny k témat˚ um kapitoly Earth and Space Science: Energie v syst´ emu Zemˇ e: • Zemsk´ y systém vyuˇz´ıvá vnˇejˇs´ı i vnitˇrn´ı zdroje energie, oba vytváˇrej´ı teplo. Základn´ım zdrojem vnˇejˇs´ı energie je Slunce, mezi vnitˇrn´ı zdroje energie ˇrad´ıme rozklad radioaktivn´ıch izotop˚ u a poˇcáteˇcn´ı gravitaˇcn´ı smrˇst’ován´ı hmoty pˇri vzniku Zemˇe. • Pohyb tektonick´ ych desek je zp˚ usoben proudˇen´ım tepla z centra Zemˇe. • Zahˇr´ıván´ı zemského povrchu a atmosféry Sluncem zp˚ usobuje proudˇen´ı v celé zemské atmosféˇre (vˇetry) a v oceánech (moˇrské proudy). • Globáln´ı klima je dáno pˇrenosem energie ze Slunce k zemskému povrchu. Pˇrenos energie je ovlivnˇen dynamick´ ymi procesy, jako napˇr´ıklad tvorbou mrak˚ u ˇci zemskou rotac´ı, a statick´ ymi podm´ınkami, jako um´ıstˇen´ım horsk´ ych masiv˚ u a oceán˚ u. Geochemick´ e cykly: • Systém Zemˇe se v podstatˇe skládá z nemˇenného mnoˇzstv´ı stabiln´ıch chemick´ ych prvk˚ u. Kaˇzd´ y prvek vykonává urˇcit´ y geochemick´ y kolobˇeh mezi pevninou, oceány, atmosférou a organizmy. • Kolobˇehy prvk˚ u jsou pohánˇeny vnˇejˇs´ımi i zemsk´ ymi vnitˇrn´ımi zdroji energie. Tyto pohyby jsou ˇcasto doprovázeny chemick´ ymi a z nich plynouc´ımi fyzikáln´ımi zmˇenami látek. Napˇr´ıklad uhl´ık se objevuje ve formˇe vápence ve skalách, jako plynn´ y oxid uhliˇcit´ y v atmosféˇre a jako souˇcást molekul vˇsech organizm˚ u.


19

Vznik a v´ yvoj zemsk´ eho syst´ emu: • Slunce, Zemˇe a ostatn´ı objekty sluneˇcn´ı soustavy vznikly asi pˇred 4,6 miliardami let z pramlhoviny, obsahuj´ıc´ı prach a plyn. Mladá Zemˇe se od té dneˇsn´ı velmi liˇsila. • Geologicky lze stáˇr´ı Zemˇe urˇcit z pozorován´ı sledu hornin a s pouˇzit´ım fosili´ı, které s horninami souvisej´ı. Souˇcasné metody vˇcetnˇe pouˇzit´ı rozpadu radioaktivn´ıch prvk˚ u dokáˇz´ı urˇcit stáˇr´ı hornin. • Vzájemné vztahy mezi pevninami, oceány, atmosférou a organizmy jsou v´ ysledkem prob´ıhaj´ıc´ı evoluce zemského systému. Nˇekteré zmˇeny, jako zemˇetˇresen´ı ˇci vulkanické erupce, m˚ uˇzeme pozorovat i bˇehem jednoho lidského ˇzivota, ale vˇetˇsina proces˚ u jsou procesy dlouhodobé, trvaj´ıc´ı milióny let, jako napˇr´ıklad tvorba horstev ˇci posuny tektonick´ ych desek. • D˚ ukazy jednobunˇeˇcn´ ych organizm˚ u - bakteri´ı - sledujeme od doby pˇred v´ıce neˇz 3,5 miliardami let. V´ yvoj ˇzivota zp˚ usobil velké zmˇeny v zemské atmosféˇre, která dˇr´ıve neobsahovala kysl´ık. Vznik a v´ yvoj vesm´ıru: • Vznik vesm´ıru z˚ ustává jednou z nejvˇetˇs´ıch otázek vˇedy. Teorie velkého tˇresku pˇrepokládá, ˇze vesm´ır vznikl pˇred 10 aˇz 20 miliardami let, kdyˇz byl vesm´ır ve velmi horkém stavu; podle této teorie se vesm´ır do dneˇsn´ı doby rozp´ıná. • Miliardy galaxi´ı, z nichˇz kaˇzdá je gravitaˇcn´ım shlukem miliard hvˇezd, tvoˇr´ı vˇetˇsinu viditelné hmoty ve vesm´ıru. Samotné hvˇezdy pak vznikly gravitaˇcn´ım kolapsem rotuj´ıc´ıch oblak˚ u plynu, sloˇzeného zejména z vod´ıku a hélia. • Hvˇezdy vyrábˇej´ı energii jadern´ ymi reakcemi, pˇredevˇs´ım jadernou f´ uz´ı vod´ıku na hélium. Tyto a dalˇs´ı procesy ve hvˇezdách vedly k tvorbˇe ostatn´ıch prvk˚ u. Zaj´ımáme-li se o Kanadu, situace je podobná situaci ve Spojen´ ych státech. Neexistuj´ı celonárodn´ı uˇcebn´ı osnovy, osnovy si vytváˇr´ı kaˇzdá provincie sama, pˇriˇcemˇz se s ohledem na astronomii velmi liˇs´ı. Napˇr. v Britské Kolumbii jsou souˇcást´ı osnov prvn´ıho roˇcn´ıku na stˇredn´ıch ˇskolách základn´ı poznatky o sluneˇcn´ı soustavˇe a o vesm´ıru, zat´ımco v provincii Quebec jiˇz na stˇredn´ıch ˇskolách astronomické téma chyb´ı. Na mnoh´ ych stˇredn´ıch ˇskolách je vyuˇcován projekt Pan-Canadian Science Project, kter´ y obsahuje nˇekteré astronomické poznatky v K9, a bud’ v K11 nebo v K12 (viz tabulka 2.6). Hlavn´ım problémem ve v´ yuce je to, ˇze uˇcitelé nemaj´ı takové astronomické znalosti. Stejnˇe jako je tomu v jin´ ych státech, i zde byla zprovoznˇena webová stránka pro podporu uˇcitel˚ u na ˇskolách s názvem Canadian Astronomy Education.


stupeˇ n K9

V´ yzkum kosmu

stupeˇ n K11(12)

Astronomie

20

jevy sluneˇcn´ı aktivity na Zemi sloˇzen´ı sluneˇcn´ı soustavy zdánlivé pohyby tˇeles sluneˇcn´ı soustavy teorie vzniku a v´ yvoje vesm´ıru základn´ı klasifikace objekt˚ u ve vesm´ıru teorie vzniku a v´ yvoje sluneˇcn´ı soustavy stavba hvˇezd v r˚ uzn´ ych fáz´ıch ˇzivota ˇzivotn´ı cyklus hvˇezd porovnán´ı r˚ uzn´ ych typ˚ u galaxi´ı metody promˇeˇrován´ı vesm´ıru diskuze teori´ı vzniku vesm´ıru

Tabulka 2.6: Astronomická témata v kanadském projektu Pan-Canadian Science Project.

2.3

Austr´ alie a Oce´ anie

Za pozornost stoj´ı pouze v´ yuka astronomie v Austr´ alii, velmi podobná je situace na Novém Zélandu. Vzdˇelávac´ı systém v Austrálii ˇrad´ı astronomická témata do pˇredmˇetu Science. Struktura systému je podobná americkému. Existuje zde projekt Science Australia, kter´ y ˇrad´ı pˇr´ırodovˇedná témata do 7 aˇz 10 roˇcn´ıku5 . V devátém roˇcn´ıku se z astronomick´ ych témat objevuje kapitola Je nˇekdo tam venku?, která diskutuje vesm´ırné technologie uˇziteˇcné pro promˇeˇrován´ı, zkoumán´ı a dob´ yván´ı vesm´ıru, stejnˇe jako uˇziteˇcné v´ ysledky tohoto dob´ yván´ı, jako je napˇr´ıklad ’ celosvˇetová komunikaˇcn´ı s´ıt . Student˚ um je pˇredloˇzena otázka názvu kapitoly k posouzen´ı. V desátém roˇcn´ıku se objevuje kapitola V´ yvoj Zemˇe a ˇzivota. Otázky naˇseho um´ıstˇen´ı ve vesm´ıru se objevuj´ı v pˇredcházej´ıc´ıch roˇcn´ıc´ıch. Celkovˇe se dá ˇr´ıci, ˇze je tématicky pˇredmˇet Science vˇenován praktiˇctˇejˇs´ımu pohledu na pˇr´ırodn´ı vˇedy.

2.4

Latinsk´ a Amerika

Pro popis situace v´ yuky astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách vyberme nejprve nejsilnˇejˇs´ı stát z regionu - Braz´ılii. Jak p´ıˇse Kantor (2001), astronomie jako samostatn´ y pˇredmˇet na stˇredn´ıch ˇskolách v Braz´ılii naprosto chyb´ı, coˇz je dáno zejména absenc´ı astronomick´ ych kurz˚ u pˇri pˇr´ıpravˇe stˇredoˇskolsk´ ych uˇcitel˚ u na vysok´ ych ˇskolách. Existuj´ı plány na zaˇrazen´ı astronomie do v´ yuky fyziky (jako jej´ı ned´ılné souˇcásti), pˇr´ıpadnˇe jako pˇredmˇet, kter´ y urˇcit´ ym zp˚ usobem propoj´ı ostatn´ı pˇredmˇety. Návrhy se zejména t´ ykaj´ı zaˇrazen´ı nˇekter´ ych fyzikáln´ıch jev˚ u, které pˇr´ımo souvisej´ı s astronomi´ı. Jedinou kapitolou ve fyzice je studium gravitace 5

Roˇcn´ık 10 odpov´ıd´ a druhému roˇcn´ıku stˇredn´ı ˇskoly.


Vesm´ır - 1. roˇcn´ık

Astrofyzika - 4. roˇcn´ık

21

relativn´ı pohyb hvˇezd a Slunce struktura sluneˇcn´ı soustavy poziˇcn´ı astronomie (hvˇezdy a souhvˇezd´ı) pohyby Mˇes´ıce, povrch Mˇes´ıce zdroj energie, pˇrenos energie na Slunci Planck˚ uv vyzaˇrovac´ı zákon hvˇezdná velikost, paralaxa, teplota hvˇezd Keplerovy zákony hvˇezdn´ y v´ yvoj

Tabulka 2.7: Astronomická témata ve fyzice na stˇredn´ıch ˇskolách na Kubˇe (stav k roku 1992).

v mechanice. Na popud Dr. Johna Percyho, prezidenta Komise 46 IAU v letech 1994-1997, a Paula S. Bretonese, tehdejˇs´ıho koordinátora sekce pro v´ yuku a veˇrejnost spoleˇcnosti LIADA (Ibero-America Astronomy League), vznikla skupina pro v´ yuku astronomie v Latinské Americe, podobná skupinˇe pro v´ yuku astronomie v asijskopacifickém regionu (viz str. 23). Tato skupina zaloˇzila na 18. v´ yroˇcn´ım zasedán´ı brazilské astronomické spoleˇcnosti v srpnu 2002 ˇcasopis Latin-American Journal of Astronomy Education, kter´ y si dává za u ´kol pˇredevˇs´ım zaplnit absenci podobn´ ych publikac´ı v Latinské Americe. Jednou ze sekc´ı elektronicky vydávaného ˇcasopisu bude i sekce didaktick´ ych zdroj˚ u. V Argentinˇ e opˇet astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách chyb´ı, hlavn´ım d˚ uvodem je absence astronomie pˇri pˇr´ıpravˇe uˇcitel˚ u. Pˇresto na nˇekolika stˇredn´ıch ˇskolách prob´ıhá v´ yuka astronomie jako samostatného nepovinného pˇredmˇetu, nˇekde se astronomie dostala v pˇr´ıkladech do v´ yuky fyziky. Chybˇej´ıc´ı pˇr´ıpravu uˇcitel˚ u se snaˇz´ı doplnit astronomické instituce, které nab´ızej´ı astronomické kurzy pro uˇcitele. Podobná situace je nyn´ı v Kolumbii, kde vˇsak nˇekteré stˇredn´ı ˇskoly, zejména v hlavn´ım mˇestˇe Bogota, vlastn´ı malé dalekohledy (o pr˚ umˇerech 20-25 cm). Studenti tˇechto ˇskol tak mohou pozorovat sluneˇcn´ı skvrny, Mˇes´ıc, nˇekteré planety a obláˇcky galaxi´ı. Jedná se vˇsak sp´ıˇse o soukromou iniciativu ˇskol, nejedná se o zájem tˇreba ministerstva ˇskolstv´ı. Pˇrekvapivˇe kvalitn´ı v´ yuku astronomie mˇela Kuba (Gómez 1992). Astronomie se dostala do v´ yuky fyziky v prvn´ım a v posledn´ım roˇcn´ıku stˇredn´ıch ˇskol (viz tabulka 2.7). Kapitola Vesm´ır je koncipována jako nematematick´ y kurz (uˇcitel˚ um jde o to, aby studenti dokázali popsat vesm´ır a objekty v nˇem bez matematick´ ych vzorc˚ u). Kapitola Astrofyzika pak vyuˇz´ıvá matematick´ ych znalost´ı student˚ u a vyjadˇruje astrofyzikáln´ı a astronomické zákony. Nové informace o v´ yuce po roce 1992 se bohuˇzel nepodaˇrilo zjistit.


2.5

22

Asijsk´ e st´ aty

Oblast Asie je velmi rozsáhlá, nacház´ı se v n´ı kromˇe nˇekolika hlavn´ıch, ekonomicky vyspˇel´ ych stát˚ u také mnoho stát˚ u rozvojov´ ych. V rozvojov´ ych státech se v˚ ubec nedá hovoˇrit o zakomponován´ı astronomie do stˇredoˇskolsk´ ych osnov. Neexistence v´ yuky astronomie ve vˇetˇsinˇe stát˚ u regionu je zp˚ usobena zejména ˇspatn´ ym nebo mal´ ym vybaven´ım vysok´ ych ˇskol astronomick´ ymi pˇr´ıstroji, také vˇsak neprosazen´ım astronomie jako tématu do uˇcebn´ıch osnov. Pokud v nˇekterém ze stát˚ u existuje astronomická spoleˇcnost, snaˇz´ı se alespoˇ n pomoci uˇcitel˚ um na stˇredn´ıch ˇskolách nab´ızen´ım informac´ı na internetov´ ych stránkách, protoˇze astronomická témata jsou pro vˇetˇsinu stˇredoˇskolák˚ u zaj´ımavá. Jako ukázkové pˇr´ıklady v´ yuky astronomie jsem vybral arabské státy Irák a Jorˇ ınu dánsko a tradiˇcnˇe velmi silné státy (jak politicky, tak ekonomicky) Indii, C´ a Japonsko. Pˇrekvapivˇe je astronomie vyuˇcována i v Thajsku. Jak p´ıˇse Al-Naimiy (2001), astronomie velmi ovlivnila arabskou historii a kulturu posledn´ıch 4000 let. P˚ uvod tohoto ovlivnˇen´ı je nutné hledat ve starovˇeké Mezopotámii a Egyptˇe. Pˇresto je astronomie na arabsk´ ych stˇredn´ıch ˇskolách uˇcena minimálnˇe nebo v˚ ubec ne. Jedin´ ymi státy jsou Egypt (viz str. 25), Irák a Jordánsko. V Ir´ aku se astronomie vyuˇcuje v kurzech fyziky, a to zastoupen´ım nˇekter´ ych témat (den a noc, systém Zemˇe - Mˇes´ıc, sluneˇcn´ı soustava, hvˇezdy). Tato témata jsou rozm´ıstˇena v r˚ uzn´ ych roˇcn´ıc´ıch. Trochu vˇetˇs´ı zastoupen´ı má astronomie v Jord´ ansku, kde je vyuˇcována v astronomick´ ych kurzech. Základn´ımi tématy jsou: systém Zemˇe - Mˇes´ıc, den a noc, roˇcn´ı obdob´ı, sluneˇcn´ı soustava, hvˇezdy, Mléˇcná dráha, galaxie a vesm´ır. Jak p´ıˇse Biswas (1994), v Indii vyuˇcuj´ı astronomická témata uˇcitelé fyziky a zemˇepisu. Základn´ımi poznatky jsou pouze informace o sluneˇcn´ı soustavˇe a detailn´ı popis Zemˇe. Dalˇs´ı poznatky se liˇs´ı oblast od oblasti. Nejvˇetˇs´ımi problémy ve v´ yuce (kromˇe problému v´ yuky astronomie ve dne) jsou nedostatek uˇcitel˚ u a obavy student˚ u, nebot’ pouze velmi dobˇre matematicky pˇripraven´ı studenti látku zvládaj´ı. ˇ ına má pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety zahrnuté v pˇredmˇetu Lidov´ a republika C´ Science (viz Lai 1995). Velk´ ym problémem je ovˇsem vzdˇelán´ı jednotliv´ ych uˇcitel˚ u fyziky a zemˇepisu. Proto se snaˇz´ı astronomické spoleˇcnosti v jednotliv´ ych provinci´ıch poˇrádat pro uˇcitele astronomické kurzy. Deng-li (1993) popisuje spolupráci ministerstva ˇskolsktv´ı s pekingsk´ ym planetáriem, které poˇrádalo p˚ ulmˇes´ıˇcn´ı kurzy pro uˇcitele a studenty, pˇripravuj´ıc´ı se na tuto profesi na vysok´ ych ˇskolách. Dle ˇ Desheng (1993), kter´ y se zab´ yval v´ yukou astronomie v Sanghaji, tak d´ıky tˇemto kurz˚ um prob´ıhaly na 10 stˇredn´ıch ˇskolách nadstandartn´ı astronomické kurzy pro studenty. V Hongkongu je pak situace sloˇzitˇejˇs´ı, nebot’ ˇzádná vysoká ˇskola nenab´ızela kurz astronomie, a tak ani uˇcitelé o astronomii pˇr´ıliˇs nevˇedˇeli (Suen, Ng a Leung 1993). Vzdˇelávac´ı systém v Japonsku se postupem ˇcasu promˇenil. Aˇz do roku 1968 byly pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety vyuˇcovány velmi dobˇre. Na vyˇsˇs´ı stˇredn´ı ˇskolu se vˇsak dostávalo pouze asi 70 - 80 % ˇzák˚ u niˇzˇs´ı stˇredn´ı ˇskoly, coˇz nakonec vedlo v letech


kurz Ia

kurz Ib

kurz II

23

Pohyby astronomick´ ych objekt˚ u a lidsk´ yˇ zivot pohyby Slunce a hvˇezd na obloze a vzájemné zmˇeny poloh Zemˇe, Mˇes´ıce a Slunce Zemˇ e ve vesm´ıru pohyby Zemˇe a planet, vznik, v´ yvoj a zánik hvˇezd (i Slunce) - s vyuˇzit´ım HR diagramu a energie hvˇezd Souˇ c´ asti kosmu rozm´ıstˇen´ı hvˇezd a plynu v galaxi´ıch, typy galaxi´ı, jejich vzdálenost od nás

Tabulka 2.8: Hlavn´ı astronomická témata japonsk´ ych kurz˚ u Vˇeda o Zemi (stav k roku 1990, Miyawaki 1990).

1968 a 1989 ke zmˇenám pˇr´ırodovˇedn´ ych kurz˚ u. Na vyˇsˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskolách si tak studenti mohou vybrat pˇredmˇety Obecná vˇeda (ten obsahuje jen minimum astronomick´ ych poznatk˚ u v kapitole zab´ yvaj´ıc´ı se pochopen´ım pˇr´ırody jako celku) nebo Vˇeda o Zemi (tento pˇredmˇet je rozdˇelen na 3 ˇcásti, obsah jednotliv´ ych ˇcást´ı viz tabulka 2.8). Problémem tˇechto kurz˚ u je, ˇze jsou navˇstˇevovány jen asi 7 % vˇsech student˚ u. D˚ uvodem je jednak to, ˇze student˚ um pˇripadaj´ı pˇr´ıliˇs obt´ıˇzné, také ovˇsem vyt´ıˇzenost student˚ u pˇri pˇr´ıpravˇe na studium na vyˇsˇs´ı ˇskole. Jen malé procento uˇcitel˚ u je pˇripraveno na v´ yuku astronomie (Isobe 1993). Posledn´ı zmˇeny uˇcebn´ıch osnov se staly v roce 2001 na niˇzˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskolách a v roce 2002 na vyˇsˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskolách. Poˇcet hodin se sn´ıˇzil, nebot’ se soboty staly voln´ ymi dny. Z astronomick´ ych témat se na niˇzˇs´ıch stˇredn´ıch ˇskolách objevuje pouze sluneˇcn´ı systém a souhvˇezd´ı. Pˇresto je nutné jmenovat ˇcasopis, kter´ y se 15 let snaˇzil pomáhat v astronomickém vzdˇeláván´ı: jedná se o ˇcasopis Teaching of Astronomy in the Asian-Pacific Region, kter´ y vznikl na základˇe regionáln´ıho setkán´ı Mezinárodn´ı astronomické unie v Pekingu v roce 1987. Na tomto setkán´ı byla zaloˇzena i pracovn´ı skupina pro astronomické vzdˇeláván´ı v asijském regionu. Bohuˇzel, ˇcasopis z finanˇcn´ıch d˚ uvod˚ u pˇrestal po 20. ˇc´ısle z listopadu 2003 vycházet. Zakomponovat astronomii do vzdˇelávac´ıho systému se podaˇrilo v Thajsku, kde byla od roku 2003 zahájena v´ yuka podle nov´ ych uˇcebn´ıch osnov. Astronomie se na stˇredn´ıch ˇskolách stává stejnˇe d˚ uleˇzit´ ym pˇredmˇetem jako je matematika ˇci fyzika. Na niˇzˇs´ı stˇredn´ı ˇskole se ˇzáci seznamuj´ı se základy sluneˇcn´ı soustavy, souhvˇezd´ımi, kosmick´ ym v´ yzkumem a ˇzivotem ve vesm´ıru, obsah nepovinn´ ych kurz˚ u pro posledn´ı tˇri roˇcn´ıky stˇredn´ı ˇskoly je v tabulce 2.9.


24

1. Charakteristiky sluneˇcn´ıho povrchu 2. Sluneˇcn´ı skvrny, sluneˇcn´ı v´ıtr, magnetické pole Zemˇe, sluneˇcn´ı bouˇre 3. Hvˇezdy (jaderná f´ uze, hmotnost, vzdálenost, hvˇezdná velikost, jasnost)

objem,

4. Anal´ yza hvˇezdného spektra (sloˇzen´ı, teplota) a doba ˇzivota hvˇezdy, ˇcerven´ y a modr´ y posuv, pohyb hvˇezd 5. Typ hvˇezdy anal´ yzou HR diagramu 6. Vznik a zánik hvˇezd 7. Slapy 8. Velk´ y tˇresk, vesm´ır a galaxie Tabulka 2.9: Astronomická témata thajsk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych stupˇ n˚ u Mathayom 4-6, Vanichai (2003).


2.6

25

Afrika

Jedin´ ymi dvˇema státy, stoj´ıc´ım v této oblasti za pozornost, jsou Egypt a Jihoafrická republika. V Egyptˇ e je v´ yuka astronomie od roku 1993 nemˇenná. Ze základn´ıch ˇskol se na stˇredn´ı ˇskolu dostávaj´ı studenti se základn´ımi znalostmi o sluneˇcn´ı soustavˇe, vesm´ıru a vyuˇzit´ı sluneˇcn´ı energie. Na stˇredn´ı ˇskoly se d´ıky aktivitˇe Egyptské astronomické spoleˇcnosti dostaly kapitola popisuj´ıc´ı gravitaci Zemˇe a pohyb umˇel´ ych druˇzic. Spoleˇcnˇe s ministerstvem ˇskolstv´ı prob´ıhaj´ı i malé kurzy pro stˇredoˇskolské uˇcitele, kteˇr´ı tak maj´ı moˇznost se dozvˇedˇet v pr˚ ubˇehu 12 dn´ı základy astrofyziky, nebeské mechaniky a kosmologie. Vláda v Jihoafrick´ e republice zmˇenila nedávno uˇcebn´ı osnovy, a tak zmodernizovala zastaral´ y systém. V posledn´ıch roˇcn´ıc´ıch 9 -12 (u nichˇz se zmˇeny projev´ı od roku 2004 - 2006) byl poˇcet pˇredmˇet˚ u zredukován ze 124 na 35 (24 pˇredmˇet˚ u a 11 jazyk˚ u)! Hlavn´ım smˇerem kupˇredu je nyn´ı mimo dvou jazyk˚ u také povinná v´ yuka matematiky. Kapitola astronomie pod názvem Zemˇe a za n´ı se dostala do v´ yuky fyziky jako jedno z osmi témat. Na proˇskolen´ı uˇcitel˚ u se tak nyn´ı pod´ılej´ı hvˇezdárny poˇrádán´ım workshop˚ u.

Kapitola 3 Nov´ e trendy ve v´ yuce astronomie Jak jsem jiˇz napsal v kapitole 1.2, astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách u nás je zejména pˇrednáˇsena. Nav´ıc je tématicky stále kladen d˚ uraz na sluneˇcn´ı soustavu (také d´ıky jej´ımu hlavn´ımu zastoupen´ı v uˇcebnici Macháˇcek 1998). Pˇresto se ve svˇetˇe objevuj´ı nové tendence, které vlastnˇe odráˇzej´ı neustál´ y v´ yvoj astronomie: objevuj´ı se nová astronomická témata, nové metody v´ yuky (zejména obrovsk´ y nár˚ ust projekt˚ u), a také nové plány v´ yuky pro studenty pˇredevˇs´ım humanitn´ıho zaloˇzen´ı (kteˇr´ı se nepˇr´ıliˇs dobˇre orientuj´ı v matematice a pˇr´ırodn´ıch vˇedách). V neposledn´ı ˇradˇe se do v´ yuky dostávaj´ı poˇc´ıtaˇce (viz kapitola 4).

3.1

Nov´ a t´ emata

ˇ Potˇrebou inovace astronomick´ ych témat na stˇredn´ı ˇskole se zab´ yvá i Stefl (2002). Podle jeho názoru je nutné nejen zmˇenit strukturu a rozsah jednotliv´ ych kapitol jediné ˇceské uˇcebnice astrofyziky, ale zejména zv´ yˇsit d˚ uraz na vlastn´ı astrofyziku. Zároveˇ n si uvˇedomuje, ˇze nen´ı moˇzné pokr´ yt vˇsechny nové oblasti vˇedy, sp´ıˇse je moˇzné demonstrovat na vybran´ ych pˇr´ıkladech fyzikáln´ı podstatu kosmick´ ych tˇeles a jev˚ u. Obrovsk´ y rozvoj astronomie se objevil v posledn´ıch letech v oblastech, o kter´ ych se Macháˇcek (1998) nezmiˇ nuje v potˇrebné ˇs´ıˇri, pˇr´ıpadnˇe se o nich nemohl zm´ınit: • pr˚ uzkum planet sluneˇcn´ı soustavy (zejména dob´ yván´ı Marsu umˇel´ ymi sondami, v´ ypoˇcty jejich trajektori´ı) • zobrazovac´ı metody pro Slunce (druˇzice pozoruj´ıc´ı Slunce atd.) • obˇr´ı teleskopy • astronomie planetek, bl´ızkozemn´ı asteroidy • nové metody promˇeˇrován´ı vzdálenost´ı (supernovy) • zkoumán´ı vzniku hvˇezd (detekc´ı IR záˇren´ı) 26

´ TRENDY VE VYUCE ´ KAPITOLA 3. NOVE ASTRONOMIE

27

• d˚ ukladnˇejˇs´ı zkoumán´ı v´ıcenásobn´ ych hvˇezdn´ ych systém˚ u • mezihvˇezdná hmota • metody urˇcen´ı ˇcern´ ych dˇer v jádrech galaxi´ı • nov´ y vzorek dalekého vesm´ıru Hubble Deep Field • kupy, nadkupy galaxi´ı • relativistická astrofyzika • neutrinová astronomie • gravitaˇcn´ı vlny • kosmologie Zároveˇ n se projevuje absence zaj´ımav´ ych u ´loh (tˇech, které zaujmou studenty) nebo u ´loh, které vyuˇz´ıvaj´ı skuteˇcná data astronom˚ u. S moˇznost´ı vyuˇz´ıt veˇskerou fyziku pro v´ yuku astronomie na stˇredn´ı ˇskole pˇriˇsli ˇ Stefl a Krtiˇcka (2003). Podle jejich koncepce je pro u ´spˇeˇsnost astronomie nezbytná vazba na fyzikáln´ı v´ yuku, nebot’ je astrofyzikáln´ı v´ yuka zaˇrazena do fyziky. S jejich názorem je moˇzné polemizovat, nebot’ jiˇz nyn´ı se ukazuje, jak hodnˇe spojovac´ıch ˇclánk˚ u maj´ı veˇskeré pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety pˇri zkoumán´ı vesm´ıru (pˇr´ıkladem m˚ uˇze b´ yt napˇr. zkoumán´ı geologie Marsu, chemické a biologické pátrán´ı po ˇzivotˇe na dalˇs´ıch planetách a mˇes´ıc´ıch sluneˇcn´ı soustavy), nav´ıc se zaˇc´ınaj´ı uplatˇ novat i humanitn´ı obory (v´ yzkum lidské psychiky pˇri mikrogravitaci ˇci dlouhodobé izolaci na kosmické stanici, kosmické právo). Pˇresto je jasné, ˇze vyuˇzit´ım návaznosti na pˇredchoz´ı vyuˇcované fyzikáln´ı obory lze velmi pˇeknˇe vysvˇetlit pˇresn´ y fyzikáln´ı popis dalˇs´ıch zaj´ımav´ ych otázek astrofyziky v práci zmiˇ novan´ ych (vzdalován´ı Mˇes´ıce od Zemˇe, tvorba nov´ ych hvˇezd, rychlá rotace neutronov´ ych hvˇezd a dalˇs´ı). Podle mého názoru je potˇrebné, aby se zaj´ımavé nové astrofyzikáln´ı metody (témata) urˇcitˇe objevily pˇri v´ yuce astronomie. Pˇresto se boj´ım um´ıstˇen´ı astrofyziky jako posledn´ıho tématu fyziky (v´ıce viz kapitola 5.2).

3.2

Aktivity v hodinˇ e

Astronomové, kteˇr´ı radˇeji vid´ı smysl astronomické v´ yuky ve v´ yuce fyzikáln´ıch princip˚ u ˇci odvozen´ı, nedokáˇz´ı pochopit, ˇze aktivity v hodinˇe (které mnohdy nemaj´ı právˇe fyzikáln´ı náboj) m˚ uˇzou pomoci student˚ um astronomické znalosti osvojit. Tyto hry tak z´ıskaj´ı pro astronomii mnohem v´ıce pˇr´ıznivc˚ u neˇz nezáˇzivné odvozován´ı teoretick´ ych vzorc˚ u. Záleˇz´ı vˇsak pˇredevˇs´ım na klimatu ve tˇr´ıdˇe a ve ˇskole: v´ıce teoretiˇct´ı studenti radˇeji zpracovávaj´ı skuteˇcná astronomická data, pˇr´ıpadnˇe promˇeˇruj´ı, v´ıce humanitnˇe zaloˇzen´ı studenti naopak pˇriv´ıtaj´ı pˇr´ıklady ze ˇzivota.


28

Obrázek 3.1: Moˇzn´ y prvn´ı a posledn´ı list kosmického kalendáˇre (vlastn´ı práce autora).

Následuj´ıc´ı rozdˇelen´ı do podkapitol je sp´ıˇse orientaˇcn´ı, nˇekteré u ´lohy lze velmi dobˇre aplikovat ve v´ yuce r˚ uzn´ ym zp˚ usobem. Nejedná se o v´ yˇcet vˇsech moˇzn´ ych nápad˚ u pro zpestˇren´ı v´ yuky, citované u ´lohy jsou sp´ıˇse ukázkou moˇznost´ı.

3.2.1

Projektov´ a v´ yuka

Projektové vyuˇcován´ı je nejlépe popsáno v knize Petty (1996). Jedná se nejobecnˇeji o konkrétn´ı u ´kol, na kter´ y jsou studenti teoreticky pˇripraveni a k jehoˇz ˇreˇsen´ı je tˇreba vyvinout urˇcité u ´sil´ı. Velmi ˇcasto je v´ yhodné k ˇreˇsen´ı u ´kolu sestavit t´ ym, ve kterém kaˇzd´ y ˇclen pˇrevezme urˇcitou pro nˇej pˇrijatelnou u ´lohu. Projekty m˚ uˇzou b´ yt jednak velmi snadné u ´koly s u ´zce vymezen´ ym tématem, potom vˇsak také velmi tˇeˇzké mezipˇredmˇetové akce bl´ıˇz´ıc´ı se skuteˇcnému vˇedeckému v´ yzkumu. Projekty mohou zasahovat pomˇernˇe velkou ˇcást ˇskoln´ıho roku, pˇr´ıpadnˇe jde o krátkodobé projekty t´ ydenn´ı ˇci hodinové. Projekt STAR (Science Teaching through its Astronomical Roots neboli v´ yuka pˇr´ırodn´ıch vˇed na základˇe astronomie) vznikl v Harvard Smithsonian Center for Astrophysics v Cambridge jako projekt pro podporu pˇr´ırodn´ıch vˇed, které nejsou ´ ve Spojen´ ych státech vyuˇcovány na dostateˇcnˇe vˇedeckém základˇe. Ukolem projektu bylo vytvoˇrit pro uˇcitele sadu metodick´ ych pom˚ ucek (plán˚ u hodin, demonstraˇcn´ıch pˇr´ıstroj˚ u, pracovn´ıch list˚ u, aktivit pro studenty) tak, aby plnˇe korespondovaly se ˇskoln´ımi osnovami pˇredmˇetu Science. Nesm´ırnou v´ yhodou pro uˇcitele je ten fakt, ˇze má k dispozici metodické pom˚ ucky, se kter´ ymi se m˚ uˇze seznámit na workshopu, tedy hlavnˇe ˇreˇs´ı jak uˇcit, a ne co uˇcit! Velk´ ym projektem, kter´ y se dá rozdˇelit na nˇekolik samostatn´ ych projekt˚ u, m˚ uˇze b´ yt dnes velmi populárn´ı Cesta na Mars. Studenti (tˇreba celé ˇskoly) se rozdˇel´ı pod dohledem uˇcitel˚ u vˇsech obor˚ u na jednotlivé profese: teoretiky, inˇzen´ yry, astro-

´ TRENDY VE VYUCE ´ KAPITOLA 3. NOVE ASTRONOMIE Objekt Slunce Merkur Venuˇse Zemˇe Mars Jupiter Saturn Uran Neptun Pluto

Pr˚ umˇ er / mm 1400 5 12 12 7 140 120 50 50 2

Model

Vzd´ alenost do Slunce

hráˇsek l´ıskov´ y oˇr´ıˇsek l´ıskov´ y oˇr´ıˇsek hráˇsek grapefruit grapefruit mandarinka mandarinka zrnko pepˇre

60 m 110 m 150 m 230 m 800 m 1,5 km 3 km 4,5 km 6 km

29

Tabulka 3.1: Model sluneˇcn´ı soustavy miliardkrát zmenˇsen´ y, znám´ y jako mandarinkov´ y model (Macháˇcek 1998, str. 12).

´ nauty, biology, chemiky, finanˇcn´ıky, politiky, psychology atd. Ukolem celého projektu je vypravit lidskou posádku na Mars. Teoretici dostanou za u ´kol vytyˇcit celou cestu na Mars (nastuduj´ı tedy pˇr´ısluˇsné kapitoly nebeské mechaniky), inˇzen´ yˇri budou m´ıt za u ´kol sestrojit skuteˇcnou raketu (napˇr. z plastov´ ych lahv´ı), biologové z´ıskaj´ı informace o u ´ˇcinc´ıch mikrogravitace na ˇclovˇeka, budou m´ıt za u ´kol zkoumat r˚ ust rostlin (hydroponie), chemici vyˇreˇs´ı v´ yrobu kysl´ıku, finaˇcn´ıci navrhnout rozpoˇcet celé akce. . . Tak velk´ y projekt jiˇz samozˇrejmˇe vyˇzaduje velmi dobˇre pˇripravené pedagogy, kteˇr´ı vedou jednotlivé skupiny student˚ u. Jednotlivé skupiny student˚ u spolu maj´ı komunikovat, dle v´ ysledk˚ u jin´ ych skupin upravuj´ı vlastn´ı v´ yzkumy. Cel´ y projekt pak konˇc´ı prezentac´ı celé práce. Mal´ ym projektem, asi tak na t´ yden, je projekt kosmick´ y kalend´ aˇ r. Uˇcitel poˇzádá studenty, aby sehnali informace o kosmick´ ych událostech. Jejich u ´kolem je pˇrepoˇc´ıtat jednotlivé události do ˇskály jednoho roku. Vznik vesm´ıru tak nastal o p˚ ulnoci na prvn´ı leden, dneˇsek je konec 31. prosince. Pro konkrétn´ı dny pak studenti vyrob´ı listy kalendáˇre (viz obrázek 3.1).

3.2.2

Demonstraˇ cn´ı v´ yuka

O uˇziteˇcnosti demonstrac´ı v hodinách nen´ı nutné diskutovat. Demonstraˇcn´ı v´ yuka je tedy vhodná i pro astronomii. Samozˇrejmˇe je astronomie na demonstrace velmi citlivá, protoˇze ne vˇse se dá na rozd´ıl napˇr´ıklad od chemick´ ych reakc´ı ˇci elektrick´ ych obvod˚ u ukázat. Do hodin se stejnˇe jako na astronomické krouˇzky ˇci tábory vˇzdy hod´ı vytv´ aˇ ren´ı modelu sluneˇ cn´ı soustavy. Tento model je notoricky znám (objevuje se prakticky ve vˇsech astronomick´ ych uˇcebnic´ıch napˇr. jako tabulka 3.1). Je vˇsak potˇrebné


30

Obrázek 3.2: Obdoba HR diagramu. Studenti vytváˇrej´ı graf závislosti hmotnosti ˇclovˇeka na jeho vˇeku z dané skupiny lid´ı.

vyhradit si v uˇcebn´ım plánu alespoˇ n jednu hodinu1 na to opravdu model v terénu vytvoˇrit. Zaˇzil jsem uˇcebn´ı hodinu, pˇri které uˇcitel pro motivaci zvolil tento model, ale pouze jako pˇr´ıklad, pˇriˇcemˇz dalˇs´ı hodiny model zkouˇsel. Studenti ovˇsem takov´ y model neumˇeli reprodukovat. Moˇznost opravdu nechat studenty pohrát byla nahrazena memorován´ım. Na ˇskolách je ovˇsem potˇreba rozv´ıjet i ˇcasto ménˇe vyuˇcovaná témata z astronomie. Témata ze sluneˇcn´ı soustavy jsou zastoupena prakticky automaticky, modernˇejˇs´ı témata jako hvˇezdy, jejich spektra nebo galaxie zastoupena v takové m´ıˇre nejsou. Uvedu jeˇstˇe nˇekteré pˇr´ıklady demonstraˇcn´ı v´ yuky. Studenti jistˇe ocen´ı motivaˇcn´ı pˇr´ıklady ze ˇzivota, jak´ ym je napˇr´ıklad obdoba HR diagramu (viz obrázek 3.2). Uˇziteˇcnost HR diagramu lze ukázat na diagramu, kter´ y studenti sami vytvoˇr´ı ze svého vˇeku a v´ yˇsky. Na takto vytvoˇreném diagramu jim lze vysvˇetlit, ˇze • sice kaˇzdé m´ısto v diagramu m˚ uˇze odpov´ıdat nˇejakému myˇslenému ˇclovˇeku, ale zákony pˇr´ırody pˇredem urˇcitá m´ısta vyluˇcuj´ı, • jednotlivé objekty se seskupuj´ı do urˇcit´ ych skupin (pr˚ umˇern´ı lidé, pˇr´ıliˇs otyl´ı lidé, podvyˇziven´ı), • m˚ uˇzeme pomoc´ı diagramu pˇredem nˇeco ˇr´ıci o jiné skupinˇe lid´ı, u kter´ ych opˇet známe diagram atd. D´ıky takovému rozebrán´ı situace se m˚ uˇzou studenti nejen snadnˇeji orientovat ve vlastn´ım HR diagramu, ale také tˇreba pochop´ı, co astronomy k takovému dˇelen´ı vede. 1

Pro studenty vytyˇcuj´ıc´ı vzd´ alené planety sp´ıˇse 2 hodiny.


31

Obrázek 3.3: Schéma postaven´ı student˚ u pˇri hˇre Kirchhoffovy zákony.

Podobnou aktivitou v hodinˇe m˚ uˇze b´ yt demonstrace Kirchhoffov´ ych z´ akon˚ u. S touto aktivitou pˇriˇsla astronomická sekce Univerzity ve Washingtonu. ´ Uloha zapojuje kolem 9 student˚ u. Dále je potˇreba zejména 70 tenisov´ ych m´ıˇck˚ u (10 ˇcerven´ ych, oranˇzov´ ych, ˇzlut´ ych, zelen´ ych, modr´ ych, indigovˇe modr´ ych a fialov´ ych). Studenti se postav´ı tak, jak je vidˇet na obrázku 3.3. Student, kter´ y pˇredstavuje horké tˇeleso, má na zaˇcátku vˇsechny tenisové m´ıˇcky, které postupnˇe ház´ı na studenta, kter´ y pˇredstavuje chladn´ y plyn. Ten má za u ´kol chytat pouze oranˇzové a modré m´ıˇcky, které po chycen´ı rozhazuje náhodnˇe vybran´ ym student˚ um (vˇcetnˇe studenta za n´ım a studenta, kter´ y mu m´ıˇcky ház´ı). Na konci demonstrace pak uˇcitel vyzve studenty, aby mimo jiné zakreslili spektrum, které pozorovali. Tato motivaˇcn´ı demonstrace pak student˚ um lépe pˇredstav´ı pojem absorpˇcn´ıho a emisn´ıho spektra. Pˇri v´ ykladu dˇ elen´ı typ˚ u galaxi´ı je nejjednoduˇsˇs´ı pˇrinést do tˇr´ıdy fotografie jednotliv´ ych galaxi´ı (ve velkém poˇctu) a vysvˇetlit student˚ um, ˇze nyn´ı oni sami maj´ı za u ´kol rozdˇelit galaxie podle urˇcit´ ych spoleˇcn´ ych znak˚ u. Jako motivaci lze vyuˇz´ıt Hubble Deep Field, kter´ y ukáˇze, ˇze galaxi´ı je opravdu velké mnoˇzstv´ı. Závˇerem takové aktivity m˚ uˇze b´ yt vysvˇetlen´ı, proˇc vˇedci dˇel´ı galaxie zrovna takov´ ym zp˚ usobem, a dokonce co nám nynˇejˇs´ı struktura konkrétn´ı galaxie m˚ uˇze ˇr´ıct o jej´ım v´ yvoji.


3.2.3

32

Praktick´ a mˇ eˇ ren´ı a zpracov´ av´ an´ı dat

Praktická mˇeˇren´ı astronomick´ ych dat jsou na stˇredn´ıch ˇskolách zanedbávána, protoˇze si mnoz´ı uˇcitelé mysl´ı, ˇze astronomie je noˇcn´ı vˇeda. Sbˇer dat vˇsak jiˇz dnes provozuj´ı automatické mˇeˇric´ı systémy, a tak modern´ı astronom zpracovává takto z´ıskaná data. Pokud chce uˇcitel zahrnout do v´ yuky skuteˇcné mˇeˇren´ı, je bud’ odkázán na denn´ı oblohu (Slunce, Mˇes´ıc, optické atmosférické jevy), nebo na dobrovolnou ˇcinnost student˚ u (vlastn´ı studentovo pozorován´ı Mˇes´ıce, hvˇezd,. . . ). Mezi základn´ı astronomické u ´lohy, které jsou vhodné pro stˇredoˇskoláky, patˇr´ı ˇ y urˇ cov´ an´ı m´ıstn´ı zemˇ episn´ e ˇ s´ıˇ rky a d´ elky (popsané napˇr. v uˇcebnici Zivn´ a Lepil (1966), která obsahuje i dalˇs´ı praktické u ´lohy). Urˇcovat zemˇepisnou ˇs´ıˇrku tak lze pomoc´ı promˇeˇren´ı v´ yˇsky kulminace Polárky vyroben´ ym astrolábem. Ze znalost´ı pohyb˚ u Slunce a promˇeˇren´ım pravého poledne lze urˇcit i zemˇepisnou délku. Prozat´ım mnou nerealizovaná, ale k promˇeˇren´ı plánovaná u ´loha, která je vlastnˇe moˇzn´ ym projektem pro dvˇe vzdálené stˇredn´ı ˇskoly, je urˇcen´ı rozd´ılu zemˇepisn´ ych souˇradnic tˇechto dvou ˇskol. S pomoc´ı internetu lze koordinovat práci pˇri promˇeˇrován´ı v´ yˇsky Slunce v kulminaci a zároveˇ n okamˇzik pravého poledne ve stejn´ y den na obou pozorovac´ıch m´ıstech. Dalˇs´ı denn´ı aktivitou m˚ uˇze b´ yt projekce Slunce, spoleˇcnˇe s diskuz´ı sluneˇcn´ıch skvrn. Stˇredoˇskoláci se zájmem o astronomii tak m˚ uˇzou zakreslovat sluneˇcn´ı skvrny a poˇc´ıtat relativn´ı ˇc´ıslo. Velmi zaj´ımavé jsou z tohoto pohledu webové stránky projektu SOHO (viz strana 39). Noˇcn´ı pozorován´ı Mˇes´ıce je u nˇekter´ ych uˇcitel˚ u obl´ıbená samostatná laboratorn´ı práce na téma kresba Mˇ es´ıce. Studenti maj´ı za u ´kol v konkrétn´ı noc (nejlépe pˇri prvn´ı ˇci posledn´ı ˇctvrti) zakreslit Mˇes´ıc a zjistit pomoc´ı atlasu pˇr´ıpadnˇe poˇc´ıtaˇcov´ ych program˚ u, jaké u ´tvary na Mˇes´ıci pozorovali. Taková u ´loha je dobrá pro hodiny zemˇepisu, kde jsou astronomická témata velmi ˇcasto nepochopiteln´ ym zp˚ usobem vynechávána (sestavován´ı map jin´ ych tˇeles sluneˇcn´ı soustavy, galaktické souˇradnice atd.). Mezi u ´lohy, které vyˇzaduj´ı sp´ıˇse zpracován´ı dat, která za nás nˇekdo promˇeˇril, patˇr´ı jednak hloubka mˇ es´ıˇ cn´ıch kr´ ater˚ u, zpracovaná v ˇclánku Pudiv´ıtr (2001a), potom vˇsak také urˇ cov´ an´ı spekter hvˇ ezd. Studenti m˚ uˇzou ze znalost´ı typick´ ych znak˚ u jednotliv´ ych typ˚ u spekter hvˇezd urˇcovat spektráln´ı typ neznámé hvˇezdy, pˇr´ıpadnˇe lze vytvoˇrit u ´lohu, ve které dáme student˚ um k dispozici spektra znám´ ych typ˚ u hvˇezd, a oni pak srovnávac´ı metodou urˇcuj´ı neznámou hvˇezdu, jako je to v jedné poˇc´ıtaˇcové u ´loze CLEA (viz strana 43 a obrázek 3.4). Mnoho u ´loh je souˇcást´ı astronomick´ ych olympiád nebo korespondenˇcn´ıch astronomick´ ych soutˇeˇz´ı (viz Dodatek C.1). Prakticky na jakékoli astronomické téma, vhodné pro v´ yuku na stˇredn´ıch ˇskolách, je moˇzné vytvoˇrit nˇejakou vhodnou u ´lohu. ´ Ukolem didaktik˚ u astronomie by mˇelo b´ yt vytvoˇren´ı sady metodick´ ych list˚ u, demonstraˇcn´ıch pˇr´ıklad˚ u a materiál˚ u, které po krátkém nastudován´ı budou moct uˇcitelé pouˇz´ıt ve v´ yuce.


33

Obrázek 3.4: Porovnáván´ı spektra neznámého typu hvˇezdy s katalogem v poˇc´ıtaˇcové u ´loze Stellar Spectra projektu CLEA.

3.3

Astronomie pro humanitnˇ e zaloˇ zen´ e

Existuje nejménˇe polovina student˚ u stˇredn´ıch ˇskol, jejichˇz zamˇeˇren´ı je sp´ıˇse humanitn´ı neˇz pˇr´ırodovˇedné. Tito studenti radˇeji studuj´ı spoleˇcenské vˇedy, literaturu nebo ciz´ı jazyky. Samozˇrejmˇe je dobˇre, kdyˇz se pˇri v´ yuce astronomie i u tˇechto student˚ u objev´ı vzorce ˇci odvozován´ı, fyzikáln´ı závˇery a v´ ypoˇcty, ovˇsem pˇri motivaci by se mˇelo vyuˇz´ıvat právˇe silné stránky tˇechto student˚ u, tedy humanitn´ı vˇedy. Fraknoi (2002) sestavil pro v´ yuku astronomie pˇrehledn´ y seznam anglosaské literatury, ˇrazen´ y tématicky, kter´ y je vhodn´ y pro vyhledán´ı pov´ıdky nebo knihy pro v´ yuku nebo pro pos´ılen´ı zájmu o astronomii (v hodinách m˚ uˇzeme podle schopnost´ı student˚ u pouˇz´ıt originál nebo pˇreklad knihy). Podobn´ ym zp˚ usobem lze zpracovat ˇcesky dostupnou literaturu, jakou jsou napˇr. P´ısnˇe kosmické Jana Nerudy (1878), ˇ nebo vˇedecko-fantastická literatura Karla Capka, Ondˇreje Neffa a dalˇs´ıch. Stejnˇe tak je moˇzné nechat studenty ˇc´ıst astronomické odborné ˇclánky a následnˇe o nich diskutovat. Mnoho tˇechto student˚ u má odpor k pˇr´ırodn´ım vˇedám také proto, ˇze nechápou text uˇcebnic tˇechto pˇredmˇet˚ u. Dalˇs´ı moˇznost´ı je vytváˇren´ı mnemotechnick´ ych pom˚ ucek pro známé astronomické sestavy, jak´ ymi jsou I Eat Green Carrots pro poˇrad´ı galileovsk´ ych mˇes´ıc˚ u Io, Europa, Ganymed a Kalisto (Callisto) nebo Oh Be A Fine Girl and Kiss Me pro poˇrad´ı spektráln´ıch typ˚ u hvˇezd. Velmi dobˇre lze vyuˇz´ıt historii astronomie, která je pro stˇredoˇskolské potˇreby ˇ velmi pˇeknˇe shrnuta v knize Ceman a Pittich (2002). Uˇcitelé nemus´ı vyuˇz´ıvat


34

Obrázek 3.5: Umˇelcova pˇredstava mimozemského ˇzivota (Jones 2003).

pouze napˇr. problematiku upálen´ı Giordana Bruna, rozpor vˇedc˚ u mezi heliocentrick´ ym a geocentrick´ ym pohledem na sluneˇcn´ı soustavu nebo stavbu kamenn´ ych observatoˇr´ı v dobˇe bronzové (Stonehenge a dalˇs´ı). Lze vyuˇz´ıt také následuj´ıc´ı témata: • rozˇsiˇrován´ı sluneˇcn´ı soustavy (objevy nov´ ych planet, promˇeˇrován´ı transneptunick´ ych objekt˚ u), • objev dalekohledu (nové planety, galileovské mˇes´ıce Jupitera, detailnˇejˇs´ı pozorován´ı povrchu Mˇes´ıce, hvˇezdy Mléˇcné dráhy, fáze Venuˇse, skvrny na Slunci), • potˇreba katalogizace objekt˚ u (katalog Hipparch˚ uv, Brah˚ uv, Herschel˚ uv, Messier˚ uv, klasifikace objekt˚ u), • v´ yvoj názor˚ u na vesm´ır a dalˇs´ı. Jak je vidˇet, v´ ybˇer témat je velmi rozsáhl´ y. Nen´ı nutné, aby uˇcitel zpracovával daná ’ témata sám. Sp´ıˇse je uˇziteˇcnˇejˇs´ı bud umˇet zaˇradit vysvˇetlovan´ y jev do historického kontextu, nebo vytvoˇrit pro studenty projekt na dané téma. D˚ uleˇzité je také propojovat a nav´ıc upˇresˇ novat v´ yklad jin´ ych pˇredmˇet˚ u. Studenti m˚ uˇzou vznést ve filozofii otázky na p˚ uvod vesm´ıru, vznik ˇzivota v˚ ubec (tzv. vˇeˇcné otázky). Je potˇreba student˚ um sdˇelit, jak´ ym zp˚ usobem se je snaˇz´ı ˇreˇsit modern´ı astronomie. Doprovodem urˇcit´ ych hodin m˚ uˇze b´ yt hudba, kterou lidstvo na r˚ uzn´ ych nosiˇc´ıch odeslalo se sondami opouˇstˇej´ıc´ımi sluneˇcn´ı soustavu jin´ ym civilizac´ım. Velmi dobr´ ymi skladbami jsou nˇekterá d´ıla modern´ıch autor˚ u, která doprovázej´ı vˇedeckofantastické filmy. Ve v´ ytvarn´ e v´ ychovˇ e lze uplatnit astronomická témata - od


35

konkrétn´ıch objekt˚ u (kresba ˇci fotografie Mˇes´ıce, Zemˇe), pˇres fantazijn´ı práce (mimozemsk´ y ˇzivot - viz obrázek 3.5, lidstvo dob´ yvá planety). V neposledn´ı ˇradˇe je moˇzné vytvoˇrit vyuˇcovac´ı hodinu o kosmickém pr´ avu. Problematika zejména vlastnick´ ych práv pˇri dob´ yván´ı vesm´ıru (napˇr. nejasnosti kolem dob´ yván´ı nerostného bohatstv´ı mimo Zemi) zaˇc´ıná b´ yt prob´ırána také v tisˇ ku (Svehla 2004, Horn´ık 2004 ad.).

Kapitola 4 Poˇ c´ıtaˇ ce ve v´ yuce astronomie Astronomie je vˇeda, ve které hraj´ı poˇc´ıtaˇce a internet svou nezastupitelnou u ´lohu. Astronomická data se dnes d´ıky tˇemto nov´ ym technologi´ım dostanou astronomovi aˇz na st˚ ul. Hlavn´ımi v´ yhodami tˇechto technologi´ı pro v´ yuku je moˇznost z´ıskáván´ı aktuáln´ıch astronomick´ ych informac´ı na internetu, rychlé z´ıskáván´ı prezentaˇcn´ıch materiál˚ u (obrázk˚ u, vide´ı, simulac´ı), moˇznost zpracováván´ı dat na poˇc´ıtaˇci a mˇeˇren´ı pomoc´ı poˇc´ıtaˇcov´ ych u ´loh (jednak u ´loh, které student nem˚ uˇze promˇeˇrit, nebo u ´loh, které bˇehem dne nen´ı moˇzné se studenty namˇeˇrit). Pouˇzit´ı poˇc´ıtaˇce je samozˇrejmˇe podm´ınˇeno t´ım, ˇze maj´ı studenti poˇc´ıtaˇc pˇr´ımo ve v´ yuce astronomie (napˇr. v pˇr´ıpadˇe promˇeˇrován´ı poˇc´ıtaˇcové u ´lohy). Pˇri prezentaci uˇcitelem je vhodné m´ıt poˇc´ıtaˇc pˇripojen´ y na s´ıt’ televizor˚ u, pˇr´ıpadnˇe na dataprojektor. Jinak v´ yuka ztrác´ı v´ yznam. Dalˇs´ım vhodn´ ym doplnˇen´ım v´ yuky astronomie je moˇznost shánˇen´ı informac´ı na internetu, a to napˇr. pro referáty a samostatné práce student˚ u. V této kapitole jsem samozˇrejmˇe shrnul ty nejzákladnˇejˇs´ı odkazy, vˇetˇs´ı databázi lze sehnat bud’ prohledáván´ım sekc´ı Astronomie (Astronomy) ve vyhledavaˇc´ıch, nebo v publikac´ıch k tomu pˇr´ımo urˇcen´ ych (napˇr. Pompea 2000). Je nutné upozornit na to, ˇze se webové stránky mˇen´ı skoro tak ˇcasto jako mˇes´ıˇcn´ı fáze. Jsou v této kapitole uvedeny z praktick´ ych d˚ uvod˚ u, ovˇsem m˚ uˇzou se ˇcasem zmˇenit. Vˇetˇsinu stránek je moˇzné vyhledat zadán´ım názvu stránky do internetového vyhledavaˇce.

4.1

Astronomick´ e informace na internetu

Vyhledáván´ı astronomick´ ych informac´ı na internetu je rychlé, ale nemus´ı b´ yt spolehlivé. Svoboda internetu spoˇc´ıvá také v tom, ˇze ne na kaˇzdé stránce mus´ı b´ yt pravdivé u ´daje. V následuj´ıc´ıch podkapitolách jsou uvedeny pˇrehlednˇe veˇskeré zaj´ımavé astronomické stránky, které m˚ uˇze uˇcitel vyuˇz´ıt k v´ yuce a které obsahuj´ı pravidelnˇe obnovované, pravdivé u ´daje. V prvn´ı podkapitole se nacházej´ı stránky psané ˇcesky. Takové lze vyuˇz´ıt pro 36

ˇ ÍTACE ˇ VE VYUCE ´ KAPITOLA 4. POC ASTRONOMIE

37

pˇr´ıpravu student˚ u (vyhledáván´ı podklad˚ u pro psan´ı referát˚ u atd.), pˇr´ıpadnˇe jako v´ yukové materiály. V druhé podkapitole jsem shromáˇzdil zaj´ımavé astronomické odkazy v angliˇctinˇe, které lze vyuˇz´ıt pro pˇr´ıpravu uˇcitele (hledán´ı informac´ı, zaj´ımav´ ych obrázk˚ u ˇci aktivit) nebo jako v´ yukov´ y materiál pro studenty (a to dvou posledn´ıch roˇcn´ık˚ u stˇredn´ı ˇskoly, kdy jsou studenti schopni ˇc´ıst anglick´ y text1 ).

4.1.1

ˇ Cesk´ e odkazy

Vˇetˇsina ˇcesk´ ych vyhledavaˇc˚ u (Seznam, Atlas aj.) má pro astronomii specializované sekce, které obsahuj´ı des´ıtky astronomick´ ych odkaz˚ u. Jelikoˇz vˇsak do tˇechto vyhledavaˇc˚ u m˚ uˇze dát odkaz na stránky prakticky kdokoli, nejde ani o u ´pln´ y seznam, ani o seznam tˇech nejlepˇs´ıch stránek. Vˇetˇsina odkaz˚ u se nedá vyuˇz´ıt pro v´ yuku ’ ’ astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách, nebot obsahuj´ı bud pouze zm´ınku o astronomii, nahodilé astronomické ˇclánky, pˇr´ıpadnˇe astronomické webové prezentace, které nejsou k v´ yuce urˇceny. ˇ Hlavn´ı astronomickou stránkou ˇceského internetu je stránka Cesk´ e astro2 nomick´ e spoleˇ cnosti . Provoz tohoto serveru zaˇcal v kvˇetnu 1995, je um´ıstˇen v prostorách fakulty technologické Univerzity Tomáˇse Bati ve Zl´ınˇe. Na stránkách se objevuj´ı zejména informace o novinkách, a také o astronomick´ ych akc´ıch. Uˇcitel zde tak najde zejména aktuáln´ı krátké ˇclánky spolu s relevantn´ımi odkazy. Instantn´ı astronomick´ e noviny3 , které kaˇzdé pondˇel´ı aktualizuje Obˇcanské sdruˇzen´ı IAN a Hvˇezdárna a planetárium Mikuláˇse Kopern´ıka v Brnˇe, obsahuj´ı nejen aktuáln´ı zprávy a vˇetˇs´ı ˇclánky, ale z pohledu uˇcitele zejména linky na stále aktualizované pˇr´ılohy: Návod na pouˇzit´ı vesm´ıru4 (stránky pro pozorovatele, ale zejména ˇcást Pro volné chv´ıle, která obsahuje zaj´ımavé návody na aktivity pˇri zataˇzené obloze) a Prohl´ıdka Mˇes´ıce5 (velmi detailn´ı stránky o naˇsem souputn´ıku). ˇ Pˇekné stránky Aldebaran6 vznikaj´ı na Katedˇre fyziky CVUT. Aldebaran obsahuje nejen astrofyzikáln´ı informace (sluneˇcn´ı soustava, orientace na obloze, hvˇezdy, gravitace, kosmologie aj.), ale i pár astronomick´ ych aplet˚ u v sekci Studium (gravitaˇcn´ı simulátor, v´ yvoj hvˇezd). Sloˇzitˇejˇs´ım neˇz stˇredoˇskolsk´ ym popisem nebeské mechaniky se zab´ yvá stránka Nebesk´ a mechanika7 . Obsahuje jednak popis základn´ıch pojm˚ u nebeské mechaniky a v´ ypoˇcty. Za zm´ınku jistˇe také stoj´ı dvˇe konkurenˇcn´ı stránky o kosmonautice: SPACE 408 (Velk´ y katalog druˇzic a kosmick´ ych sond), na kterém se pod´ıleli napˇr. Anton´ın 1

Jedn´ a se vlastnˇe o zaj´ımavé propojen´ı pˇr´ırodn´ıch vˇed s ciz´ım jazykem. http://www.astro.cz 3 http://www.ian.cz 4 http://navod.hvezdarna.cz 5 http://moon.astronomy.cz 6 http://www.aldebaran.cz 7 http://nebmech.astronomy.cz 8 http://www.lib.cas.cz/knav/space.40/index.html 2


38

V´ıtek a Marcel Gr¨ un, a potom Mal´ a encyklopedie kosmonautiky9 . Zat´ımco SPACE 40 nab´ız´ı nejaktuálnˇejˇs´ı pˇrehled vˇsech druˇzic a sond s moˇznost´ı vyhledáván´ı podle jednoduch´ ych kategori´ı (rok startu, start, objekt atd.), Malá encyklopedie kosmonautiky obsahuje detailnˇejˇs´ı ˇclánky popisu jednotliv´ ych mis´ı, základy kosmonautiky, slovn´ık, test aj.

4.1.2

Zahraniˇ cn´ı odkazy

Pro vyhledáván´ı astronomick´ ych informac´ı se hod´ı zejména stránky astronomick´ ych organizac´ı ve svˇetˇe (viz dodatek B.2). Pˇresto existuj´ı populárnˇejˇs´ı stránky: Nejnavˇstˇevovanˇejˇs´ı astronomickou stránkou je Astronomy for Kids 10 . Jedná se pˇrehledn´ y soupis jednoduch´ ych astronomick´ ych pojm˚ u (planety, souhvˇezd´ı,...) na u ´rovni konce základn´ı ˇskoly, kter´ y je ovˇsem doplnˇen o odkazy na dalˇs´ı (i vˇedecké) stránky. Dalˇs´ı velmi populárn´ı stránkou je Bad Astronomy 11 , stránky Philipa Plaita, univerzitn´ıho uˇcitele na katedˇre fyziky a astronomie Státn´ı univerzity v Sonoma. Na stránkách se objevuj´ı komentáˇre k televizn´ım poˇrad˚ um, které obsahuj´ı astronomické poznatky, komentáˇre k chybám ve filmech, a také pˇredevˇs´ım komentované opravy klasick´ ych astronomick´ ych pˇredstav bˇeˇzn´ ych lid´ı (proˇc je obloha modrá, co zp˚ usobuje fáze Mˇes´ıce, skonˇc´ı Slunce jako ˇcerná d´ıra atd.). Opravdu pˇresné informace by mˇel uˇcitel hledat v astronomickém slovn´ıku Eric Weisstein’s World of Astronomy 12 . Zde lze hledat nejen pomoc´ı abecedn´ıho poˇrádku, ale zejména procházen´ım hlavn´ıch kategori´ı: Atmosféra, Kalendáˇre, Galaktická astronomie, Pozorován´ı, Dálkové sn´ımán´ı, Sluneˇcn´ı soustava a Hvˇezdy. Slovn´ık je souˇcást´ı dalˇs´ıch slovn´ık˚ u - biologického, chemického, matematického a fyzikáln´ıho. Podobn´ ym slovn´ıkem, ale pouze objekt˚ u ve vesm´ıru, je Absolute Astro13 nomy . Kliknut´ım na vybranou planetu, mˇes´ıc, souhvˇezd´ı, hvˇezdu, objekt Messierova katalogu, mlhovinu nebo galaxii z´ıská uˇzivatel nejen krátk´ y popis daného objektu, ale také odkazy, které obsahuj´ı v´ıce informac´ı. Velmi zaj´ımavé uˇcebnice astronomie vytvoˇril na sv´ ych stránkách David P. Stern14 - From Stargazers to Starships (základn´ı uˇcebnice, která obsahuje na stˇredoˇskolské u ´rovni vysvˇetlenou základn´ı newtonovskou mechaniku, historii astronomie spolu s historick´ ymi astronomick´ ymi u ´lohami, a také principy vesm´ırn´ ych let˚ u), The Great Magnet, The Earth (informace o zemském magnetizmu) a The Exploration of the Earth’s Magnetosphere (vzdˇelávac´ı stránka o magnetickém poli Zemˇe a Slunce). Vˇsechny uˇcebnice jsou pˇreloˇzeny do dalˇs´ıch jazyk˚ u 9

http://mek.kosmo.cz http://www.dustbunny.com/afk/ 11 http://www.badastronomy.com 12 http://scienceworld.wolfram.com/astronomy 13 http://www.absoluteastronomy.com 14 http://www.phy6.org 10


39

Obrázek 4.1: Obrázek galaxie v Andromedˇe ve viditelném oboru z´ıskan´ y virtuáln´ım dalekohledem SkyView.

(ˇspanˇelstiny a francouzˇstiny). Samozˇrejmˇe nejv´ıce relevantn´ıch informac´ı lze z´ıskat na stránkách jednotliv´ ych astronomick´ ych projekt˚ u (informace o Slunci tak je nejlépe hledat na stránkách projektu SOHO15 atd.).

4.2

Astronomick´ e obr´ azky

Asi nejkvalitnˇejˇs´ı databázi astronomick´ ych obrázk˚ u i s popisem lze naj´ıt na stránkách Astronomick´ y sn´ımek dne (v anglické16 a také v ˇceské verzi17 ). V´ yhodou této sluˇzby je prohledáván´ı vˇsech sn´ımk˚ u podle kl´ıˇcového slova (uˇcitel si m˚ uˇze pˇripravit tˇreba soubor obrázk˚ u r˚ uzn´ ych typ˚ u galaxi´ı). Pˇekn´ y program je internetov´ y virtuáln´ı dalekohled SkyView 18 (viz obrázek 4.1). Uˇcitel, kter´ y tolik nerozum´ı astronomii, vyuˇzije urˇcitˇe moˇznost v´ ybˇeru obrázku pˇres neastronomické rozhran´ı. Staˇc´ı zadat vlnov´ y obor spektra, ve kterém chcete z´ıskat obrázek, a nav´ıc souˇradnice objektu (pˇr´ıpadnˇe jeho název). 15

http://sohowww.nascom.nasa.gov http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod 17 http://www.astro.cz/apod 18 http://skyview.gsfc.nasa.gov 16


4.3

40

Astronomick´ e internetov´ eˇ casopisy

Mezi u ´pln´ ymi ˇcesk´ ymi astronomick´ ymi ˇcasopisy na internetu se vyj´ımá zejména 19 Povˇ etroˇ n . Tento dvoumˇes´ıˇcn´ık Astronomické spoleˇcnosti v Hradci Králové obsahuje mnoho zaj´ımav´ ych ˇclánk˚ u a v nˇekter´ ych ˇc´ıslech i didaktick´ ych nápad˚ u. ˇ Ceská astronomická spoleˇcnost (viz dodatek B.1) vydává také vlastn´ı ˇcasopis Kosmick´ e rozhledy20 , ve kter´ ych mimo jiné ve speciáln´ım ˇc´ısle vycházej´ı u ´lohy astronomické olympiády. Aby byl v´ yˇcet u ´pln´ y, mus´ım jmenovat také ˇcasopisy Hvˇ ezdn´ y posel21 , elektronick´ y zpravodaj Hvˇezdárny a planetária M. Kopern´ı22 ˇ ˇ ka v Brnˇe, a JihoCAS , obˇcasn´ık jihoˇceské poboˇcky CAS. Jiné ˇceské ˇcasopisy 23 maj´ı pouze informaˇcn´ı stránky (jako napˇr. Astropis nebo Vesm´ır24 ). Ze zahraniˇcn´ıch ˇcasopis˚ u na internetu je moˇzné jmenovat pˇredevˇs´ım slovensk´ y Kozmos25 a Space and Telescope 26 , kter´ y se zaj´ımá pˇredevˇs´ım o amatérskou astronomii.

4.4

Multimedi´ aln´ı astronomie

Otázkou multimédi´ı ve v´ yuce astronomie se zab´ yval Pokorn´ y (2001) a Vlachová (2003)27 . Velkou v´ yhodou multimédia ve v´ yuce je propojen´ı text˚ u s obrázky, videosekvencemi, zvuky nebo pˇrehledy. K v´ yuce astronomie, pˇr´ıpadnˇe k doplnˇen´ı v´ ykladu se nejv´ıce hod´ı obrázky a videa um´ıstˇená na CD-romu. Uˇcitel m˚ uˇze vyuˇz´ıt komerˇcnˇe vyrábˇen´ ych titul˚ u na ˇceském trhu (napˇr. ASTRO 2001, GALLAXIS 2002, Encyklopedie vesm´ıru, Dob´ yván´ı vesm´ıru - nˇekteré viz obrázek 4.2), tituly vyrábˇené v rámci grant˚ u, studentsk´ ych prac´ı nebo prezentace nˇekter´ ych astronomick´ ych pracoviˇst’ (napˇr. CD/Astronomie 1 hradecké hvˇezdárny), m˚ uˇze si sám vytvoˇrit prezentaci v nˇekterém bˇeˇzném prezentaˇcn´ım programu, nebo sáhne po zahraniˇcn´ıch titulech (zejména kv˚ uli obrázk˚ um a videosekvenc´ım). Hlavn´ı v´ yhodou multimediáln´ı astronomické prezentace je jej´ı názornost a atraktivnost. Multimédium totiˇz obsahuje potˇrebné podkladové materiály. Uˇcitel tak nemus´ı jednotlivé astronomické u ´kazy popisovat, pˇr´ımo je m˚ uˇze student˚ um ukázat. Didaktika astronomie ukazuje, ˇze napˇr. fotografie má d˚ uleˇzitou a nezastupitelnou u ´lohu. Pˇri v´ yuce pouˇz´ıváme astronomické sn´ımky opravdu hojnˇe. Zachycuj´ı pro ˇzáky tajemné a neznámé svˇety, a t´ım jsou pro nˇe atraktivn´ı a motivaˇcn´ı. Fotografie vhodná pro v´ yuku nen´ı obvykle stejná jako bˇeˇzn´ y astronomick´ y sn´ımek poˇr´ızen´ y 19

http://www.astrohk.cz/ashk/povetron http://kr.astro.cz 21 http://posel.hvezdarna.cz 22 http://jihocas.hvezcb.cz 23 http://www.astropis.cz 24 http://vesmir.cts.cuni.cz 25 http://www.suh.sk/kozmos.htm 26 http://skyandtelescope.com 27 http://mfweb.wz.cz 20


41

Obrázek 4.2: Tˇri ˇceské multimediáln´ı astronomické tituly.

po u ´ˇcely popularizace. V´ yuka si klade ponˇekud jiné c´ıle. U studenta má nejen vzbudit zájem, ale i systematicky popsat a vysvˇetlit urˇcit´ y jev, objekt, metodu. Dalˇs´ı v´ yhodou je moˇznost vyuˇzit´ı multimédia k samostudiu. Samouk, kter´ y je odkázán na klasické vzdˇelávac´ı prostˇredky (obvykle je to tiˇstˇen´ y text) a kter´ y nemá moˇznost vyuˇz´ıvat kolektivn´ı vzdˇelávac´ı programy (na hvˇezdárnˇe ˇci planetáriu), b´ yvá v dosti nev´ yhodné vzdˇelávac´ı situaci. Znaˇcné u ´sil´ı, které vzdˇeláván´ı dopˇreje, ˇ b´ yvá málo efektivn´ı a plné chyb. Casto se pˇri samostudiu m˚ uˇze dostat do slep´ ych uliˇcek. K tomu je vhodné doplnit jeho studium vhodnou multimediáln´ı publikac´ı, která jin´ ym, atraktivnˇejˇs´ım zp˚ usobem vysvˇetl´ı danou látku. Nev´ yhodou multimédia je to, ˇze se jedná o mrtv´ y produkt. Jednak nereaguje na novˇe objevené poznatky po datu vydán´ı CD-romu, také ovˇsem vysvˇetluje látku stejn´ ym zp˚ usobem (nedocház´ı k interaktivn´ı komunikaci student - uˇcitel). Prvn´ı nev´ yhoda je smazána dalˇs´ı pˇr´ıpravou uˇcitele.

4.5

Astronomick´ eu ´ lohy

Tato ˇcást obsahuje zejména odkazy na astronomické u ´lohy: jednak na soubory pˇr´ıklad˚ u, vyuˇziteln´ ych ve v´ yuce astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách, hlavnˇe pak stránky projekt˚ u astronomick´ ych poˇc´ıtaˇcov´ ych u ´loh. Právˇe simulaˇcn´ı u ´lohy, ve kter´ ych student mˇeˇr´ı pomoc´ı simulovan´ ych zaˇr´ızen´ı, jsou v´ yborn´ ym doplnˇen´ım v´ ykladu, zaj´ımav´ ym nápadem na mˇeˇren´ı laboratorn´ı práce, pˇr´ıpadnˇe moˇznost´ı samostatného studia pro studenty. Aplety, které pouze ukazuj´ı nˇekteré astronomické zákonitosti, ovˇsem nenut´ı studenta mˇeˇrit, jsou zaˇrazeny v podkapitole 4.6. Sb´ırka zejména praktick´ ych u ´loh vzniká na V´ yukov´ em AstroWebu28 . Stránky hodlaj´ı pomáhat uˇcitel˚ um na stˇredn´ıch ˇskolách pˇri pˇr´ıpravˇe hodin astronomie, a tak obsahuj´ı nejen p˚ uvodn´ı návody na u ´lohy, ale také odkazy na dalˇs´ı stránky, 29 pˇr´ıpadnˇe pˇreklady u ´loh . Souˇcást´ı je i práce Pudiv´ıtr (2001b). 28

http://puda.matfyz.cz Tento web vznikl jako vedlejˇs´ı produkt této disertaˇcn´ı práce. Vˇetˇsina u ´loh i odkaz˚ u je jiˇz souˇcást´ı stránek Fyzwebu na adrese http://fyzweb.cuni.cz. 29


42

Obrázek 4.3: Grafy roˇcn´ıho pr˚ ubˇehu ˇcasové rovnice a smyˇcky planety Mars od ˇcervna do ˇcervence 2003 dle autora Morávek (2003).

Sp´ıˇse neˇz pˇr´ıklady pro studenty na stˇredn´ıch ˇskolách, ale pˇr´ıklady pro uˇcitele ˇ ´ fyziky obsahuje sb´ırka Ulohy z astrofyziky30 autor˚ u Stefla, Korˇcákové a Krtiˇcky z brnˇenské Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Masarykovy univerzity. Sb´ırka je tak nov´ ym ˇ ˇ souborem u ´loh od vydán´ı knihy Sirok´ y a Sirok´ a (1966). Pˇekné pˇr´ıklady na vyuˇzit´ı poˇc´ıtaˇce pˇri hodinách astronomie popsal Morávek (2003). S vyuˇzit´ım vˇetˇsinou hvˇezdáˇrské roˇcenky a tabulkového editoru (napˇr. Microsoft Excel) lze vynést ˇcasovou rovnici, soumrakové jevy, grafy viditelnosti planet nebo smyˇcky planet (viz obrázek 4.3). Právˇe moˇznost vykreslen´ı pohybu planety v rovn´ıkov´ ych souˇradnic´ıch se zakreslen´ım typické smyˇcky umoˇzn ˇuje velmi pˇeknˇe vysvˇetlit pojem planeta. Z anglick´ ych stránek je dobré pˇripomenout zejména THE ESA/ESO Astronomy Exercise Series 31 . Tento soubor ˇctyˇr u ´loh ukazuje, jak lze vˇedecké metody vyuˇz´ıt i na u ´rovni stˇredn´ı ˇskoly. Studenti nepotˇrebuj´ı poˇc´ıtaˇc ani d˚ umyslné pˇr´ıstroje k tomu, aby v nˇekolika kroc´ıch promˇeˇrili vzdálenost k supernovˇe SN 1987A, spiráln´ı galaxii M100 (viz obrázek 4.4), planetárn´ı mlhovinˇe Koˇciˇc´ı oko a kulové hvˇezdokupˇe M12. Kaˇzdá u ´loha vyuˇz´ıvá jinou metodu mˇeˇren´ı, z nichˇz zejména metoda urˇcen´ı vzdálenosti pomoc´ı cefeid (M100) a metoda vzplanut´ı prstence kolem supernovy 1987A se daj´ı velmi dobˇre vyuˇz´ıt i ve stˇredoˇskolsk´ ych hodinách astronomie u nás. Mnoho pˇekn´ ych astronomick´ ych u ´loh obsahuje jiˇz neupravovaná stránka As32 tronomy On-Line . Vznikla na základˇe akce Evropské jiˇzn´ı observatoˇre k Evropskému t´ ydnu vˇedy a techniky roku 1996. Pro v´ yuku na stˇredn´ıch ˇskolách se hod´ı u ´lohy stˇredn´ı (middle) a vyˇsˇs´ı (advanced ) u ´rovnˇe. Upravená u ´loha Promˇeˇrován´ı rychlosti svˇetla Römerovou metodou je k dispozici na V´ yukovém AstroWebu (viz str. 41). Pravdˇepodobnˇe nejlepˇs´ım zdrojem poˇc´ıtaˇcov´ ych astronomick´ ych u ´loh, které 30

http://physics.muni.cz/astroulohy http://www.astroex.org 32 http://www.eso.org/outreach/spec-prog/aol/market/experiments/ 31


43

Obrázek 4.4: Motivaˇcn´ı obrázek hledán´ı cefeidy v galaxii M100 Hubblov´ ym dalekohledem z u ´lohy 2 série THE ESA/ESO Astronomy Exercise Series.

nav´ıc simuluj´ı reálná astronomická mˇeˇren´ı napˇr. dalekohledem je CLEA33 (viz obrázek 4.5). Jedná se o projekt Univerzity v Gettysburgu, spolufinancovan´ y nadac´ı National Science Foundation. Jednotlivá cviˇcen´ı (kter´ ych je nyn´ı celkem 13) jsou podle autor˚ u vhodná pro stˇredn´ı a vysoké ˇskoly, pˇriˇcemˇz hlavn´ım zámˇerem bylo pˇripravit cviˇcen´ı pro semináˇre u ´vodu do astronomie pro humanitn´ı obory. Cviˇcen´ı pokr´ yvaj´ı velkou ˇcást modern´ı astronomie. Pro pomoc pˇri hledán´ı astronomick´ ych u ´loh (v angliˇctinˇe) na internetu napsal Fraknoi (2000) ˇclánek, kter´ y je k dispozici i na internetov´ ych stránkách34 . Velmi pˇeknˇe jsou astronomická témata s u ´lohami zpracována i na rusk´ ych 35 stránkách Astronomija Pro pouˇzit´ı pˇr´ımo v hodinách mus´ı studenti znát rusk´ y jazyk, dalˇs´ı moˇznost´ı je vyuˇz´ıt tyto zdroje pro pˇr´ıpravu uˇcitel˚ u, kteˇr´ı tento jazyk znaj´ı. Dalˇs´ım pˇekn´ ym rusky psan´ ym zdrojem u ´loh je Atkritaja Astronomija 36 , kde jsou ke staˇzen´ı nˇekteré modely astronomick´ ych problém˚ u (zatmˇen´ı Mˇes´ıce, Doppler˚ uv jev,. . . ). Opˇet plat´ı pravidlo, ˇze nˇekteré astronomické u ´lohy jsou souˇcást´ı velk´ ych astronomick´ ych projekt˚ u, pˇr´ıpadnˇe se jedná jen o doplnˇek astronomick´ ych stránek. Pˇr´ıkladem ˇceského doplˇ nku je uveˇrejnˇen´ı astronomické hry Psychologick´ y test 37 NASA na stránkách Malé encyklopedie kosmonautiky (viz str. 38), pˇr´ıkladem u ´loh jako souˇcásti velk´ ych astronomick´ ych projekt˚ u jsou stránky v´ yukov´ ych plán˚ u 33

http://www.gettysburg.edu/academics/physics/clea/CLEAhome.html http://www.astrosociety.org/education/activities/astroacts.html 35 http://www.gomulina.orc.ru 36 http://www.college.ru/astronomy/course/content/index.htm 37 http://mek.kosmo.cz/zaklady/testnasa.htm 34


44

´ Obrázek 4.5: Uvodn´ ı stránka astronomick´ ych u ´loh CLEA.

do hodin projektu SOHO (viz str. 39).

4.6

Astronomick´ e programy

Nejvˇetˇs´ı sb´ırku freewarov´ ych program˚ u na ˇceském internetu vytvoˇril Petr Scheirich38 . Pro v´ yuku astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách se nejv´ıce hod´ı programy Clavius a Selene (v´ yuka Mˇes´ıce) a Albiero (poˇc´ıtaˇcové planetárium). Clavius je vlastnˇe v´ yukov´ y program pod operaˇcn´ı systém DOS, kter´ y studenta seznám´ı s d˚ uleˇzit´ ymi u ´tvary na Mˇes´ıci. Program obsahuje i ˇcást zkouˇsen´ı, ve které uˇzivatel hledá nab´ızené u ´tvary na mˇes´ıˇcn´ım povrchu. Program Selene zobrazuje Mˇes´ıc pˇri pohledu ze Zemˇe pro zvolen´ y okamˇzik. Poˇc´ıtaˇcové planetárium Albiero lze vyuˇz´ıt nejen jako hvˇezdnou mapu. Samozˇrejmˇe je moˇzné vyuˇz´ıvat ve ˇskolách dalˇs´ı freewarové nebo sharewarové programy, zejména poˇc´ıtaˇcová planetária. Jejich seznam je napˇr. na stránkách Astro Software 39 ˇcasopisu Sky and Telescope, nebo na stránkách John Mosley’s Astronomy Software Revue 40 . Dalˇs´ımi astronomick´ ymi programy jsou aplety. Jedná se vlastnˇe o malé prográmky, které se spouˇstˇej´ı uvnitˇr jiné aplikace41 . Hlavn´ım pˇr´ınosem tˇechto aplet˚ u je moˇznost obohatit jimi prezentaci, nebot’ m˚ uˇzou velmi dobˇre vysvˇetlovat konkrétn´ı astronomick´ y problém ˇci jev. Velmi pˇeknou sadu fyzikáln´ıch (tedy i astronomick´ ych) aplet˚ u vytvoˇrila katedra 42 fyziky univerzity v Oregonu pod názvem Physics Applets . V sekci astrofyzika lze spustit celkem 18 r˚ uzn´ ych aplet˚ u (napˇr. velmi pˇekn´ y aplet zobrazen´ı emisn´ıch a absorpˇcn´ıch spekter vˇsech prvk˚ u Mendˇelejevovy periodické tabulky prvk˚ u - viz 38

http://sajri.astronomy.cz http://skyandtelescope.com/resources/software/ 40 http://www.griffithobs.org/software.html 41 Na rozd´ıl od jin´ ych poˇc´ıtaˇcov´ ych aplikac´ı vˇsak nem˚ uˇzou b´ yt spuˇstˇeny pˇr´ımo pod operaˇcn´ım systémem. Aplety jsou vyvol´ any jako odpovˇed’ na nˇejakou událost uvnitˇr hostitelské aplikace. 42 http://jersey.uoregon.edu/vlab/ 39


45

Obrázek 4.6: Aplet Elemental Spectra z katedry fyziky univerzity v Oregonu se zobrazen´ ym emisn´ım spektrem dus´ıku.

obrázek 4.6). Dalˇs´ı aplety lze naj´ıt pˇres vyhledavaˇce, upozorn´ım snad na stránku nˇekolika aplet˚ u Walter Fendt’s Java Applets On Atronomy 43 a Web Simulations 44 autora Terryho Hertera, kter´ y si tyto simulace pˇripravil pro v´ yuku vysokoˇskolského kurzu Astronomy 101 (astronomie pro nepˇr´ırodovˇedné obory).

43 44

http://www.walter-fendt.de/a14e/ http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/astro101/java/simulations.htm

Kapitola 5 Jak vyuˇ covat astronomii? Je nezbytné vytváˇret stálý z´ ajem o astronomii, který potrv´ a celý ˇzivot. Mlad´ı lidé ji pˇrece v budoucnu nemus´ı pouze podporovat s pochopen´ım a penˇezmi, mohou také zaˇc´ıt v tomto oboru pracovat. Bernhard Mackowiak (2003) Astronomie je souˇcást´ı základn´ıho vzdˇelán´ı. Znamená to vˇsak také, ˇze bychom opravdu mˇeli vyuˇcovat tomu základn´ımu, co tento obor nab´ız´ı. Vˇzdyt’ podle Isobe (2002) nen´ı poˇcet lid´ı, kteˇr´ı se aktivnˇe zaj´ımaj´ı o astronomii, pˇr´ıliˇs velk´ y (viz tabulka 5.1). Zároveˇ n je potˇreba si uvˇedomit, ˇze nen´ı moˇzné neustále navyˇsovat mnoˇzstv´ı znalost´ı, které je nutné do student˚ u dostat. Uˇcitelé amerického vysokoˇskolského kurzu AST101 pro humanitnˇe zaloˇzené studenty (kter´ y svou nároˇcnost´ı pˇripom´ıná v´ yuku astronomie na naˇsich stˇredn´ıch ˇskolách) si nav´ıc vˇs´ımaj´ı, ˇze nen´ı nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı obsahová stránka. Nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ım bodem pˇr´ıpravy kurzu je urˇcen´ı metod v´ yuky, urˇcen´ı základn´ıch dovednost´ı, které maj´ı studenti zvládnout, urˇcen´ı metod hodnocen´ı. Aˇz po nich pˇricház´ı na ˇradu obsahová stránka (napˇr. Sudol 2003). poˇ cet lid´ı v % 0,00009 % 0,0009 % 0,009 % 0,09 % 0,9 % 9% 90 %

popis zájmu o astronomii vytváˇr´ı uˇziteˇcná astronomická pozorovac´ı data ˇcasto pozoruje nˇekolikrát za rok pozoruje ˇcte astronomické ˇcasopisy ˇcte vˇedecké ˇcasopisy ˇcte vˇedecké ˇclánky v novinách bez zájmu o vˇedu

Tabulka 5.1: Poˇcet lid´ı podle zájmu o astronomii.

46

ˇ KAPITOLA 5. JAK VYUCOVAT ASTRONOMII?

5.1

47

Z´ akladn´ı pojmy a pˇ redstavy

Pˇresto je nutné si stanovit alespoˇ n základn´ı témata v´ yuky astronomie. Mackowiak (2003) pˇredloˇzil základn´ı teze v´ yuky astronomie. Tyto základn´ı pojmy a pˇredstavy jsou ovˇsem vhodné sp´ıˇse pro naˇsi základn´ı ˇskolu. Upraven´ım tˇechto základn´ıch pojm˚ u lze z´ıskat soubor informac´ı, které by mˇely b´ yt souˇcást´ı stˇredoˇskolského základu z astronomie. Pˇri formulaci tohoto textu jsem vyuˇzil také práce Fraknoi (1996) a Pokorn´ y (2001): ˇ Zijeme ve vesm´ıru, kter´ y je podle modern´ıch mˇeˇren´ı star´ y v´ıce neˇz 13 miliard let. Postupem ˇcasu se gravitac´ı vytvoˇrily soustavy hvˇezd, ve kter´ ych p˚ usob´ı proti gravitaˇcn´ımu smrˇst’ován´ı energie termonukleárn´ıch reakc´ı. Mˇeˇren´ı ukazuj´ı, ˇze vesm´ır obsahuje v této fázi také dalˇs´ı objekty, jak´ ymi jsou ˇcerné d´ıry, pulzary, kvasary, neutronové hvˇezdy a dalˇs´ı. Zkoumán´ı v´ yvoje a konce vesm´ıru patˇr´ı mezi základn´ı otázky astronomie. Hvˇezdné systémy mohou b´ yt i v´ıcenásobné. Prozat´ım hlavn´ım zdrojem informac´ı o hvˇezdách je elektromagnetické záˇren´ı, z nˇehoˇz lze efektivn´ımi metodami z´ıskat mnoho základn´ıch vlastnost´ı tˇechto objekt˚ u (mimo jiné i moˇznost existence tzv. exoplanet). Naˇse sluneˇcn´ı soustava je souˇcást´ı spiráln´ı galaxie, obsahuj´ıc´ı miliardy hvˇezd, plynné mlhoviny a hvˇezdokupy, a pravdˇepodobnˇe centráln´ı ˇcernou d´ıru. Slunce je naˇse nejbliˇzˇs´ı hvˇezda - rotuj´ıc´ı koule horkého plynu. D´ıky energii, kterou jiˇz 5 miliard let vyzaˇruje do okol´ı, vznikly na naˇs´ı planetˇe podm´ınky pro vznik ˇzivota. Vˇsechny planety ob´ıhaj´ı kolem Slunce stejnˇe jako planeta Zemˇe a sv´ıt´ı pouze odraˇzen´ ym svˇetlem. Astronomie jiˇz nen´ı pouhou noˇcn´ı vˇedou, stejnˇe jako nen´ı vˇedou optick´ ych a radiov´ ych dalekohled˚ u. Je to vˇeda vˇsech obor˚ u elektromagnetického spektra a lze ji provozovat i pˇres den. Pˇri zkoumán´ı vesm´ıru pomáhaj´ı nejen dalekohledy, um´ıstˇené na Zemi (VLT, Keckovy dalekohledy) a ve vesm´ıru (Hubbl˚ uv kosmick´ y dalekohled), ale také umˇelé druˇzice, poˇc´ıtaˇce a CCD kamery. Astronomická pozorován´ı tak pomáhaj´ı nejen odkr´ yt záhady celého vesm´ıru, ale také pomáhaj´ı v pochopen´ı ekosystému celé Zemˇe. Astronomie ovlivnila kulturu a historii praktick´ ymi aplikacemi a filozofick´ ymi a náboˇzensk´ ymi dopady. To se odráˇz´ı v kalendáˇr´ıch, v mytologii, v rozliˇcn´ ych umˇeleck´ ych formách, v navigaci, ˇcasu, v klimatu. . . Astronomie jiˇz dnes nen´ı pouze sférická astronomie, ale pˇr´ırodn´ı vˇeda, která je pr˚ useˇc´ıkem ˇrady vˇedn´ıch discipl´ın (fyzika, chemie, matematika, geologie, meteorologie, biologie). Je velk´ y rozd´ıl mezi astronomi´ı a astrologi´ı.


48

Tento v´ yˇcet základn´ıch pojm˚ u a pˇredstav je nutné doplnit základn´ımi astronomick´ ymi pojmy a znalostmi, které by mˇel stˇredoˇskolsky vzdˇelan´ y ˇclovˇek pochopit. Vzhledem k modern´ım trend˚ um (viz kapitola 3) je nutné zapojit do v´ yuky nejen návaznost na ostatn´ı pˇredmˇety, zejména fyziku, ale také poˇc´ıtaˇcové technologie, projektovou a demonstraˇcn´ı v´ yuku. Souhlas´ım tedy se základn´ımi tezemi, jak je prezentovala Fiero (2000), podle které by kaˇzd´ y ˇclovˇek po absolvován´ı stˇredn´ı ˇskoly mˇel: 1. znát naˇse jedineˇcné m´ısto ve vesm´ıru, 2. uvˇedomovat si kosmick´ y v´ yvoj, 3. pochopit jedineˇcnost Zemˇe z pohledu vesm´ıru a uvˇedomovat si potˇrebu ochrany ˇzivota, 4. porozumˇet zp˚ usobu, jak poznáváme vesm´ır d´ıky astronomii, 5. a umˇet pochopit popularizuj´ıc´ı ˇclánek a rozeznat v nˇem d˚ uleˇzité pasáˇze. Tyto základn´ı pˇredpoklady znalost´ı studenta jsou tedy urˇcit´ ymi v´ ychoz´ımi dovednostmi, které by bylo moˇzné u student˚ u na stˇredn´ı ˇskole rozvinout. Jelikoˇz je vˇsak pro mnohé studenty stˇredoˇskolská v´ yuka astronomie zároveˇ n posledn´ı setkán´ı s t´ımto oborem v˚ ubec, nemˇeli bychom v´ yuku znechutit. Mezi studenty, jak si vˇsiml napˇr´ıklad Veverka (2004), pˇrevládá názor, ˇze je fyzika (která stále jeˇstˇe obsahuje astronomii) tˇeˇzk´ y a nezáˇzivn´ y, nároˇcn´ y pˇredmˇet. Hlavn´ı d˚ usledek spatˇruje ve zp˚ usobu podán´ı látky, ve v´ ykladu, tedy ve vyuˇcuj´ıc´ım. Nˇekteˇr´ı studenti to svádˇej´ı na pˇr´ıtomnost pˇrem´ıry matematiky, nepochopen´ı pojm˚ u, jev˚ u ˇci vztah˚ u, z toho ’ plynouc´ı pamˇet ové uˇcen´ı aj.

5.2

Zaˇ razen´ı astronomie do v´ yuky

Projdeme-li si jednotlivé katalogy vyuˇcovan´ ych pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u, velmi rychle zjist´ıme, ˇze astronomie je vlastnˇe spojovac´ı ˇclánek mezi vˇsemi pˇr´ırodovˇedn´ ymi pˇredmˇety. Jedná se o stejnou myˇslenku, kterou propaguje napˇr. Pokorn´ y (2001), kter´ y tvrd´ı, ˇze astronomie má své m´ısto ve ˇskoln´ı v´ yuce ve vˇsech vˇekov´ ych kategori´ıch, nejen v nˇekter´ ych. Vybrané celky astronomického uˇciva mus´ı b´ yt rozesety ve vˇsech roˇcn´ıc´ıch základn´ı a stˇredn´ı ˇskoly. Staˇc´ı pouze proj´ıt základn´ı osnovu katalog˚ u stˇredoˇskolsk´ ych pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u, abychom zjistili, ˇze astronomická témata jsou jiˇz dávno, nˇekdy pouze náznakem, jejich souˇcást´ı (Pudiv´ıtr 2004): • Zemˇ epis (1. roˇ cn´ık): Naˇse m´ısto ve vesm´ıru jako souˇcást u ´vodn´ı kapitoly v´ yuky zemˇepisu. Kapitola by tak mohla popisnˇe studenty seznámit s um´ıstˇen´ım naˇs´ı planety, a to pˇres vesm´ır, galaxie,. . . aˇz


49

po jednotlivé souˇcásti sluneˇcn´ı soustavy. Obsahem by mohlo b´ yt i urˇcován´ı vzdálenost´ı a zaveden´ı hvˇezdn´ ych souˇradnic jako nadstavba tˇech zemsk´ ych. (Doplˇ nkem m˚ uˇze b´ yt práce s otáˇcivou mapou hvˇezdné oblohy.) • Fyzika (1. ˇ ci 2. roˇ cn´ık): Planety a mˇes´ıce jako souˇcást kapitoly Gravitaˇcn´ı pole. Po probrán´ı Keplerov´ ych zákon˚ u nutno vysvˇetlit pohyb planet a jejich mˇes´ıc˚ u, komet, pˇr´ıpadnˇe umˇel´ ych druˇzic Zemˇe. Lze pak zároveˇ n pˇripomenout vznik fáz´ı Mˇes´ıce spolu se slapov´ ymi jevy. Nen´ı problém zaˇradit praktickou u ´lohu na viditelnost planet, mˇes´ıc˚ u a umˇel´ ych druˇzic. • Biologie (1. roˇ cn´ık): Vznik a vývoj sluneˇcn´ı soustavy jako souˇcást vzniku a v´ yvoje ˇclovˇeka v kapitole Vznik a v´ yvoj ˇzivota. • Chemie (´ uvod 2. roˇ cn´ıku): Stavba Slunce jako souˇcást kapitoly Chemické prvky a periodická soustava. Se studenty by se mohl probrat i vznik jednotliv´ ych prvk˚ u (návaznost na v´ yvoj hvˇezd). • Fyzika (pˇ redposledn´ı roˇ cn´ık): Stavba Slunce a pol´ arn´ı z´ aˇre jako souˇcást kapitol Elektrick´ y proud v látkách a Magnetické pole. Moˇznost zavést pojem plazmy, diskutovat sluneˇcn´ı aktivitu. . . • Chemie (posledn´ı roˇ cn´ık): Moˇznost ˇzivota na jiných planet´ ach jako souˇcást diskuze v kapitole Pˇr´ırodn´ı látky a základy biochemie, která mimo jiné diskutuje stabilitu b´ılkovin a aminokyselin pˇri velmi vysok´ ych teplotách. • Fyzika (posledn´ı roˇ cn´ık): Spektrum hvˇezd jako souˇcást kapitoly Elektromagnetické záˇren´ı. • Fyzika (posledn´ı roˇ cn´ık): Urˇcov´ an´ı st´ aˇr´ı hornin jako souˇcást Jaderné a ˇcásticové fyziky. • Biologie (posledn´ı roˇ cn´ık): Sklen´ıkový jev jako souˇcást kapitoly Biosféra a ˇclovˇek. Je moˇzné probrat nejen vznik tohoto jevu, ale i sklen´ıkov´ y jev na Venuˇsi a vliv jevu na ˇclovˇeka. Souˇcást´ı diskuze by mohlo b´ yt i téma Dopady vˇetˇs´ıch tˇeles na Zemi, nebot’ se biosféry a ˇclovˇeka jako moˇzná globáln´ı zmˇena naˇs´ı planety t´ yká. Má cenu tˇesnˇe pˇred skonˇcen´ım v´ yuky na gymnáziu jeˇstˇe tyto záleˇzitosti opakovat? Nen´ı uˇz na opakován´ı této znalosti pozdˇe? Student, kter´ y proˇsel celou v´ yukou stˇredn´ı ˇskoly, se mohl vˇetˇsinu skuteˇcnost´ı dozvˇedˇet v jin´ ych pˇredmˇetech. V odborném tisku, ale také v diskuz´ıch uˇcitel˚ u se objevuj´ı názory, ˇze právˇe nev´ yhodou astronomie je jej´ı zaˇrazen´ı do posledn´ıho roˇcn´ıku fyziky, v nˇekter´ ych ˇskolách tedy aˇz do posledn´ıch nˇekolika hodin v´ yuky tˇesnˇe pˇred maturitn´ım obdob´ım. Uˇcitelé matematiky sice v menˇs´ı m´ıˇre, ale pˇresto poukazuj´ı na moˇznost propojen´ı v´ ykladu astronomie právˇe s matematikou, kde se nˇekterá astronomická


50

témata daj´ı pouˇz´ıt bud’ jako motivace k prob´ırané látce (napˇr. zaveden´ı pojm˚ u kuˇzeloseˇcek), nebo jako aplikace (napˇr. u ´pravy logaritmického Pogsonova zákona). Astronomie jako posledn´ı téma fyziky nav´ıc ztrác´ı dalˇs´ı d˚ uleˇzit´ y efekt: jedná se o pˇredmˇet velmi populárn´ı, atraktivn´ı, jednak pokládan´ ymi otázkami, mnohdy vˇeˇcn´ ymi (jak vznikl vesm´ır, existuje ˇzivot mimo planetu Zemi aj.), pak také v´ ysledky (at’ jiˇz formou astronomick´ ych fotografi´ı ˇci z´ıskan´ ych fakt˚ u). Motivaˇcn´ı hodnota astronomie pro z´ıskán´ı zájmu mlad´ ych o studium pˇr´ırodn´ıch vˇed je tak nevyuˇzita. Toto vˇse vede k myˇslence vytvoˇrit sp´ıˇse rámcov´ y program astronomie v plné ˇs´ıˇri, kter´ y bude propojovat pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety, nebo sp´ıˇse bude soubˇeˇznˇe doplˇ novat stávaj´ıc´ı osnovy pˇredmˇet˚ u. Dokument rámcov´ ych osnov v´ yuky pro stˇredn´ı ˇskolu vzniká spoleˇcnˇe s plánovanou zmˇenou koncepce v´ yuky jako celku (viz Dodatek A.2). V prvotn´ım návrhu se pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety dostaly pod spoleˇcné ˇ ek a pˇr´ıroda. Bohuˇzel opˇet chyb´ı ono vyuˇzit´ı astronomie pro motivaci téma Clovˇ student˚ u. Jedin´ ym (sp´ıˇse zámˇernˇe nespecifikovan´ ym) oˇcekávan´ ym v´ ystupem znalost´ı studenta je to, ˇze vyuˇz´ıvá poznané fyzikáln´ı zákony k anal´ yze pohybu tˇeles a dalˇs´ıch proces˚ u ve sluneˇcn´ı soustavˇe, a k anal´ yze vzniku, stavby a v´ yvoje hvˇezd. Jedin´ ym uˇcivem pak stavba vesm´ıru, galaxie! Radˇeji nebudu hodnotit astronomickou ˇcást spoleˇcné maturity, která zase naprosto nepochopitelnˇe vyˇradila pro astronomii tolik d˚ uleˇzité pozorován´ı a experiment. Nen´ı sp´ıˇse za rámcovou znalost potˇreba povaˇzovat právˇe ony základn´ı teze astronomické v´ yuky, jak je popsala v´ yˇse (str. 48) Fiero? Dané myˇslenky nelze kvalitnˇe doc´ılit bez astronomického pozorován´ı a experimentu. K ˇcemu je maturantovi potˇrebná znalost rozliˇsen´ı hvˇezdy od neutronové hvˇezdy z popisu (coˇz je jedna z typov´ ych otázek z astronomie v návrhu spoleˇcné maturity), pokud nedokáˇze navrhnout jednoduch´ y experiment pro urˇcen´ı v´ yˇsky Slunce, pˇr´ıpadnˇe nedokáˇze sestavit dalekohled z poskytnut´ ych ˇcoˇcek? Jiˇz Percy (1999) navrhl pro zhruba 15leté dˇeti moˇznost pozorován´ı, mˇeˇren´ı a záznam noˇcn´ı oblohy. Na stˇredn´ı ˇskole je tedy moˇzné nejen mˇeˇrit v´ yˇsku Slunce, ale i pozorovat sluneˇcn´ı skvrny, pˇr´ıpadnˇe zpracovávat spektra hvˇezd (pokud je studenti dostanou k dispozici). Astronomické pozorován´ı ˇci zpracováván´ı v´ ysledk˚ u tak nen´ı závislé na drah´ ych pom˚ uckách. Velmi ˇcasto se objevuje názor, ˇze takovou astronomii nebude nikdo kvalitnˇe uˇcit. V dneˇsn´ı dobˇe vˇsak uˇc´ı fyziku lidé, kteˇr´ı ani nemuseli proj´ıt astronomick´ ym kurzem pˇri svém vysokoˇskolském studiu uˇcitelstv´ı! Souhlas´ım s tvrzen´ım v práci Pokorn´ y (2001), ˇze totiˇz uˇcitel je schopen i po absolvován´ı vysokoˇskolského studia vstˇrebávat nové poznatky a aktivnˇe s nimi pracovat ve v´ yuce. Samotné ministerstvo ˇskolstv´ı hovoˇr´ı velmi ˇcasto o potˇrebˇe celoˇzivotn´ıho vzdˇeláván´ı pedagogick´ ych pracovn´ık˚ u. Myˇslenky stˇredoˇskolské astronomie tak maj´ı b´ yt ne pˇr´ıliˇs odborné, v´ıce praktické. Takové, které vytvoˇr´ı ve studentech jejich vlastn´ı svˇetonázor. Zájemci o hlubˇs´ı pochopen´ı astronomick´ ych vztah˚ u m˚ uˇzou navˇstˇevovat semináˇre z astronomie na


51

ˇskole nebo v jin´ ych instituc´ıch, m˚ uˇzou spoleˇcnˇe se sv´ ym vedouc´ım zpracovávat astronomické téma ve stˇredoˇskolské odborné ˇcinnosti, pˇr´ıpadnˇe m˚ uˇzou ˇreˇsit astronomické soutˇeˇze (metod, jak se starat o nadané studenty, je dnes mnoho).

5.3

Nov´ a t´ emata stˇ redoˇ skolsk´ e astronomie

´ Ukolem metodik˚ u a didaktik˚ u by mˇelo b´ yt vytvoˇren´ı astronomick´ ych metodick´ ych pom˚ ucek, které uˇcitel m˚ uˇze ihned pouˇz´ıt ve v´ yuce (právˇe to bylo u ´spˇechem pro´ jektu STAR - viz strana 28), a to pro naˇsi stˇredn´ı ˇskolu. Ulohy by ovˇsem mˇely nejen pokr´ yvat dneˇsn´ı modern´ı astronomii, ale hlavnˇe by mˇely b´ yt pouˇzitelné pro z´ıskán´ı zájmu o vˇedu u dneˇsn´ıch student˚ u. Proto nen´ı vhodné nechávat v´ yuku astronomie na posledn´ı roˇcn´ık jako posledn´ı téma fyziky, aˇc je zde nejlepˇs´ı moˇznost vyuˇzit´ı veˇsker´ ych znalost´ı student˚ u z pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u. Tito studenti ovˇsem m˚ uˇzou astronomii pod veden´ım uˇcitele studovat samostatnˇe. Pro studenty, kteˇr´ı maj´ı hlubˇs´ı (ˇrekl bych vˇedeck´ y) zájem o astronomii, m˚ uˇze b´ yt nav´ıc vypsán specializovan´ y semináˇr z astronomie. Následuj´ıc´ı tématické rozdˇelen´ı astronomie navrhuji pro rámcov´ y plán astronomie jako pˇredmˇetu, kter´ y bude pokr´ yvat vˇsechny ˇctyˇri roˇcn´ıky stˇredn´ı ˇskoly. Uˇcitelé vˇsech pˇredmˇet˚ u by tedy mˇeli (mohli), kdykoli je to vhodné, vyuˇz´ıt astronomického tématu pro motivaci student˚ u. Jednotlivá témata odpov´ıdaj´ı i ˇclenˇen´ı návrh˚ u demonstraˇcn´ıch pˇr´ıklad˚ u ze sb´ırky pˇr´ıklad˚ u v Dodatku D. V d˚ usledku neustálého v´ yvoje didaktické astronomie byl vytvoˇren V´ yukov´ y AstroWeb1 , nˇekteré u ´lohy 2 jsou zrcadleny na Fyzwebu MFF UK .

5.3.1

Vesm´ır - jak vznikl a naˇ se m´ısto v nˇ em I

Hlavn´ım c´ılem této kapitoly by mˇelo b´ yt seznámen´ı student˚ u prvn´ıho roˇcn´ıku stˇredn´ı ˇskoly s um´ıstˇen´ım planety Zemˇe ve vesm´ıru, také ke zpˇresnˇen´ı znalost´ı ze základn´ı ˇskoly (astronomické jevy pozorované prost´ ym okem). Studenti by se mˇeli s um´ıstˇen´ım planety Zemˇe seznámit hned na u ´vod vˇsech pˇr´ırodn´ıch vˇed, mˇeli by také b´ yt seznámeni se základn´ımi souˇcástmi vesm´ıru. Toho lze v prvn´ım roˇcn´ıku doc´ılit propojen´ım fyziky a zemˇepisu. Ve fyzice tak celou látku m˚ uˇzeme uvést rozebrán´ım hmoty ve vesm´ıru, prostoru a ˇcasu (spoleˇcnˇe se zaveden´ım vztaˇzn´ ych soustav). Do u ´vodn´ı kapitoly by také patˇril základn´ı popis sil a univerzáln´ıch konstant. Prostorem zkoumán´ı fyziky je cel´ y vesm´ır, toho lze vyuˇz´ıt motivaˇcn´ım zaˇrazen´ım kapitoly o galaxi´ıch. Pˇri popisu pom˚ uˇzou základn´ı jednotky vzdálenost´ı, z nichˇz nˇekteré by studenti mˇeli znát ze základn´ı ˇskoly. Nen´ı nutné vyuˇz´ıvat pˇri popisu vesm´ıru hluboké souvislosti, pojmy jako jsou formován´ı galaxi´ı d´ıky gravitaˇcn´ı s´ıle pochop´ı jistˇe i absolvent základn´ı ˇskoly. Zakonˇcen´ım u ´vodn´ıch poznatk˚ u ve fyzice pak m˚ uˇze b´ yt klasick´ y pohled na 1 2

http://puda.matfyz.cz http://fyzweb.cuni.cz


52

mˇeˇren´ı ˇcasu, zejména vyuˇzit´ım pravidelnˇe se opakuj´ıc´ıch astronomick´ ych u ´kaz˚ u (ˇcehoˇz lze vyuˇz´ıt pozdˇeji v kapitole o kmitán´ı a vlnˇen´ı). Zemˇepis pokryje otázky um´ıstˇen´ı planety Zemˇe sp´ıˇse ve sluneˇcn´ı soustavˇe, spolu se zopakován´ım a prohlouben´ım pohyb˚ u Zemˇe (uˇziteˇcné je zopakovat pojmy jako mˇes´ıˇcn´ı nebo sluneˇcn´ı zatmˇen´ı, stˇr´ıdán´ı fáz´ı atd.). Závˇerem by mohlo b´ yt zaveden´ı zemsk´ ych souˇradnic, také souˇradnic pro hvˇezdné nebe. Je moˇzné zapojit napˇr. chemii pˇri jej´ı u ´vodn´ı kapitole o vzniku jednotliv´ ych chemick´ ych prvk˚ u atd. Osnova tak vypadá takto: • Stavba vesm´ıru (hmota, prostor, ˇcas, s´ıly, univerzáln´ı konstanty) • Galaxie a jejich utváˇren´ı (vˇcetnˇe Hubble Deep Field ) • Urˇcován´ı vzdálenost´ı ve vesm´ıru (astronomická jednotka, paralaxa, parsek, svˇeteln´ y rok) • Mˇeˇren´ı ˇcasu (hodiny, den, mˇes´ıc, rok, kalendáˇr) • Um´ıstˇen´ı Zemˇe ve vesm´ıru (vesm´ır, naˇse galaxie, sluneˇcn´ı soustava) • Zaveden´ı souˇradnic (pohled na hvˇezdné nebe, vˇcetnˇe pohyb˚ u planet, Mˇes´ıce, Slunce) Velmi dobr´ ym doplˇ nkem tˇechto témat by mˇela b´ yt samostatná mˇeˇren´ı student˚ u, tedy nˇeco jako dneˇsn´ı laboratorn´ı práce. Studenti sami m˚ uˇzou dokonce vytvoˇrit projekt, nen´ı nutné, aby kaˇzd´ y student mˇeˇril vˇse. Jako laboratorn´ı práce doporuˇcuji zejména pozorován´ı noˇcn´ı oblohy prost´ ym okem, stavbu sluneˇcn´ıch hodin, urˇcován´ı v´ yˇsky Slunce a urˇcován´ı u ´hlového pr˚ umˇeru Mˇes´ıce (pˇr´ıpadnˇe Slunce). Jako základn´ı poznatky by studenti mˇeli zvládnout pochopit jeden ze souˇradn´ ych systém˚ u, d˚ uleˇzitost univerzáln´ıch konstant a mˇeli by poznat základn´ı souhvˇezd´ı jarn´ı, letn´ı, podzimn´ı a zimn´ı oblohy.

5.3.2

Naˇ se pozn´ av´ an´ı sluneˇ cn´ı soustavy

Astronomie dostane slovo opˇet na konci prvn´ıho, na nˇekter´ ych ˇskolách na zaˇcátku druhého roku studia ve fyzice, kdy se prob´ırá gravitaˇcn´ı pole. Studenti v této dobˇe jiˇz znaj´ı základn´ı matematické funkce, rovnice a jednoduché nerovnice. Následuj´ıc´ı otázky zavrˇs´ı stˇredoˇskolské znalosti o sluneˇcn´ı soustavˇe. D˚ uleˇzité je propojen´ı jednotliv´ ych kapitol se vˇsemi pˇr´ırodovˇedn´ ymi pˇredmˇety, jako s chemi´ı anorganick´ ych látek (stavba tˇeles ve sluneˇcn´ı soustavˇe), ˇcásteˇcné s biologi´ı rostlin a ˇzivoˇcich˚ u (pr˚ uzkum sluneˇcn´ı soustavy, ˇzivot na jin´ ych planetách). Zemˇepisné znalosti m˚ uˇzou b´ yt rozˇs´ıˇreny o kartografické zaveden´ı souˇradnic na jin´ ych tˇelesech ve sluneˇcn´ı soustavˇe.


53

Studenti by také mohli zjistit, ˇze pro popis urˇcit´ ych astronomick´ ych pohyb˚ u (pohyb˚ u po kruˇznici), se hod´ı zaveden´ı goniometrick´ ych funkc´ı nebo kuˇzeloseˇcek, které patˇr´ı ke kl´ıˇcov´ ym znalostem v dalˇs´ım studiu v matematice. Na pˇrelomu prvn´ıho a druhého roˇcn´ıku by tak mohli studenti b´ yt postupnˇe seznámeni s následuj´ıc´ımi kapitolami: • Vznik a v´ yvoj sluneˇcn´ı soustavy • Geocentrizmus a heliocentrizmus (problematika z historie astronomie) • Planety (bloud´ıc´ı hvˇezdy, smyˇcky planet, viditelnost planet) • Stavba tˇeles sluneˇcn´ı soustavy • Pr˚ uzkum sluneˇcn´ı soustavy lidmi poslan´ ymi sondami, let ˇclovˇeka na Mˇes´ıc a dále • Stavba Slunce Jako laboratorn´ı práci lze vyuˇz´ıt napˇr´ıklad kresbu Mˇes´ıce, pˇr´ıpadnˇe tvorbu geocentrického a heliocentrického modelu sluneˇcn´ı soustavy. S bl´ıˇz´ıc´ım se pˇr´ıchodem elektˇriny a magnetizmu je aktuálnˇejˇs´ı pozorován´ı sluneˇcn´ıch skvrn jako motivaˇcn´ı u ´loha na magnetické pole. Mezi základn´ı poznatky samozˇrejmˇe patˇr´ı Keplerovy zákony a Newton˚ uv gravitaˇcn´ı zákon.

5.3.3

Objekty ve vesm´ıru a jak o nich v´ıme

Dostávám se k problematickému ˇclenˇen´ı tˇret´ıho a ˇctvrtého roˇcn´ıku na stˇredn´ıch ˇskolách gymnaziáln´ıho typu, kde se projevuje velká diferenciace jednotliv´ ych ˇskol. Nˇekteré ˇskoly maj´ı tˇret´ı roˇcn´ık jako posledn´ı roˇcn´ık v´ yuky fyziky na gymnáziu, coˇz zp˚ usob´ı zhuˇstˇen´ı fyzikáln´ıch témat (elektˇriny a magnetizmu jiˇz na konci druhého roˇcn´ıku, po probrán´ı ihned pˇricház´ı na ˇradu optika), a také vypuˇstˇen´ı nebo zkrácen´ı jin´ ych témat (zejména fyziky mikrosvˇeta - vyj´ımaje zaj´ımavou ˇcást jaderné fyziky - a astronomii). Zároveˇ n docház´ı ke skonˇcen´ı v´ yuky dalˇs´ıch pˇr´ırodn´ıch vˇed (zemˇepisu, chemie), biologie se stále zejména d´ıky svému velmi bohatému obsahu vyuˇcuje i ve ˇctvrtém roˇcn´ıku. Vhodn´ ymi tématy pro v´ yuku ve tˇret´ım a (pˇr´ıpadnˇe) ˇctvrtém roˇcn´ıku jsou základn´ı astronomické kapitoly: • Hvˇezdy (jejich vlastnosti, spektrum, klasifikace hvˇezd) • Systémy hvˇezd (na nˇejakém praktickém pˇr´ıkladˇe ze spekter) • HR diagram (stádia hvˇezd, hvˇezdná populace) • Galaxie, centra galaxi´ı


54

• Relativistická astrofyzika (kvasary, ˇcerné d´ıry, aktivn´ı jádra galaxi´ı, záblesky gama) Mnoho tˇechto témat je u ´zce vázáno na optiku, které ovˇsem z fyzikáln´ıch d˚ uvod˚ u ’ nastupuje po tématu elektˇriny a magnetizmu (vˇzdyt optické záˇren´ı je pouze malou ˇcást´ı celého elektromagnetického spektra). Pokud budeme sledovat historick´ y rámec, optika elektromagnetizmus pˇredcház´ı. Prob´ırán´ı optiky, které by následovalo po kmitán´ı a vlnˇen´ı, by se nav´ıc dostalo bl´ıˇze planimetrii v matematice, kam lze nˇekteré kapitoly zejména geometrické optiky (Huygens˚ uv princip, odraz a lom, zrcadla a ˇcoˇcky) u ´spˇeˇsnˇe pˇresunout nebo alespoˇ n motivaˇcnˇe zaˇradit. Velk´ ym problémem podle mého názoru z˚ ustává odsunut´ı d˚ uleˇzitého uˇciva elektˇriny a magnetizmu na pozdˇejˇs´ı dobu. Mezi pˇekné laboratorn´ı práce pˇri v´ ykladu v´ yˇse zm´ınˇeného astronomického uˇciva patˇr´ı jistˇe odhad hvˇezdn´ ych velikost´ı nˇekter´ ych hvˇezd s vyuˇzit´ım hvˇezdn´ ych vyhledávac´ıch mapek. Jako základn´ı astronomické zákony lze jmenovat Kirchoffovy vyzaˇrovac´ı zákony, Stefan˚ uv - Boltzman˚ uv vyzaˇrovac´ı zákon, Wien˚ uv posunovac´ı zákon, Pogsonova rovnice (v matematice jiˇz jsou logaritmy probrány), Doppler˚ uv zákon.

5.3.4

Vesm´ır - jak vznikl a naˇ se m´ısto v nˇ em II

Závˇer posledn´ıho roˇcn´ıku stˇredn´ı ˇskoly by mˇel b´ yt vˇenován uzavˇren´ı astronomick´ ych kapitol nejen ve fyzikáln´ım obrazu svˇeta, ale také v jin´ ych pˇredmˇetech (pokud jiˇz to nebylo provedeno na závˇer pˇredmˇet˚ u v niˇzˇs´ıch roˇcn´ıc´ıch). Studenti se tak dostávaj´ı pˇred vesm´ırné otázky, kde vyuˇzij´ı veˇsker´ ych znalost´ı pˇr´ırodn´ıch vˇed. Tématy jsou: • Dalˇs´ı metody urˇcován´ı vzdálenost´ı (radarová astronomie, supernovy, cefeidy) a rychlost´ı • Hubbl˚ uv zákon, stáˇr´ı vesm´ıru • Problematika kosmologie (temná hmota, temná energie, v´ yvoj a konec vesm´ıru) • Otazn´ıky astronomické, astrofyzikáln´ı vˇedy (kvantová teorie gravitace, supersjednocen´ı,. . . ) ˇ • Zivot ve vesm´ıru (Drakova rovnice) Pro laboratorn´ı práce je jiˇz vhodnˇejˇs´ı vyuˇz´ıt opravdové simulace skuteˇcného astronomického promˇeˇrován´ı, vyuˇzit´ı poˇc´ıtaˇcov´ ych program˚ u (viz kapitola 4), pˇr´ıpadnˇe umoˇznit student˚ um pracovat na projektech a soutˇeˇz´ıch.


5.4

55

Koment´ aˇ r k nov´ ym t´ emat˚ um

Otázky nového ˇclenˇen´ı témat pˇr´ırodn´ıch vˇed pˇricházej´ı pravidelnˇe, ovˇsem podle mého názoru v dneˇsn´ı dobˇe jeˇstˇe naléhavˇeji. S plánovanou zmˇenou koncepce v´ yuky na stˇredn´ıch ˇskolách smˇerem k rámcov´ ym vzdˇelávac´ım plán˚ um je moˇzné pˇreskupit témata podle potˇreby jednotliv´ ych ˇskol, ˇci dokonce podle jednotliv´ ych profesorsk´ ych sbor˚ u. Pokládám astronomická témata za velmi vhodná pro motivaci student˚ u k pˇr´ırodn´ım vˇedách, a proto je vhodné nenechávat astronomii jako posledn´ı téma fyziky. Zároveˇ n je moˇzné propojit d´ıky astronomii vˇsechny pˇr´ırodn´ı vˇedy, nebot’ se pˇri vesm´ırném pr˚ uzkumu opˇet stˇretávaj´ı. Velmi pˇekné (hlavnˇe historicky) je propojen´ı astronomie s matematikou, kde scház´ı astronomické motivaˇcn´ı pˇr´ıklady, aˇc by to bylo logické. V nˇekter´ ych zem´ıch na svˇetˇe se pokusili o propojen´ı pˇr´ırodn´ıch vˇed astronomi´ı (ovˇsem na podle mého názoru niˇzˇs´ı u ´rovni, jako napˇr. projekt STAR), v dalˇs´ıch zem´ıch u ´spˇeˇsnˇe astronomie spolupracuje s matematikou (pˇr´ıkladem m˚ uˇze b´ yt Anglie). Hlavn´ımi d˚ usledky zaveden´ı tˇechto v´ yˇse popsan´ ych témat do v´ yuky na stˇredn´ıch ˇskolách jsou spolupráce nˇekolika uˇcitel˚ u r˚ uzného zamˇeˇren´ı, a také dostupnost urˇcit´ ych metodick´ ych pom˚ ucek (jako pracovn´ıch list˚ u, návod˚ u, obrázk˚ u,. . . ). Spolupráce jednotliv´ ych uˇcitel˚ u bude jistˇe zajiˇstˇena zaveden´ım rámcov´ ych program˚ u, tedy potˇrebou uˇcitel˚ u domluvit se na vlastn´ım zp˚ usobu ˇclenˇen´ı témat. Problematika motivaˇcn´ıch materiál˚ u je ˇcásteˇcnˇe vyˇreˇsena dostupnost´ı astronomick´ ych materiál˚ u (zejména v angliˇctinˇe) na internetu. Dalˇs´ım krokem by mˇelo b´ yt zaˇclenˇen´ı u ´loh do jednotliv´ ych uˇcebnic vˇsech zmiˇ novan´ ych pˇredmˇet˚ u, pˇr´ıpadnˇe vytvoˇren´ı v´ yukového materiálu o astronomii pro u ´ˇcely stˇredoˇskolského vzdˇeláván´ı v podobném smˇeru (tedy zejména motivaˇcnˇe a pro uˇcitele v´ıce obor˚ u). Hlavn´ı a kl´ıˇcová témata se nacházej´ı ve tˇret´ım a ˇctvrtém roˇcn´ıku, nebot’ tehdy pˇricház´ı na ˇradu optika spoleˇcnˇe s modern´ı fyzikou. Jedná se vˇsak o témata, která jsou pro pr˚ umˇerné, zejména humanitnˇe zamˇeˇrené studenty velmi sloˇzitá, aˇc jistˇe zaj´ımavá. Proto je nutné se zamˇeˇrit také na vnitˇrn´ı diferenciaci ˇskol, která se nyn´ı mnohdy aplikuje ˇclenˇen´ım tˇr´ıd podle zamˇeˇren´ı, a také moˇznost´ı v´ ybˇeru specializovan´ ych semináˇr˚ u. Sloˇzitˇejˇs´ı, d˚ ukazové ˇci v´ ypoˇctové problémy astronomie lze tak vyuˇcovat ve specializovaném semináˇri z astronomie, kter´ y je moˇzné vyuˇcovat ve tˇret´ım, pˇr´ıpadnˇe ve ˇctvrtém roˇcn´ıku (jako jednolet´ y semináˇr). V´ yˇse uvedené ˇclenˇen´ı témat slouˇz´ı pro urˇcen´ı vhodnosti nˇejakého motivaˇcn´ıho u ´kolu pro studenty.

Kapitola 6 Z´ avˇ ery ˇ e republice, potom také ve Tato práce mapuje jednak v´ yuku astronomie v Cesk´ vybran´ ych státech svˇeta. Jak se ukazuje, v´ yuka astronomie u nás je na velmi dobré u ´rovni, ovˇsem hlavnˇe teoreticky. Na velké vˇetˇsinˇe ˇskol se dostává astronomii pouze velmi omezen´ y prostor nebo ˇzádn´ y, nˇekde se astronomie vyuˇcuje pouze návˇstˇevou bl´ızké hvˇezdárny nebo planetária, coˇz je zp˚ usobeno také nevhodn´ ym um´ıstˇen´ım astronomie jako posledn´ıho tématu fyziky do posledn´ıho roˇcn´ıku gymnázia (tˇesnˇe pˇred maturity), dokonce aˇz za Fyzikáln´ı obraz svˇeta. Zat´ım nevyuˇzito z˚ ustává propojen´ı astronomie na dalˇs´ı pˇr´ırodovˇedné pˇredmˇety mimo fyziku. Znalosti nˇ ekter´ ych student˚ u jsou vˇ sak v´ yborn´ e. Talentovan´ı studenti se neboj´ı zpracov´ avat jako stˇ redoˇ skolskou odbornou ˇ cinnost astronomick´ e t´ ema (zhruba tˇ retina prac´ı posledn´ıch pˇ eti let je astronomick´ ych), velk´ y rozmach zat´ım pouze v nejvyˇ sˇ s´ıch roˇ cn´ıc´ıch z´ akladn´ı ˇ skoly nast´ av´ a v astronomick´ e olympi´ adˇ e, kter´ a jistˇ e rozˇ s´ıˇ r´ı svou p˚ usobnost na stˇ redn´ı ˇ skoly. Ve svˇetˇe je situace velmi komplikovaná, nebot’ kaˇzd´ y stát ˇreˇs´ı v´ yuku astronomie jin´ ym zp˚ usobem (pokud ji tedy ˇreˇs´ı). Problematika astronomie spoˇc´ıvá také v tom, ˇze vyuˇz´ıvá nejmodernˇejˇs´ı technologie, které nejsou prioritou mnoh´ ych (zejména rozvojov´ ych) stát˚ u - plná polovina dˇet´ı na svˇetˇe nikdy nenavˇst´ıvila ˇskolu. Nejpodobnˇeji ˇreˇs´ı problematiku v´ yuky astronomie dalˇs´ı evropské státy, na tuto u ´roveˇ n se dostávaj´ı státy v´ ychodoasijského regionu, zájem roste v Latinské Americe. V´ yvoj astronomie pˇrináˇs´ı také zmˇeny do koncepce v´ yuky astronomie na stˇredn´ıch ˇskolách, kde zejména u nás je vidˇet absenci nov´ ych astronomick´ ych témat a jiného zp˚ usobu vyuˇcován´ı neˇz v´ ykladu. Ukazuje se také velká vazba astronomie na poˇc´ıtaˇce, jednak pro z´ıskáván´ı nov´ ych astronomick´ ych dat, pak pro zpracován´ı v´ ysledk˚ u, coˇz se projevuje v´ yrobou astronomick´ ych v´ yukov´ ych materiál˚ u a simulac´ı pro poˇc´ıtaˇce. Vytvoˇ ren´ım nov´ ych v´ yukov´ ych t´ emat se snaˇ z´ım dostat astronomick´ e vzdˇ el´ av´ an´ı z okraje t´ ematick´ ych pl´ an˚ u do role propojovac´ıho pˇ redmˇ etu pro vˇ sechny pˇ r´ırodovˇ edn´ e pˇ redmˇ ety, zejm´ ena ovˇ sem jako motivaˇ cn´ıho prvku, nebot’ sloˇ zitˇ ejˇ s´ı astronomick´ a t´ emata je moˇ zn´ e vysvˇ etlovat stu56

´ ERY ˇ KAPITOLA 6. ZAV

57

dent˚ um, kteˇ r´ı si vyberou jednolet´ y semin´ aˇ r z astronomie. Souhlas´ım tak s tez´ı mnoha pedagog˚ u, ˇ ze astronomie by mˇ ela b´ yt rozpuˇ stˇ ena do jin´ ych pˇ redmˇ et˚ u, a to ve formˇ e sp´ıˇ se zaj´ımav´ ych projekt˚ u a u ´ kol˚ u, neˇ z jako v´ yklad napˇ r. jednotliv´ ych vlastnost´ı planet a jejich mˇ es´ıc˚ u. To vyˇ zaduje neust´ alou tvorbu nov´ ych metodick´ ych materi´ al˚ u, ne pouze uˇ cebnic (jak ukazuj´ı nˇ ekter´ e hrav´ e formy pom˚ ucek zejm´ ena anglosask´ ych zem´ı, ovˇ sem na niˇ zˇ s´ı znalostn´ı u ´ rovni). Metodick´ e materi´ aly ovˇ sem m˚ uˇ zou tvoˇ rit nejen pedagogov´ e, ale tak´ e talentovan´ı studenti astronomick´ ych semin´ aˇ r˚ u na stˇ redn´ıch ˇ skol´ ach, pˇ ripravuj´ıc´ı se uˇ citel´ e na pedagogick´ ych fakult´ ach. Pr´ avˇ e kvalitn´ı tvorbou metodick´ ych pom˚ ucek lze do v´ yuky astronomie zapojit tak´ e jin´ e uˇ citele neˇ z uˇ citele fyziky. Astronomick´ a t´ emata by mohla b´ yt dalˇ s´ımi moˇ zn´ ymi ot´ azkami celoˇ zivotn´ıho vzdˇ el´ av´ an´ı uˇ citel˚ u. Propojen´ı jednotliv´ ych pˇ redmˇ et˚ u se st´ av´ a potˇ rebou pro v´ yuku, coˇ z se odr´ aˇ z´ı v pˇ ripravovan´ e koncepci r´ amcov´ ych vzdˇ el´ avac´ıch program˚ u na stˇ redn´ıch ˇ skol´ ach. Otevˇrenou otázkou tak z˚ ustává také vnitˇrn´ı diferenciace v´ yuky na ˇskolách: jednak dalˇs´ıho ˇclenˇen´ı témat napˇr. fyziky, ale samozˇrejmˇe dalˇs´ıch pˇredmˇet˚ u, pak také vhodnost konkrétn´ıch témat tzv. pro kaˇzdého. Od tˇret´ıho roˇcn´ıku by tak bylo vhodné studenty v´ıce diferenciovat v´ ybˇerov´ ymi semináˇri, astronomick´ y semináˇr by mohl b´ yt jedn´ım z nich.

Literatura Adams, J.P., Prather, E.E., Slater, T.F. (2003): Lecture-Tutorials for Instructory Astronomy. Preliminary Edition, Pearson Education, Inc., New Jersey. Al-Naimiy, M.K. (2001): The Importance and Needs of Astronomy and Space Sciences in Arab Countries. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 17, 13 − 26. Babiaková, U. (2002): Porovnanie výuˇcby astron´ omie u n´ as a v zahraniˇc´ı. Kapitola z projektu disertaˇcn´ı práce, Bratislava. ˇ Bednaˇr´ık, M., Sirok´ a, M. (2000): Fyzika pro gymn´ azia - Mechanika. Prometheus, Praha. Biswas, S.N. (1994): Teaching Astronomy Through Secondary Level Curriculla. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 8, 39 − 43. Cosmos in the Classroom. Materials from a national symposium on teaching introductory astronomy. Ed. Andrew Fraknoi. Astronomical Society of the Pacific 2000. ˇ ´ 1: Sluneˇcn´ı soustava. Slovenská Grafia, Ceman, R., Pittich, E. (2002): VESMIR Bratislava, 8 − 75. ˇ ´ 2: Hvˇezdy - Galaxie. Slovenská Grafia, Ceman, R., Pittich, E. (2003): VESMIR Bratislava, 43 − 47. Deng-Li, X. (1993): Work for Popularization and Teaching of the Beijing Planetarium. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 7, 77 − 81. Desheng, J. (1993): Popularing Astronomy in Shanghai. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 7, 47 − 50. ´ Duˇsek, J. (2002): Uvodn´ ık Instantn´ıch astronomických novin. Instantn´ı astronomické noviny (www.ian.cz) 448. Fiero, J. (2000): International Astronomical Union Commission on Education in Astronomy. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 16, 1 − 5. 58

LITERATURA

59

Fisher, N. (2001): Space science 2001: some problems with artificial gravity. Physics Education 3, 193 − 201. Fraknoi, A. (1996): Astronomy Education: Current Developments, Future Coordination. ASP Conf. Series, Vol 89. Fraknoi, A. (2000): Good Astronomy Activities on the World Wide Web. Project ASTRO, Astronomical Society of the Pacific, San Francisco. Fraknoi, A. (2002): Science Fiction Stories with Good Astronomy & Physics. Version 4.3, www.astrosociety.org/education/resources/scifiprint. html. Gerbaldi, M. (2002): Astronomy and Teacher Training in French Schools. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 15, 21 − 40. Goméz, G. (1992): Astronomy Education in Cuba. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 5, 1 − 2. Grygar, J., Horsk´ y, Z., Mayer, P. (1983): Vesm´ır. Mladá Fronta, Praha. Hlad, O., Pavlousek, J. (1984): Pˇrehled astronomie. Státn´ı nakladatelstv´ı technické literatury, Praha. Horn´ık, J. (2004): Vesm´ırn´ a odysea ve svˇetle paragraf˚ u. Respekt 6. Isobe, S. (1993): A Flower and a Star - An Important Aspect of Human Being. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 7, 1 − 8. Isobe, S. (2002): Education of Astronomy and Sciences - From Activities of Japan and Asian-Pacific Regions. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 15, 11 − 13. Jáchim, J. (2000): M˚ uˇzeme na obloze pozorovat srpek Marsu? Matematika Fyzika - Informatika 4, 229 − 234. Jones, B.W. (2003): The Search for Extraterrestrial Intelligence. Physics Education 1, 8 − 13. Kantor, C.A. (2001): A ciˆ encia do céu: Uma proposta para o ensino médio. Disertaˇcn´ı práce. Universidade de Sao Paulo, Instituto de f´ısica, Faculdade de Educa¸cao, Sao Paulo. Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇc´ asti maturitn´ı zkouˇsky v roce 2004 - Biologie. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, Centrum pro reformu maturity, Praha 2000.

LITERATURA

60

Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇc´ asti maturitn´ı zkouˇsky v roce 2004 - Chemie. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, Centrum pro reformu maturity, Praha 2000. Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇc´ asti maturitn´ı zkouˇsky v roce 2004 - Fyzika. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, Centrum pro reformu maturity, Praha 2000. Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇc´ asti maturitn´ı zkouˇsky v roce 2004 - Matematika. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, Centrum pro reformu maturity, Praha 2000. Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcné ˇc´ asti maturitn´ı zkouˇsky v roce 2004 - Zemˇepis. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, Centrum pro reformu maturity, Praha 2000. Kleczek, J. (1986): Vesm´ır kolem n´ as. Albatros, Praha. Kleczek, J. (2003): Velká encyklopedie vesm´ıru. Academia, Praha. Lai, W. (1995): Aspects of Curriculum Reform in the People’s Republic of China. Project Report No 1, Schooling for the Twenty First Century Project. Lonˇcák, O. (1970): Proˇc je dobré být na Mˇes´ıci. Letectv´ı a kosmonautika 9. Macháˇcek, M. (1998): Fyzika pro gymn´ azia - Astrofyzika. Prometheus, Praha. Mackowiak, B. (2003): The Important Role of Public Astronomy Education for Society. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 19, 5 − 14. Miyawaki, R. (1990): Teaching of Astronomy in Japan: Some Problems in the New Course of Study. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 2, 9 − 17. Morávek, P. (2003): Hvˇezd´ aˇrsk´ a roˇcenka v praktických cviˇcen´ıch z astronomie. Matematika - Fyzika - Informatika 8 a 9, 469 − 478 a 545 − 550. Pasachoff, J.M., Percy, J.R. (1990): The Teaching of Astronomy. Proceedings of the 105th colloquium of the International Astronomical Union. Williamstown, Massachusetts, 26 - 30 July 1988. Cambridge Universuty Press, Cambridge. Percy, J.R. (1995): Astronomy Education: A Global Perspective. Planetarian 3. Percy, J.R. (1999): Effective Learning and Teaching of Astronomy.Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 15, 41 − 44. Perelman, J.I. (1954): Zaj´ımav´ a astronomie. Naˇse vojsko, Praha. Petty, G. (1996): Modern´ı vyuˇcov´ an´ı. Portál, Praha.

LITERATURA

61

Pickwick, A.C. (1997): Teaching of Astronomy in Elementary and High Schools in the UK. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 13, 7 − 23. Pokorn´ y, Z. (2001): Astronomické vzdˇel´ av´ an´ı. Hvˇezdárna a planetárium M. Kopern´ıka, Brno. Pompea, S.M. (2000): Great Ideas for Teaching Astronomy. 3rd edition, Brooks/Cole, Pacific Grove. Pˇr´ıhoda, P. (2000): Pr˚ uvodce astronomie. Hvˇezdárna a planetárium hlavn´ıho mˇesta Prahy, Praha. Pudiv´ıtr, P. (2001a): Hloubka mˇes´ıˇcn´ıch kr´ ater˚ u. Matematika - Fyzika - Informatika 3, 151 − 157. Pudiv´ıtr, P. (2001b): Praktické u ´lohy z astronomie. Diplomová práce. Matematicko-fyzikáln´ı fakulta UK, Praha. Pudiv´ıtr, P. (2003a): High School Astronomy in the Czech Republic. Physics Education 6, 472 − 473. Pudiv´ıtr, P. (2003b): Výuka astronomie na stˇredn´ıch ˇskol´ ach v USA. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie 3, 251 − 255. Pudiv´ıtr, P. (2004): Jak vyuˇcovat astronomii? Matematika - Fyzika - Informatika 6, 352 − 357. Rusu, A. (1997): The Present Situation of Astronomy Education in Secondary Schools and High-Schools in Romania. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 13, 40 − 42. Standard základn´ıho vzdˇeláv´ an´ı. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, ˇ Vˇestn´ık MSMT 9 (1995). Stavinschi, M. (2003): Astronomy Education in Europe. Pˇredmluva ke speciáln´ımu ˇc´ıslu ˇcasopisu Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 19. Sudol, J.J. (2003): Is Content All That Important? The Astronomy Education Review 2. Suen, L.C., Ng, H.C., Leung, K.C. (1993): Astronomical Leadership Training in HongKong. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 7, 52 − 57. ˇ Sediv´ y, P., Volf, I. (2001): Pohyb tˇelesa po eliptické trajektorii v radi´ aln´ım gravitaˇcn´ım poli. Studijn´ı text pro ˇreˇsitele FO, UVFO, Hradec Králové.

LITERATURA

62

ˇ ˇ Sirok´ y, J., Sirok´ a, M. (1966): Z´ aklady astronomie v pˇr´ıkladech. Státn´ı pedagogické nakladatelstv´ı, Praha. ˇ Solc, M. a kol. (1983): Fyzika hvˇezd a vesm´ıru. Státn´ı pedagogické nakladatelstv´ı, Praha. ˇ ˇ e republice. Pˇr´ıspˇevek Stefl, V. (2002): Výuka astrofyziky na gymn´ azi´ıch v Cesk´ na mezinárodn´ı konferenci DIDFYZ (Inovácia obsahu fyzikálneho vzdelávania), Raˇckova dolina. ˇ Stefl, V., Krtiˇcka, J. (2003): Didaktika astrofyziky. Text pro budouc´ı uˇcitele fyziky. Masarykova univerzita, Brno. ˇ Svehla, M. (2004): Na Mars! Proˇc vlastnˇe? Respekt 6. Uˇcebn´ı dokumenty pro gymn´ azia. Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy, ˇ Vˇestn´ık MSMT 7 (1999). Vanichai, Y. (2003): Our Attempts in Astronomy. Teaching of Astronomy in Asian-Pacific Region 19, 30 − 34. Van´ ysek, V. (1980): Základy astronomie a astrofyziky. Academia, Praha. ˇ Veverka, J. (2004): K hodinové dotaci gymnazi´ aln´ıho kurzu fyziky. Skolsk´ a fyzika 1, 95 − 96. Vlachová, M. (2003): Vyuˇzit´ı multimédi´ı ve výuce astronomie. Diplomová práce. Pˇr´ırodovˇedecká fakulta Univerzity Palackého, Olomouc. ˇ y, F., Lepil, O. (1966): Praktick´ Zivn´ a cviˇcen´ı z fyziky. Státn´ı pedagogické nakladatelstv´ı, Praha. soutˇ eˇ ze: ˇ a astronomická spoleˇcnost, Praha, Astronomická korespondenˇcn´ı soutˇeˇz, Cesk´ roˇcn´ıky 2000-2003. ˇ a astronomická spoleˇcnost, Praha, roˇcn´ık Astronomická olympiáda, Cesk´ 2003/2004. Fyzikáln´ı olympiáda, UVFO, Univerzita Hradec Králové, katedra fyziky, roˇcn´ıky 2001-2003. Hledáme posádku raketoplánu, Gymnázium Christiana Dopplera, Praha, roˇcn´ıky 2001-2004.

LITERATURA

63

International Space Camp, Huntsville, Alabama, roˇcn´ık 2002. webovsk´ e str´ anky:1 aer.noao.edu - Astronomy Education Review amazing-space.stsci.edu - Suggestions For Doing The Solar System Trading Cards Activity catalog.core.nasa.gov - NASA CORE Educational Materials Catalogue, Central Operation of Resources for Educators fyzweb.cuni.cz - Fyzikáln´ı stránky pro kaˇzdého spacelink.nasa.gov, education.nasa.gov - NASA’s Educational Web Pages www.ash.udel.edu/ash/teacher/standards - US. National Teaching Standards www.astro.washington.edu - University of Washington Astronomy’s Home Page www.cascaeducation.ca - Canadian Astronomy Education www.cermat.cz - Centrum pro zjiˇst’ován´ı v´ ysledk˚ u vzdˇeláván´ı www.curriculum.edu.au/projects/science.htm - Science Australia Project www.eurydice.org - Informaˇcn´ı s´ıt’ o vzdˇeláván´ı v Evropˇe www.iau.org - International Astronomical Union www.iscafaculdades.com.br/relea/english/index.htm - Latin-American Journal of Astronomy Education www.nasa.gov/ntv - NASA Television www.starlab.com - projekt STAR www.sweb.cz/astrokrouzek - Astronomick´ y krouˇzek pˇri Gymnáziu v Lipn´ıku nad Beˇcvou yesican.yorku.ca - Pan-Canadian Science Project

1

Upozorˇ nuji, ˇze se v pr˚ ubˇehu ˇcasu mohou internetové adresy mˇenit, pˇr´ıpadnˇe mizet. Zde jsou uvedeny str´ anky, které nejsou jmenovány v textu, pˇresto byly pˇri psan´ı práce vyuˇzity.

Dodatek A Vzdˇ el´ avac´ı syst´ emy A.1

ˇ Vzdˇ el´ avac´ı syst´ em v Cesk´ e republice

ˇ e republice je upraven nˇekolika zákony: Z´ Vzdˇelávac´ı systém v Cesk´ akonem o ˇskolských zaˇr´ızen´ıch (78/1978 Sb.), Z´ akonem o soustavˇe z´ akladn´ıch ˇskol, stˇredn´ıch ˇskol a vyˇsˇs´ıch odborných ˇskol (ˇskolský z´ akon) (29/1984 Sb.) a Z´ akonem o výkonu u ´stavn´ı výchovy nebo ochranné výchovy ve ˇskolských zaˇr´ızen´ıch a o zmˇenˇe dalˇs´ıch z´ akon˚ u (109/2002 Sb.). Zejména tzv. ˇskolsk´ y zákon je v posledn´ı dobˇe neustále pˇrepracováván ministerstvem ˇskolstv´ı a ˇceká se na jeho postoupen´ı ke schválen´ı. ˇ Skolsk´ y systém tak zat´ım vypadá tak, jak je vidˇet na obrázku A.1. Dˇeti ve vˇeku kolem ˇsesti let zaˇc´ınaj´ı studovat povinnou dev´ıtiletou ˇskoln´ı docházku na základn´ı ˇskole. Z´ akladn´ı ˇ skola se dˇel´ı na prvn´ı a druh´ y stupeˇ n, pˇrechod mezi stupni je automatick´ y. Na prvn´ım stupni vyuˇcuje ˇzáky zpravidla jeden tˇr´ıdn´ı uˇcitel, v´ yjimeˇcnˇe b´ yvá v´ yukou jazyka nebo tˇelesné v´ ychovy povˇeˇren jin´ y vyuˇcuj´ıc´ı. Na druhém stupni je pravidlem specializovaná v´ yuka podle aprobace jednotliv´ ych uˇcitel˚ u. Pro v´ yuku na základn´ı ˇskole byly postupnˇe schváleny tˇri vzdˇelávac´ı programy: Obecn´ a ˇ skola (dokonˇcena roku 1997 spojen´ım program˚ u Obecná ˇskola a Obˇcanská ˇskola), Z´ akladn´ı ˇ skola (1996) a N´ arodn´ı ˇ skola (1997). Vˇsechny tˇri zaruˇcuj´ı stejn´ y v´ ystup po ukonˇcen´ı prvn´ıho stupnˇe, pˇresto se liˇs´ı sv´ ym pedagoˇ gick´ ym charakterem. Skoly nejˇcastˇeji vyuˇcuj´ı podle programu Základn´ı ˇskola (94 % ˇskol, 92 % ˇzák˚ u). Ve ˇskoln´ım roce 2002/2003 nav´ıc 15 ˇskol ovˇeˇrovalo moˇznost tvorby vlastn´ıch vzdˇelávac´ıch program˚ u v rámci r´ amcov´ eho vzdˇ el´ avac´ıho programu, kter´ y bude upraven nov´ ym ˇskolsk´ ym zákonem (viz A.2). Po absolvován´ı této docházky a u ´spˇeˇsném sloˇzen´ı pˇrij´ımac´ıch zkouˇsek ˇzák pokraˇcuje ve studiu na stˇ redn´ı ˇ skole. D´ıky existenci v´ıcelet´ ych gymnázi´ı vˇsak ˇzák m˚ uˇze sloˇzit pˇrij´ımac´ı zkouˇsky jiˇz v páté, pˇr´ıpadnˇe v sedmé tˇr´ıdˇe, a studuje tak dále na osmiletém, pˇr´ıpadnˇe ˇsestiletém gymnáziu. Gymnázia jsou pouze jedn´ım z typ˚ u stˇredn´ıch ˇskol, mezi dalˇs´ı typy patˇr´ı stˇredn´ı odborné ˇskoly, stˇredn´ı odborná uˇciliˇstˇe a konzervatoˇre. Gymn´ azia jsou stˇredn´ı vˇseobecnˇe vzdˇelávac´ı vnitˇrnˇe diferencované ˇskoly po-

64

ˇ AVAC ´ Í SYSTEMY ´ DODATEK A. VZDEL

ˇ e republice. Obrázek A.1: Schéma vzdˇelávac´ıho systému v Cesk´

65


66

skytuj´ıc´ı u ´plné stˇredn´ı vzdˇelán´ı ukonˇcené maturitn´ı zkouˇskou. Pˇripravuj´ı své absolventy pˇredevˇs´ım pro studium na vysok´ ych ˇskolách, a to v celém jejich spektru, popˇr. pro studium na vyˇsˇs´ı odborné ˇskole. Dále pˇripravuj´ı i pro v´ ykon nˇekter´ ych ˇcinnost´ı ve správˇe, v kultuˇre a v dalˇs´ıch oblastech, které pˇredpokládaj´ı ˇsiroké vˇseobecné vzdˇelán´ı, ale nevyˇzaduj´ı zvláˇstn´ı odbornou pˇr´ıpravu. Ve stˇ redn´ıch odborn´ ych ˇ skol´ ach se ˇzáci ve ˇctyˇrlet´ ych studijn´ıch oborech vzdˇelávaj´ı tak, aby mohli vykonávat odborné funkce ve vˇsech pr˚ umyslov´ ych odvˇetv´ıch národn´ıho hospodáˇrstv´ı, v zemˇedˇelstv´ı, ve veˇrejné správˇe, ve ˇskolstv´ı, v kultuˇre, ve zdravotnictv´ı a v sociáln´ıch sluˇzbách, které vyˇzaduj´ı kvalifikaci stˇredn´ı u ´rovnˇe. Studium je zakonˇceno maturitn´ı zkouˇskou. Vydané vysvˇedˇcen´ı o maturitn´ı zkouˇsce je dokladem o tom, ˇze absolventi z´ıskali u ´plné stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı. Prokazuje se j´ım odborná kvalifikace a zároveˇ n je i pˇredpokladem pro to, aby se absolventi mohli ucházet o pˇrijet´ı ke studiu na kterékoli vysoké ˇskole. V konzervatoˇ r´ıch, které jsou specifick´ ym typem stˇredn´ı odborné ˇskoly, je studium ˇsesti- aˇz osmileté a je zakonˇceno absolutoriem. Absolventi konzervatoˇr´ı z´ıskávaj´ı vyˇsˇs´ı odborné vzdˇelán´ı. Pokud vˇsak ukonˇc´ı (nejdˇr´ıve po 4. roˇcn´ıku) studium maturitn´ı zkouˇskou, z´ıskaj´ı u ´plné stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı. V nˇekter´ ych stˇredn´ıch odborn´ ych ˇskolách (pˇredevˇs´ım ve stˇ redn´ıch zdravotnick´ ych ˇ skol´ ach) existuj´ı vedle ˇctyˇrlet´ ych studijn´ıch obor˚ u i studijn´ı obory tˇr´ıleté. V tˇr´ılet´ ych oborech vˇsak studuje jen mal´ y poˇcet ˇzák˚ u. Ti neskládaj´ı maturitn´ı zkouˇsku, studium je ukonˇceno závˇereˇcnou zkouˇskou a po jej´ım sloˇzen´ı absolventi z´ıskávaj´ı stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı. Ve stˇredn´ıch odborn´ ych ˇskolách se uskuteˇcn ˇuje i n´ astavbov´ e studium, v nˇemˇz absolventi tˇr´ılet´ ych obor˚ u mohou (zpravidla v oboru svého pˇredchoz´ıho vzdˇeláván´ı) z´ıskat u ´plné stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı. Toto vzdˇeláván´ı je dvou- aˇz tˇr´ıleté a je zakonˇceno maturitn´ı zkouˇskou. Lze ho absolvovat formou denn´ıho studia nebo formou studia pˇri zamˇestnán´ı. Ve stˇ redn´ıch odborn´ ych uˇ ciliˇ st´ıch se ˇzáci vzdˇelávaj´ı ve dvoulet´ ych a tˇr´ılet´ ych oborech tak, aby mohli vykonávat dˇelnická a obdobná povolán´ı, ve ˇctyˇrlet´ ych oborech tak, aby mohli vykonávat nároˇcná dˇelnická povolán´ı a nˇekteré technické funkce provozn´ıho charakteru. Ve stˇredn´ıch odborn´ ych uˇciliˇst´ıch (stejnˇe jako ve stˇredn´ıch odborn´ ych ˇskolách) se uskuteˇcn ˇuje i nástavbové vzdˇeláván´ı absolvent˚ u tˇr´ılet´ ych uˇcebn´ıch obor˚ u, které zpravidla navazuje na vzdˇeláván´ı v témˇze oboru. ˇ aci v nˇem z´ıskaj´ı u Je dvouleté aˇz tˇr´ıleté a je zakonˇceno maturitn´ı zkouˇskou. Z´ ´plné stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı. Studenti, kteˇr´ı z´ıskali u ´plné stˇredn´ı nebo u ´plné stˇredn´ı odborné vzdˇelán´ı, se m˚ uˇzou sloˇzen´ım pˇrij´ımac´ıch zkouˇsek stát studenty vyˇsˇs´ı odborné nebo vysoké ˇskoly. Vyˇ sˇ s´ı odborn´ eˇ skoly pˇripravuj´ı pro kvalifikovan´ y v´ ykon nároˇcn´ ych odborn´ ych ˇcinnost´ı nebo prohlubuj´ı dosaˇzené vzdˇelán´ı pro v´ ykon konkrétn´ıch nároˇcn´ ych ˇcinnost´ı. Poskytuj´ı vyˇsˇs´ı odborné vzdˇelán´ı, které zahrnuje vzdˇelán´ı vˇseobecné, specifické odborné a nároˇcnou praktickou pˇr´ıpravu. Studium trvá nejménˇe dva, nejv´ yˇse tˇri roky; je-li souˇcást´ı praktická pˇr´ıprava ve formˇe odborné praxe delˇs´ı neˇz tˇri


67

mˇes´ıce, pak studium trvá nejv´ yˇse tˇri a p˚ ul roku. Vyˇsˇs´ı odborné ˇskoly byly experimentálnˇe zavedeny ve ˇskoln´ım roce 1992/1993. Novelou ˇskolského zákona z ˇcervna roku 1995 byly zavedeny jako nová souˇcást vzdˇelávac´ıho systému. Struktura vysok´ ych ˇ skol je dána nab´ızen´ ymi studijn´ımi programy, oborov´ ym zamˇeˇren´ım a poˇctem a kapacitou vysokoˇskolsk´ ych instituc´ı. Podle Zákona o vysok´ ych ˇskolách z roku 1998 se u bakal´ aˇ rsk´ ych studijn´ıch program˚ u akcentuje profesn´ı charakter a finalita. Magistersk´ e studijn´ı programy jsou zamˇeˇreny na z´ıskán´ı teoretick´ ych poznatk˚ u zaloˇzen´ ych na soudobém stavu vˇedeckého poznán´ı, v´ yzkumu a v´ yvoje, na zvládnut´ı jejich aplikace a na rozvinut´ı schopnost´ı k tv˚ urˇc´ı ˇcinnosti; v oblasti umˇen´ı jsou zamˇeˇreny na nároˇcnou umˇeleckou pˇr´ıpravu a rozv´ıjen´ı talentu. Doktorsk´ e studijn´ı programy jsou zamˇeˇreny na vˇedecké bádán´ı a samostatnou tv˚ urˇc´ı ˇcinnost v oblasti v´ yzkumu nebo v´ yvoje nebo na samostatnou teoretickou a tv˚ urˇc´ı ˇcinnost v oblasti umˇen´ı. Kvantitativn´ı rozvoj vysok´ ych ˇskol byl v´ yrazn´ y. Zˇr´ızen´ım Univerzity Tomáˇse Bati ve Zl´ınˇe (1.1.2001) se dosavadn´ı poˇcet veˇrejn´ ych vysok´ ych ˇskol zv´ yˇsil na 24; poˇcet fakult od roku 1989 vzrostl ze 73 na 117. Poˇcet studuj´ıc´ıch se zdvojnásobil, poˇcet pˇrijat´ ych vzrostl 2,2krát. Na vysoké ˇskoly tak roˇcnˇe vstupuje asi 35 % pˇr´ısluˇsného populaˇcn´ıho roˇcn´ıku, do celé terciárn´ı sféry (vysoké ˇskoly a vyˇsˇs´ı odborné ˇskoly) asi 43 %. Moˇznosti dále rozˇsiˇrovat s´ıt’ vysok´ ych ˇskol, které se otevˇrely po 1. lednu 1999, jsou vyuˇz´ıvány zejména konstituován´ım soukromého sektoru terciárn´ıho vzdˇeláván´ı. Ke vzdˇelávac´ı ˇcinnosti jsou zmocnˇena i nˇekterá neˇskolská zaˇr´ızen´ı (napˇr. u ´stavy Akademie vˇed ˇ Ceské republiky).

A.2

ˇ Novinky ve ˇ skolsk´ em syst´ emu v CR

V novém ˇskolském zákonˇe, kter´ y stále jeˇstˇe ˇceká na postoupen´ı Poslanecké snˇeˇ movnˇe CR, se objevuj´ı tzv. r´ amcov´ e vzdˇ el´ avac´ı programy. Tyto programy nahrad´ı uˇcebn´ı osnovy, podle kter´ ych zat´ım ˇskoly uˇc´ı. Mezi tzv. kurikulárn´ı dokumenty tak budou patˇrit: Rámcový vzdˇel´ avac´ı program pro pˇredˇskoln´ı vzdˇel´ av´ an´ı, R´ amcový vzdˇelávac´ı program pro z´ akladn´ı vzdˇel´ av´ an´ı a R´ amcový vzdˇel´ avac´ı program pro stˇredn´ı vzdˇeláván´ı (ten je jeˇstˇe rozdˇelen na program pro gymnaziáln´ı a pro stˇredn´ı odborné vzdˇeláván´ı). Podle tˇechto dokument˚ u si kaˇzdá ˇskola vytvoˇr´ı vlastn´ı ˇskoln´ı vzdˇelávac´ı program, a to tak, aby splnila vˇsechny kl´ıˇcové kompetence a minimálnˇe základn´ı u ´roveˇ n vzdˇeláván´ı, která je v rámcovém programu stanovena. Stˇeˇzejn´ı ˇcást´ı kaˇzdého dokumentu rámcového programu bude ˇcást C, která charakterizuje dan´ y typ, pojet´ı a c´ıle vzdˇeláván´ı. Tato ˇcást vymez´ı kl´ıˇcové kompetence a bude obsahovat rámcov´ y uˇcebn´ı plán s komentáˇrem. Návrhy tˇechto uˇcebn´ıch plán˚ u jsou k dispozici na stánkách ministerstva ˇskolstv´ı. Zaveden´ı rámcov´ ych plán˚ u studia poˇc´ıtá s existenc´ı v´ıcelet´ ych gymnázi´ı, a s jejich ˇclen´ım na niˇzˇs´ı a vyˇsˇs´ı stupeˇ n. Dále se diskutuje otázka prostupnosti tˇechto dvou stupˇ n˚ u (neboli zaveden´ı povinné pˇrij´ımac´ı zkouˇsky pro studenta, kter´ y by


68

chtˇel po absolvován´ı niˇzˇs´ıho stupnˇe pokraˇcovat na stejné ˇskole na stupni vyˇsˇs´ım). Dalˇs´ı diskutovanou otázkou byla spoleˇ cn´ a maturita. Z návrhu vzeˇsel roku 2000 materiál ministerstva s názvem Koncepˇcn´ı z´ amˇer reformy maturitn´ı zkouˇsky. Tento materiál pˇredpokládal zaveden´ı nové maturitn´ı zkouˇsky od ˇskoln´ıho roku 2003/2004, samozˇrejmˇe s podm´ınkou kodifikace tohoto institutu ve ˇskolském zákonˇe. Zejména z d˚ uvodu neexistence tohoto zákona byl term´ın spuˇstˇen´ı jednotné maturity odloˇzen na rok 2007 aˇz 2009. Návrh pˇrepokládá dvoustupˇ novou maturitn´ı zkouˇsku: prvn´ı ˇcást´ı bude jednotná státn´ı maturita (extern´ı), která by mˇela podobu testu, a druhou ˇcást tvoˇr´ı intern´ı ˇskoln´ı maturita, jej´ıˇz obsah si urˇcuj´ı jednotlivé ˇskoly. Podm´ınkou z´ıskán´ı u ´plného stˇredoˇskolského vzdˇelán´ı bude u ´spˇeˇsné vykonán´ı obou dvou ˇcást´ı nové maturity. Spoleˇcná ˇcást maturitn´ı zkouˇsky bude konána ze tˇr´ı pˇredmˇet˚ u: z ˇceského jazyka, ciz´ıho jazyka a volitelného pˇredmˇetu. Mezi volitelné pˇredmˇety patˇr´ı matematika, obˇcansk´ y základ, pˇr´ırodovˇednˇe technick´ y základ a informaˇcnˇe technologick´ y ´ základ. Pro vˇsechny maturanty bude platit stejná u ´roveˇ n obt´ıˇznosti test˚ u. Ukolem test˚ u je ovˇeˇrit, zda maturant zvládl minimáln´ı poˇzadované uˇcivo, tzv. spoleˇcné jádro maturitn´ıho pˇredmˇetu.

A.3

Zahraniˇ cn´ı vzdˇ el´ avac´ı syst´ emy

Ve dvacátém stolet´ı nastal obrovsk´ y celosvˇetov´ y rozvoj vzdˇelávac´ıch systém˚ u jak v pr˚ umyslovˇe rozvinut´ ych zem´ıch, tak v novˇe vznikaj´ıc´ıch státech Asie a Afriky. Povinná ˇskoln´ı docházka se stala základem vˇetˇsiny svˇetov´ ych vzdˇelávac´ıch systém˚ u. Pˇresto je celosvˇetov´ ym problémem to, ˇze pˇribliˇznˇe 50 % vˇsech dˇet´ı nenavˇstˇevuje ˇzádnou ˇskolu (130 milión˚ u dˇet´ı mezi 6 a 11 lety ˇzije bez základn´ıho vzdˇelán´ı). Svˇetová organizace UNESCO, coˇz je vlastnˇe organizace pro vzdˇelán´ı, vˇedu a kulturu pˇri Organizaci Spojen´ ych národ˚ u, proto stále vyhlaˇsuje kampanˇe pro ´ gramotnost a dalˇs´ı vzdˇelávac´ı projekty. Ukolem tˇechto projekt˚ u je zaˇr´ıdit, aby kaˇzdé d´ıtˇe na svˇetˇe navˇstˇevovalo ˇskolu a stalo se gramotn´ ym. Právo na vzdˇelán´ı je dnes základn´ım lidsk´ ym právem, ukotven´ ym v roce 1948 v Mezin´ arodn´ı deklaraci lidských práv a v roce 1989 Dohodou o pr´ avech dˇet´ı. Základn´ı schéma vzdˇelávac´ı soustavy vˇetˇsiny stát˚ u na svˇetˇe je vidˇet na obrázˇ aci se dostávaj´ı do prvn´ı tˇr´ıdy základn´ı ˇskoly (grammar school ) ve vˇeku ku A.2. Z´ asi 5 aˇz 6 let, v nˇekter´ ych státech po absolvován´ı mateˇrsk´ ych ˇskol ˇci základoˇskolsk´ ych pˇr´ıpravek. Ve sledovan´ ych státech je vstup na základn´ı ˇskolu zaˇcátek povinné ˇskoln´ı docházky, která trvá v nˇekter´ ych státech pouze 4 roky (napˇr. Egypt), ve vˇetˇsinˇe stát˚ u potom 9 let. Pˇrechod z prvn´ıho na druh´ y stupeˇ n základn´ı ˇskoly (middle school ), kter´ y b´ yvá v nˇekter´ ych státech jiˇz niˇzˇs´ım stupnˇem stˇredn´ı ˇskoly (junior high school ), je vˇetˇsinou automatick´ y. Nˇekde vˇsak je nutné sloˇzit speciáln´ı pˇrij´ımac´ı zkouˇsky (to zejména v tˇech státech, kde spolu funguj´ı jak v´ıceleté základn´ı i v´ıceleté stˇredn´ı ˇskoly), nebo alespoˇ n jin´ ym odpov´ıdaj´ıc´ım zp˚ usobem prokázat schopnosti, které


Obrázek A.2: Schéma vzdˇelávac´ıho systému ve svˇetˇe.

69


70

jsou na daném typu ˇskoly potˇrebné. Ve vˇeku kolem 14 aˇz 15 let vˇetˇsina ˇzák˚ u pˇrecház´ı do studia na stˇredn´ı ˇskole (high school ). Tento postup je opˇet bud’ automatick´ y (pro ˇzáky, kteˇr´ı pˇreˇsli v mladˇs´ım vˇeku na niˇzˇs´ı stˇredn´ı ˇskolu), nebo je provázen pˇrij´ımac´ımi zkouˇskami, pˇr´ıpadnˇe u ´spˇeˇsn´ ym sloˇzen´ım závˇereˇcn´ ych zkouˇsek na pˇredcházej´ıc´ı ˇskole. Studium na stˇredn´ıch ˇskolách trvá od 2 do 6 let, ve vˇetˇsinˇe 4 roky. Pro postup na vysokou ˇskolu je nutné sloˇzit bud’ závˇereˇcnou (maturitn´ı) zkouˇsku (state exam), nebo jeˇstˇe nav´ıc pˇrij´ımac´ı zkouˇsku na tuto ˇskolu. ˇ Skoly na svˇetˇe se tedy ani tak neliˇs´ı ˇclenˇen´ım studia, jako sp´ıˇs vnitˇrn´ım uspoˇrádán´ım ˇskol, osnovami (pokud existuj´ı), ale zejména stylem v´ yuky a chápán´ım c´ıl˚ u v´ yuky. Státy se také liˇs´ı procentuáln´ım zastoupen´ım soukrom´ ych ˇskol (které jsou vˇetˇsinou placenou sluˇzbou). Ohlednˇe stˇredn´ıch ˇskol je pˇrevládaj´ıc´ım stylem v´ yuky klasick´ y v´ yklad s testován´ım, projektové vyuˇcován´ı, semináˇrové pojet´ı v´ yuky. Krajn´ım pˇr´ıpadem semináˇrové v´ yuky je Finsko, kde vlastnˇe neexistuj´ı rozvrhy tˇr´ıd nebo skupin student˚ u, ale kaˇzd´ y student má jedineˇcn´ y rozvrh semináˇr˚ u.

Dodatek B Organizace napom´ ahaj´ıc´ı vzdˇ el´ an´ı ve v´ yuce astronomie B.1

ˇ Cesk´ a republika

ˇ Základn´ı organizac´ı je samozˇrejmˇe Cesk´ a astronomick´ a spoleˇ cnost (dále jen ˇ CAS), která byla zaloˇzena v prosinci roku 1917 jako spolek sdruˇzuj´ıc´ı zájemce o astronomii z nejˇsirˇs´ıch vrstev obyvatelstva. Základn´ı vzdˇelávac´ı sekc´ı spoleˇcnosti ˇ 1 . Tato sekce se zamˇeˇruje na podporu práce s mládeˇz´ı a je Sekce pro mládeˇz CAS podporu a pomoc pˇri vytváˇren´ı projekt˚ u zamˇeˇren´ ych na mládeˇz (viz dodatek C). Dalˇs´ımi aktivn´ımi organizacemi jsou ˇceská planetária a hvˇezdárny. Jak je vidˇet v tabulce B.1, vˇetˇsina tˇechto instituc´ı nab´ız´ı nejen poˇrady pro ˇskoly a dˇeti (které jsou vynikaj´ıc´ım doplˇ nkem hodin), ale i noˇcn´ı pozorován´ı, kurzy a v´ ystavy. Vˇsechna planetária a hvˇezdárny jsou sdruˇzena v tzv. Sdruˇ zen´ı planet´ ari´ı a hvˇ ezd´ aren2 , coˇz je vlastnˇe dobrovolná organizace sdruˇzuj´ıc´ı tyto instituce, která kordinuje jejich ˇcinnost. V neposledn´ı ˇradˇe je nutné jmenovat vysoké ˇskoly, které pˇripravuj´ı nejen budouc´ı uˇcitele, ale také v´ yukové plány, dalˇs´ı soutˇeˇze. . .

B.2

Svˇ et

Samozˇrejmˇe je nutné jmenovat Komisi 46 Mezin´ arodn´ı astronomick´ e unie3 (IAU), která byla zaloˇzena roku 1967 pod názvem Teaching of Astronomy (V´ yuka astronomie) a následnˇe v roce 2000 zreorganizována pod názvem Astronomical Education and Development (Astrononomické vzdˇeláván´ı a rozvoj). Hlavn´ım u ´kolem komise je zkvalitˇ novat v´ yuku astronomie na vˇsech stupn´ıch ˇskol na celém 1

http://mladez.astro.cz http://sdruzeni.hvezdarna.cz 3 http://physics.open.ac.uk/IAU46/ 2

71

´ DODATEK B. ORGANIZACE PRO VYUKU V ASTRONOMII Hvˇ ezd´ arna ˇ ci planet´ arium ´ ı Sezimovo Ust´ ´ Upice ˇ Ceské Budˇejovice Rokycany Planetárium Praha Hvˇezdárna Praha Karlovy Vary Hradec Králové Brno Plzeˇ n Teplice Ostrava Pardubice Jindˇrich˚ uv Hradec Vlaˇsim

72

Poˇ rady pro ˇ skoly

Poˇ rady pro dˇ eti

Kurzy

V´ ystavy

Veˇ cern´ı pozorov´ an´ı

+ + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + +

– + – + + + – + + + – + + – –

– – + – + + – + + + – + + – –

+ + + + – + + + + + + + + + +

Tabulka B.1: Pˇrehled hvˇezdáren nab´ızej´ıc´ıch programy pro mládeˇz (stav k lednu 2004, zdroj: http://mladez.astro.cz/volno/hvezd.htm).

svˇetˇe. Jednou z ˇcinnost´ı této komise je vydáván´ı pravidelného bulletinu, ve kterém vycházej´ı zprávy o stavu astronomie v jednotliv´ ych zem´ıch. Jednotlivé kontinenty se také snaˇz´ı vytvoˇrit nadnárodn´ı organizace, které sdruˇzuj´ı jednotlivé státy regionu. V Evropˇe existuje European Association of Astronomy Education 4 (EAAE), neboli Evropská asociace pro vzdˇelán´ı v astronomii. Jej´ı u ´kol je prakticky stejn´ y jako Komise 46 IAU, jen pole p˚ usobnosti je jiné. Tato asociace vznikla v listopadu 1995 v Athénách. Na jej´ıch stránkách lze naj´ıt nejnovˇejˇs´ı projekty, soutˇeˇze a ˇclánky, které se t´ ykaj´ı v´ yuky astronomie vˇsech stupˇ n˚ u ˇskol. Podobnou skupinu v pacifickém regionu tvoˇr´ı vzdˇelávac´ı skupina Working Group on Astronomy Education 5 , v asijském regionu Teaching Astronomy in Asian Pacific Region a v latinské Americe potom skupina, která prezentuje sv˚ uj projekt ˇcasopisu Latin-American Journal of Astro6 nomy Education . Dalˇs´ımi organizacemi, podporuj´ıc´ımi v´ yuku astronomie, jsou evropská a americká kosmická agentura: European Space Agency 7 (ESA) a National Ae4

http://www.algonet.se/~sirius/eaae.htm http://www.aas.org/~wgae 6 http://www.iscafaculdades.com.br/relea/english/index.htm 7 http://www.esa.int 5

´ DODATEK B. ORGANIZACE PRO VYUKU V ASTRONOMII

73

ronautics and Space Administration 8 (NASA). Obˇe maj´ı samozˇrejmˇe za c´ıl z´ıskat pro astronomii a kosmické technologie mladé lidi, kteˇr´ı se u ´ˇcast´ı v jejich projektech m˚ uˇzou nadchnout pro studium takového oboru (a pozdˇeji najdou uplatnˇen´ı v kosmickém v´ yzkumu). ESA v posledn´ı dobˇe vytvoˇrila mimo jiné projekt astronomick´ ych u ´loh Promˇeˇrován´ı vzdálenost´ı ve vesm´ıru (Measuring distances in the universe) nebo akci Obrázky cennˇejˇs´ı neˇz tis´ıc slov (Images worth a thousand words), ve které pob´ız´ı uˇcitele a studenty, aby pˇriˇsli s nápady, jak vyuˇz´ıt sn´ımky z umˇel´ ych druˇzic ve ˇskolách. NASA nab´ız´ı na sv´ ych stránkách velké mnoˇzstv´ı vzdˇelávac´ıch materiál˚ u, ˇrazen´ ych do pˇrehledn´ ych kategori´ı jak pro studenty, tak pro ˇzáky. Spoleˇcnˇe s ESA na nˇekter´ ych projektech spolupracuje jeˇstˇe European Southern Observatory 9 (Evropská jiˇzn´ı observatoˇr ESO). Ta se pod´ıl´ı nebo pod´ılela na projektech jako jsou Astronomy On-Line (velk´ y astronomick´ y soubor vzdˇelávac´ıch aktivit), Fyzika na scénˇe 2000, Life in the Universe 2001 (vˇedecké a umˇelecké ˇ projekty student˚ u na téma Zivot ve vesm´ıru) nebo Couldn’t be without it! (nové technologie, bez kter´ ych nelze b´ yt). Vˇetˇsina tˇechto projekt˚ u byla spuˇstˇena u pˇr´ıleˇzitosti Evropského t´ ydne vˇedy a technologi´ı. V národn´ım mˇeˇr´ıtku pak existuj´ı astronomické spoleˇcnosti nebo agentury, které konaj´ı napˇr. astronomické olympiády nebo vytváˇrej´ı národn´ı uˇcebn´ı osnovy pro astronomii ve ˇskolách. Nezanedbatelná je i práce nˇekter´ ych vysok´ ych ˇskol, které vytváˇrej´ı v´ yukové programy pro stˇredn´ı ˇskoly.

8 9

http://www.nasa.gov http://www.eso.org

Dodatek C Astronomick´ e soutˇ eˇ ze C.1

ˇ Cesk´ a republika

ˇ Sekce pro mládeˇz CAS se zab´ yvá zejména z´ıskán´ım zájmu o astronomii mezi ˇzáky základn´ıch ˇskol (tedy ve vˇekové kategorii 12 aˇz 15 let). Ve ˇskoln´ım roce 2003/2004 byl spuˇstˇen prvn´ı roˇcn´ık Astronomick´ e olympi´ ady, která je podporována i v´ yborem Fyzikáln´ı olympiády (v materiálech této olympiády se objevila i zm´ınka o astronomické olympiádˇe). Olympiáda prob´ıhá tˇr´ıkolovˇe: prvn´ım kolem u ´spˇeˇsnˇe projde ten ˇzák, kter´ y z´ıská z testu stanoven´ y minimáln´ı poˇcet bod˚ u (poˇcet u ´spˇeˇsn´ ych ˇreˇsitel˚ u prvn´ıho kola roˇcn´ıku 2003/2004 byl 2323, a to z celkem 314 ˇskol), druh´ ym kolem projde u ´spˇeˇsnˇe 50 nejlepˇs´ıch ˇzák˚ u (odborná komise posoud´ı zp˚ usob, kvalitu i rozsah ˇreˇsen´ı). Tˇret´ı kolo (finále) prob´ıhá prezenˇcnˇe v prostorách Akaˇ demie vˇed v Praze. Po vyhodnocen´ı pvn´ıho roˇcn´ıku bude Sekce pro mládeˇz CAS zvaˇzovat jednak pokraˇcován´ı soutˇeˇze, také vˇsak moˇznost rozˇs´ıˇren´ı olympiády na stˇredn´ı ˇskoly. ˇ Dalˇs´ım projektem, kter´ y zastˇreˇsovala Sekce pro mládeˇz CAS a kter´ y poˇrádá Hvˇezdárna a planetárium Mikuláˇse Kopern´ıka v Brnˇe, je Astronomick´ a kore1 spondenˇ cn´ı soutˇ eˇ z . Opˇet je zde omezen´ı vˇekem (12 aˇz 15 let). Na základˇe bodového ohodnocen´ı v´ ysledk˚ u testov´ ych, problémov´ ych a praktick´ ych u ´loh, které u ´ˇcastn´ıci zaˇslou do daného term´ınu, komise vybere patnáct nejlepˇs´ıch, kteˇr´ı se mohou z´ uˇcastnit letn´ıho astronomického soustˇredˇen´ı. O nadané studenty stˇredn´ıch ˇskol jev´ı zájem Fyzik´ aln´ı olympi´ ada2 , a to v kategori´ıch A, B, C a D. Mezi tématy u ´loh se objevuj´ı i u ´lohy na pohyb tˇelesa po eliptické trajektorii v radiáln´ım gravitaˇcn´ım poli. Jako pom˚ ucku autoˇri u ´loh zpracovali studijn´ı text se stejn´ ym námˇetem. Dalˇs´ı aktivitou je Stˇ redoˇ skolsk´ a odborn´ aˇ cinnost3 , kterou kaˇzdoroˇcnˇe vyhlaˇsuje Ministerstvo ˇskolstv´ı, mládeˇze a tˇelov´ ychovy. C´ılem této soutˇeˇze je pˇrimˇet 1

http://soutez.hvezdarna.cz http://www.uhk.cz/pdf/katedra/fyzika/Olympid/ 3 http://www.soc.cz 2

74

´ SOUTE ˇ ZE ˇ DODATEK C. ASTRONOMICKE um´ıstˇen´ı práce 1.-3. Dvoˇrák, T.: Pozorov´ an´ı sluneˇcn´ı fotosféry 1998 - 1999. 2. Folta, M.: Z´ akrytové promˇenné dvojhvˇezdné systémy - st´ aˇcen´ı apsid´ aln´ıch pˇr´ımek zákrytových promˇenných a kataklyzmických dvojhvˇezd. 2. Pejcha, O.: Co se dˇeje s AY Draconis? 2. Pejcha, O.: DD Draconis - pulzuj´ıc´ı promˇenn´ a hvˇezda s rychlou zmˇenou periody. 3. Dr¨ uckm¨ ullerová, H.: PC zpracov´ an´ı obraz˚ u sluneˇcn´ı korony. 4. Poláˇsková, M.: Zatmˇen´ı Mˇes´ıce a podobné u ´kazy. 4. Srba, J.: Perseidy ’97. 5. Jaroˇs, M.: Sluneˇcn´ı soustava.

75 roˇcn´ık 1999 - 2000 2002 - 2003

2001 - 2002 2000 - 2001 2002 - 2003 1999 - 2000 1998 - 1999 1998 - 1999

Tabulka C.1: Pˇrehled astronomick´ ych prac´ı ve Stˇredoˇskolské odborné ˇcinnosti za roˇcn´ıky 1998 - 2003 (pouze do 5. m´ısta).

talentované studenty k samostatnému a tvoˇrivému pˇr´ıstupu pˇri ˇreˇsen´ı odborn´ ych problém˚ u. Astronomické téma lze zpracovat v oboru fyzika (obor ˇc. 02) a tvorba uˇcebn´ıch pom˚ ucek, didaktická technologie (12). V posledn´ıch pˇeti roˇcn´ıc´ıch (roky 1998 - 2003) se finále oboru fyzika z´ uˇcastnilo celkem 21 astronomick´ ych prac´ı z celkového poˇctu 66 prac´ı, tedy zhruba tˇretina prac´ı je astronomická (témata prac´ı viz tabulka C.1). Mezi soutˇeˇze se jistˇe ˇrad´ı i konkurz International Space Camp4 , kter´ y byl prozat´ım kaˇzdoroˇcnˇe vyhlaˇsován Planetáriem hl. mˇesta Prahy. Ze zájemc˚ u ve vˇeku 15 - 18 let je vybrán jeden chlapec a jedna d´ıvka, kteˇr´ı spoleˇcnˇe s jedn´ım uˇcitelem stˇredn´ı ˇskoly jedou do Spacecamp v Huntsville, Alabama, USA, kde prob´ıhá t´ ydenn´ı mezinárodn´ı kosmick´ y program. Hlavn´ımi podm´ınkami pro u ´ˇcast na konkurzu jsou kvalitn´ı ovládán´ı anglického jazyka, znalosti souˇcasné kosmonautiky, astronomie, fyziky a orientace ve vˇseobecném pˇrehledu. Dalˇs´ı soutˇeˇze se bud’ konaj´ı pˇr´ıleˇzitostnˇe, nebo maj´ı menˇs´ı republikov´ y dopad. 4

http://www.planetarium.cz/skoly/ISC.htm

´ SOUTE ˇ ZE ˇ DODATEK C. ASTRONOMICKE

C.2

76

Svˇ et

Mezin´ arodn´ı astronomick´ a olympi´ ada5 Euro-asijské astronomické spoleˇcnosti byla zaloˇzena v ˇcervnu 1996 a koná se kaˇzdoroˇcnˇe od záˇr´ı do prosince pro studenty ´ redn´ım jazykem je ruˇstina a angliˇctina. Soutˇeˇz je stˇredn´ıch ˇskol zaˇclenˇen´ ych zem´ı. Uˇ financována poplatky jednotliv´ ych ˇclensk´ ych zem´ı a sponzorována EAAE (viz 72). ˇ edsku, se z´ 8. roˇcn´ıku v roce 2003, kter´ y se konal ve Sv´ uˇcastnilo celkem 24 stát˚ u (velkou ˇcást tvoˇrily b´ yvalé státy Sovˇetského svazu, severské evropské státy, ˇ ına, Indie, Itálie, Korea, Polsko, Rumunsko, Recko ˇ Braz´ılie, Bulharsko, C´ a Srbsko). Studenti jsou rozdˇeleni do dvou kategori´ı, které odpov´ıdaj´ı prvn´ım dvˇema a posledn´ım dvˇema roˇcn´ık˚ um ˇcesk´ ych stˇredn´ıch ˇskol. Olympiáda se odehrává ve tˇrech kolech: teoretickém, praktickém a pozorovac´ım. Astronomické olympiády prob´ıhaj´ı samozˇrejmˇe v r˚ uzn´ ych státech na svˇetˇe, kde jsou mnohdy organizovány astronomick´ ymi spoleˇcnostmi, které se tak snaˇz´ı popularizovat astronomii mezi studenty stˇredn´ıch ˇskol, nebo ˇzáky základn´ıch ˇskol. Takovou olympiádu koná napˇr. Braz´ılie, která jinak nevyniká v´ yukou astronomie na ˇskolách, nebo Izrael, kter´ y konal v roce 2003 jiˇz 9. astronomickou olympiádu, a to pro v´ıce jak 400 student˚ u v prvn´ım kole ve vˇeku 15 aˇz 17 let (oproti 40 student˚ um pˇri prvn´ı olympiádˇe se jedná o velk´ y nár˚ ust). Prvn´ı kolo izraelské astronomické olympiády se sestává z psaného testu, kter´ y obsahuje základn´ı otázky z astronomie a kosmického v´ yzkumu. Do druhého kola postoupilo pouze 80 u ´ˇcastn´ık˚ u, z nichˇz 5 proˇslo pˇres dalˇs´ı test do kola finálového. Evropská kosmická agentura poˇrádá pravidelnˇe nˇekolik projekt˚ u pro stˇredoˇskoláky ze zem´ı Evropské unie. Mnoho projekt˚ u jin´ ych organizac´ı potom spolufinancuje. Evropská jiˇzn´ı observatoˇr poˇrádá vˇetˇsinu program˚ u a soutˇeˇz´ı zejména ´ pro stˇredoˇskolské studenty. Soutˇeˇz Catch a Star! je internetová soutˇeˇz. Ukolem maximálnˇe tˇr´ıˇclenného t´ ymu student˚ u je upsat se na stránkách ESO k jednomu vesm´ırnému objektu a do daného term´ınu vypracovat webovskou prezentaci tohoto objektu. Prezentace mus´ı splˇ novat urˇcitá kritéria (napˇr. mus´ı obsahovat praktické pozorován´ı objektu nebo alespoˇ n popis pozorovac´ı techniky). V´ıtˇezové roˇcn´ıku 2003 odjeli na poznávac´ı v´ ylet na ESO Paranal Observatory v Chile. Americk´ yu ´ˇrad NASA kromˇe velkého souboru v´ yukov´ ych materiál˚ u zve stˇredoˇskoláky na u ´ˇcast v projektech, které pˇripom´ınaj´ı vˇedeckou práci. Studenti se tak mohou pod´ılet na urˇcován´ı programu pro voz´ıtka na Marsu, pˇr´ıpadnˇe zkoumat ˇzivotn´ı prostˇred´ı naˇs´ı planety pomoc´ı jednoduch´ ych experiment˚ u.

5

http://www.issp.ac.ru/iao/

Dodatek D Sb´ırka u ´ loh Tato sb´ırka u ´loh doplˇ nuje metodicky rozvrˇzen´ı základn´ıch astronomick´ ych témat pro v´ yuku na stˇredn´ıch ˇskolách tak, jak jsem navrhl v kapitole 5. Obsahuje zaj´ımavé, nˇekdy netradiˇcn´ı u ´lohy, které jsou vhodn´ ymi návody na napˇr. projekty, pˇr´ıpadnˇe ´ jako laboratorn´ı práce z astronomie. Ulohy, které jsou u ´pravou jiˇz existuj´ıc´ıch u ´loh (a o kter´ ych jsem se to tedy mˇel ˇsanci dozvˇedˇet), pˇr´ıpadnˇe u ´lohy, na které mˇe navedly nˇekteré knihy, jsou oznaˇceny zdrojem. ´ Sb´ırka obsahuje pouze netradiˇcn´ı, pˇr´ıpadnˇe zaj´ımavé projektové u ´lohy. Ulohy, u kter´ ych jsou zadán´ı, pˇr´ıpadnˇe pracovn´ı listy k dispozici na V´ yukovém Ast1 roWebu , jsou oznaˇceny ?. V´ yuku astronomick´ ych témat lze vhodnˇe doplnit dalˇs´ımi dostupn´ ymi zdroji u ´loh, které jsou jednak v uˇcebnici Macháˇcek (1998), potom ˇ ˇ ˇ v knihách pro pˇr´ıpravu uˇcitel˚ u Sirok´ y a Sirok´ a (1966), Stefl a Krtiˇcka (2003), na internetu (viz kapitola 4) a dalˇs´ıch.

D.1

Vesm´ır - jak vznikl a naˇ se m´ısto v nˇ em I

ˇ ´ Í ROZDÍLU ZEMEPISN ˇ ´ S ˇÍRKY ˇ ´ Pˇ r´ıklad 1: URCOV AN E A DELKY ˇ ˇ DVOU STANOVIST Po domluvˇ e s jinou stˇ redn´ı ˇ skolou (nejl´ epe v zahraniˇ c´ı) v Evropˇ e promˇ eˇ rte vz´ ajemn´ y rozd´ıl zemˇ episn´ eˇ s´ıˇ rky a d´ elky mˇ eˇ ren´ım okamˇ ziku a v´ yˇ sky Slunce v prav´ e poledne. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj : u ´ lohu obsahuje mnoho astronomick´ ych knih Jedná se o základn´ı u ´lohu praktické astronomie. Vyuˇz´ıt se dá rozliˇcné mnoˇzstv´ı metod, navrhuji vyuˇz´ıt gnómonu a metody indick´ ych kruh˚ u. Pro proveden´ı tohoto mˇeˇren´ı budou obˇe skupiny potˇrebovat tyˇc (vlastn´ı gnómon), olovnici, provázek, kol´ık a hodinky, které jsou seˇr´ızeny na stˇredoevropsk´ y, pˇr´ıpadnˇe letn´ı stˇredoevropsk´ y ˇcas. 1

http://puda.matfyz.cz

77

´ DODATEK D. SBÍRKA ULOH

78

Obˇe ˇskoly si nejprve domluv´ı, které dny budou v´ yˇsku Slunce promˇeˇrovat. Jelikoˇz m´ıstn´ı situace m˚ uˇze b´ yt rozd´ılná, mˇeˇren´ı by mˇela kaˇzdá ˇskola provádˇet bˇehem ´ celem je promˇeˇrit v´ domluveného tˇreba celého t´ ydne kdykoli je to moˇzné. Uˇ yˇsku Slunce a dobu této kulminace ve stejn´ y den. Pokud se to nepodaˇr´ı, je nutné se studenty prodiskutovat denn´ı zmˇeny v pohybech Slunce a v´ ysledky mˇeˇren´ı korigovat. Vlastn´ı pozorován´ı Slunce zaˇcneme asi 2 hodiny pˇred polednem. Jako gnómonu pouˇzijeme tyˇc, zap´ıchnutou na rovné ploˇse, kterou vyrovnáme do svislé polohy olovnic´ı. K patˇe tyˇce uváˇzeme provázek tak, abychom mohli kol´ıkem na druhém konci r´ ysovat kruˇznice potˇrebného polomˇeru. Ve zvolen´ y okamˇzik navineme provázek tak, aby délka provázku byla stejnˇe dlouhá jako délka vrˇzeného st´ınu tyˇce a nar´ ysujeme ˇcást kruˇznice. Pr˚ useˇc´ık st´ınu s kruˇznic´ı oznaˇc´ıme, zaznamenáme si ˇcas. Totéˇz opakujeme po zhruba 15 aˇz 30 minutách. Po poledni zjiˇst’ujeme okamˇziky, kdy st´ın vrcholu tyˇce opˇet protne jednotlivé kruˇznice. Pˇri pozorován´ı urˇc´ıme pˇribliˇznˇe okamˇzik kulminace Slunce a jeho v´ yˇsku ve stupn´ıch. V´ ypoˇctem lze okamˇzik pˇribliˇznˇe urˇcit jako stˇredn´ı hodnotu aritmetick´ ych pr˚ umˇer˚ u jednotliv´ ych sobˇe odpov´ıdaj´ıc´ıch mˇeˇren´ı (mˇeˇren´ı na stejné kruˇznici). Se studenty lze také probrat vytyˇcen´ı smˇeru sever - jih zakreslen´ım poledn´ı pˇr´ımky, coˇz je pˇr´ımka proloˇzená stˇredy u ´seˇcek sobˇe odpov´ıdaj´ıc´ıch bod˚ u mˇeˇren´ı. Srovnán´ım v´ ysledk˚ u mˇeˇren´ı ve stejn´ y den se vzdálenou ˇskolou lze stanovit rozd´ıl zemˇepisn´ ych ˇs´ıˇrek jako rozd´ıl namˇeˇrené v´ yˇsky Slunce pˇri kulminaci, pˇribliˇzn´ y rozd´ıl zemˇepisn´ ych délek z ˇcasového rozd´ılu okamˇzik˚ u pravého poledne, pˇriˇcemˇz jedné 15◦ ◦ minutˇe odpov´ıdá 60 = 0, 25 . ••• ˇ ÍCE ? Pˇ r´ıklad 2: KRESBA MES Zakreslete Mˇ es´ıc libovolnou technikou okolo prvn´ı nebo posledn´ı ˇ ctvrti. Snaˇ zte se prost´ ym okem, pˇ r´ıpadnˇ e dalekohledem pozorovat co nejv´ıce detail˚ u. Porovn´ an´ım s mapou nebo poˇ c´ıtaˇ cov´ ym programem urˇ cete, jak´ e mˇ es´ıˇ cn´ı u ´ tvary jste pozorovali. Nezapomeˇ nte zapsat na pozorovac´ı arch vˇ sechny d˚ uleˇ zit´ e u ´ daje (dobu pozorov´ an´ı, techniku pozorov´ an´ı a kresby,. . . ). obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: Pudiv´ıtr (2001b) N´ıˇze uveden´ y obrázek je prac´ı ˇzákynˇe Jany Maˇskové z Gymnázia Opatov, která mˇela v´ ytvarnou pr˚ upravu. Diskuze nad obrázkem pak m˚ uˇze zahrnovat pˇresnost zakreslen´ı jednotliv´ ych u ´tvar˚ u, polohu tˇechto u ´tvar˚ u, jejich rozdˇelen´ı na moˇre a krátery. Informacemi k obrázku byly datum a ˇcas, technika pozorován´ı a pozorovac´ı podm´ınky. Pˇri diskuzi lze vyuˇz´ıt poˇc´ıtaˇcové mapy Mˇes´ıce, jako napˇr´ıklad Selene nebo Clavius (viz str. 44).


79

••• ˇ Pˇ r´ıklad 3: PROJEKCE POHYBU DRUZICE ? S vyuˇ zit´ım zemsk´ eho gl´ obusu vysvˇ etlete, jak´ ym zp˚ usobem vznikla dr´ aha druˇ zice Sputnik 1 na v´ alcov´ e projekci v ˇ r´ıdic´ım stˇ redisku. Tuto prvn´ı umˇ elou druˇ zici Zemˇ e vypustil Sovˇ etsk´ y svaz 4. ˇ r´ıjna 1957, a to tak, aby ob´ıhala kolem Zemˇ e po dr´ aze, kter´ a sv´ır´ a s rovinou rovn´ıku u ´ hel 65,1◦ . Sputniku trvala jedna otoˇ cka kolem Zemˇ e 96,2 minuty a obˇ ehnul tak Zemi za celou svou existenci, tedy do 4. ledna 1958, neˇ z shoˇ rel v atmosf´ eˇ re, v´ıce neˇ z 1300kr´ at. Pˇ ri ob´ıh´ an´ı vyd´ aval r´ adiov´ e sign´ aly kaˇ zd´ ych 0,6 sekundy (podobn´ e p´ıp´ an´ı). Celkem p´ıpnul v´ıce jak 13 000 000kr´ at. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: Perelman (1954) Nejprve je nutné se studenty prodiskutovat, po jaké dráze se pohybuj´ı umˇelé druˇzice Zemˇe. K tomu je v´ yhodné zeptat se student˚ u, jaké druhy druˇzic znaj´ı. Máme napˇr´ıklad polárn´ı satelity, které pozoruj´ı cel´ y povrch Zemˇe. D´ıky jejich stálé rovinˇe dráhy a otáˇcen´ı Zemˇe vid´ı bˇehem dvanácti hodin vˇsechna m´ısta zemského povrchu. Pro vypuˇstˇen´ı takové druˇzice je potˇreba j´ı udˇelit asi o 11% vˇetˇs´ı rychlost, neˇz je tomu u vypouˇstˇen´ı rovn´ıkové druˇzice, u které lze vyuˇz´ıt rotace Zemˇe. Mezi nejznámˇejˇs´ı rovn´ıkové druˇzice, které uˇz podle svého názvu ob´ıhaj´ı Zemi v rovinˇe rovn´ıku, patˇr´ı geostacionárn´ı druˇzice. Tyto druˇzice se nacházej´ı ve v´ yˇsce 36 000 km. Obˇeh druˇzice trvá bez 4 minut 24 hodin, ob´ıhá tedy Zemi stejnou u ´hlovou rychlost´ı, jakou se otáˇc´ı kter´ ykoli bod na rovn´ıku. Proto je geostacionárn´ı druˇzice stále um´ıstˇena nad stejn´ ym m´ıstem rovn´ıku. Tyto typy druˇzic pouˇz´ıváme pro telekomunikaci, pozorován´ı Zemˇe, navigaci, i pro astronomická pozorován´ı vesm´ıru.


80

Existuj´ı i druˇzice, ob´ıhaj´ıc´ı po jin´ ych drahách, jako pˇr´ıklad se dá uvést tzv. Global Positioning System (GPS), coˇz je soustava 24 druˇzic urˇcen´ ych k pˇresnému mˇeˇren´ı polohy a ˇcasu v kterémkoli m´ıstˇe na Zemi. Druˇzice ob´ıhaj´ı po ˇsesti kruhov´ ych drahách ve v´ yˇsce 20 000 km. Jejich dráhy jsou sklonˇeny 55◦ k rovinˇe rovn´ıku. Druˇzice jsou rozm´ıstˇeny v drahách tak, aby v kterémkoli okamˇziku byly nejménˇe ˇctyˇri nad obzorem, a to v kterémkoli m´ıstˇe na Zemi.

Vrat’me se vˇsak k naˇs´ı u ´loze: Sputnik ob´ıhal Zemi po eliptické dráze. Nejbl´ıˇze byla druˇzice ve v´ yˇsce 227 km nad povrchem Zemˇe (perigeum), nejdále 947 km (apogeum). Jelikoˇz by bylo sloˇzitˇejˇs´ı modelovat dráhu druˇzice jako eliptickou, provedeme zjednoduˇsen´ı - budeme pˇredpokládat dráhu kruhovou. Takové zjednoduˇsen´ı si dovol´ıme z toho d˚ uvodu, ˇze nám velice zjednoduˇs´ı princip zakreslován´ı dráhy, a také proto, ˇze pˇr´ıliˇs nezkresl´ı náˇs v´ ysledek od skuteˇcného pr˚ ubˇehu. Student˚ um je tˇreba vysvˇetlit a prakticky ukázat, jak´ ym zp˚ usobem vid´ı dráhu druˇzice pracovn´ıci v ˇr´ıdic´ım stˇredisku na Zemi. Tam zakresluj´ı poˇc´ıtaˇce dráhu satelitu do mapy ve válcové projekci. Válcová projekce b´ yvá vysvˇetlena v kaˇzdém ˇskoln´ım atlase Zemˇe pro prvn´ı roˇcn´ık gymnázi´ı. Náˇs Sputnik tedy obˇehl za v´ıce jak 96 minut Zemi jednou kolem dokola, a to po dráze, která sv´ırá s rovinou rovn´ıku asi 65◦ . Pˇredstavit si takové ob´ıhán´ı z velké vzdálenosti od Zemˇe by urˇcitˇe nebyl problém. Vzhledem k pozorovateli na Zemi je pohyb druˇzice trochu sloˇzitˇejˇs´ı, a to proto, ˇze se Zemˇe otáˇc´ı kolem své osy. Napˇr´ıklad umˇelá druˇzice, která se pohybuje nad póly, se nebude pohybovat kolem poledn´ık˚ u. Prom´ıtneme-li si jej´ı dráhu na zemsk´ y povrch, dostaneme ˇcáru podobnou p´ısmeni S. Pokud chceme zakreslit pohyb druˇzice do mapy, mus´ıme si k tomu tedy sestrojit nˇejakou aparaturu. Nejlépe je si to ukázat v praxi, tedy pˇr´ımo na globusu Zemˇe. Pˇredstavme si druˇzici Sputnik 1. Dráha této druˇzice sv´ırala s rovinou rovn´ıku pˇribliˇznˇe 65◦ . Na globus tedy upevn´ıme umˇelohmotn´ y prstenec, kter´ y s rovn´ı◦ kem sv´ırá u ´hel 65 . Ten nám pˇredstavuje dráhu obˇehu druˇzice. Zvol´ıme poˇcáteˇcn´ı


81

okamˇzik, tedy m´ısto na Zemi, nad kter´ ym zaˇcneme druˇzici pozorovat. Vyberme si tedy napˇr´ıklad Moskvu (jedná se o sovˇetskou druˇzici). Do pˇripravené mapy ve válcové projekci zakresl´ıme prvn´ı bod dráhy. Zvol´ıme si ˇcasov´ yu ´sek, po kterém budeme dráhu pozorovat, napˇr´ıklad po 12 minutách. Obˇeˇzná doba druˇzice je 96,2 minut. Za tuto dobu obˇehne druˇzice jednou kolem dokola, tedy obˇehne 360◦ . Jedno12 duch´ ym v´ ypoˇctem zjist´ıme, ˇze za 12 minut stihne druˇzice obˇehnout 96,2 360◦ = 45◦ . Tuto vzdálenost zaneseme na prstenec. Za tuto dobu se samozˇrejmˇe otoˇcila i Zemˇe. Zemˇe se otoˇc´ı jednou kolem dokola za 1440 minut. Za 12 minut tedy uraz´ı 12 360◦ = 3◦ . Mus´ıme tedy jeˇstˇe otoˇcit globus o tˇri stupnˇe k v´ ychodu. Znaˇcka na 1440 prstenci nám pak ukáˇze hledané m´ısto na povrchu Zemˇe. Opˇet ho zakresl´ıme do mapy. T´ımto zp˚ usobem zakresl´ıme cel´ y jeden obˇeh druˇzice. Nesm´ıme zapom´ınat, ˇze jsme nezakreslili pˇresnˇe dráhu satelitu, pouˇzili jsme pˇribl´ıˇzen´ı pomoc´ı kruhové dráhy. Ve skuteˇcnosti byla dráha Sputniku 1 eliptická. Pro pˇresnˇejˇs´ı zakreslen´ı dráhy je dobré zvolit kratˇs´ı ˇcasov´ y u ´sek. Je potˇreba si ovˇsem ˇr´ıct, jak pˇresné u ´hly jsme schopni nanést. Mezi dalˇs´ı rozˇs´ıˇren´ı u ´lohy patˇr´ı zakreslen´ı dráhy jin´ ych satelit˚ u. Jedin´ ymi informacemi, které je potˇreba naj´ıt, jsou obˇeˇzná doba a sklon dráhy satelitu vzhledem k rovinˇe rovn´ıku. Bylo by dobré taky zjistit, zda se dá dráha pˇribliˇznˇe povaˇzovat za kruhovou. M˚ uˇzeme student˚ um zadat sloˇzitˇejˇs´ı u ´kol. Jak´ ym zp˚ usobem lze zjistit dobu pr˚ uletu nˇejaké druˇzice? Rovnˇeˇz lze vypoˇc´ıtat, bude-li druˇzice v˚ ubec prolétat nad nˇejak´ ym u ´zem´ım. Prvn´ı otázka se vlastnˇe ˇreˇs´ı obrácen´ım postupu, kter´ ym ’ jsme zjiˇst ovali dráhu druˇzice. Zakreslen´ım v´ıce obˇeh˚ u lze také zjistit, zda se druˇzice dostane nad nˇejaké konkrétn´ı u ´zem´ı. ••• ˇ Í Pˇ r´ıklad 4: VLASTNÍ SOUHVEZD Do vlastn´ı slep´ e mapy ˇ c´ asti hvˇ ezdn´ eho nebe zakreslete v´ ami vymyˇ slen´ a souhvˇ ezd´ı. Porovnejte tato souhvˇ ezd´ı se spoluˇ z´ aky, vyberte nejvhodnˇ ejˇ s´ı vymyˇ slen´ a souhvˇ ezd´ı a porovnejte je se skuteˇ cn´ ymi souhvˇ ezd´ımi. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık


82

Pro toto cviˇcen´ı je moˇzné si zvolit libovoln´ yu ´sek hvˇezdného nebe (podle aktuáln´ı viditelnosti, podle potˇreby nauˇcit konkrétn´ı souhvˇezd´ı, typická souhvˇezd´ı). Slepé mapky lze vyrobit vyuˇzit´ım jakéhokoli poˇc´ıtaˇcového planetária, jak´ ym je napˇr. Albiero (viz str. 44). Studenti maj´ı urˇcit´ y ˇcas na najit´ı vlastn´ıch souhvˇezd´ı, která pojmenuj´ı a m˚ uˇzou k nim vymyslet také mytologii. Potom jednotlivé práce zhodnot´ı a vyberou nejpodaˇrenˇejˇs´ı v´ ytvor. Posledn´ım u ´kolem je porovnat tuto práci se skuteˇcn´ ymi souhvˇezd´ımi. Jedná se o cviˇcen´ı, které lze vyuˇz´ıt jako motivaˇcn´ı pro v´ yklad o souhvˇezd´ıch. Na obrázku je vidˇet jednak ˇcást slepé mapky, vymyˇslená souhvˇezd´ı a skuteˇcnost. ••• ˇ Í Pˇ r´ıklad 5: POSUN SOUHVEZD Zakreslete na milimetrov´ y pap´ır (nebo pomoc´ı poˇ c´ıtaˇ ce) podle pˇ riloˇ zen´ eho materi´ alu nˇ ekter´ e souhvˇ ezd´ı. Zakreslete potom polohu hvˇ ezd za 100 000 let. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık ˇ zdroj: Ceman a Pittich (2003) Vlastn´ı pohyb hvˇezd, kter´ y m˚ uˇzeme popsat u kaˇzdé jednotlivé hvˇezdy jej´ı radiáln´ı a tangenciáln´ı rychlost´ı, zmˇen´ı pr˚ ubˇehem mnoha tis´ıcilet´ı tvar souhvˇezd´ı. Zat´ımco radiáln´ı pohyb bude m´ıt souvislost se zmˇenou zdánlivé jasnosti tˇechto hvˇezd, tangenciáln´ı pohyb zp˚ usob´ı skuteˇcnou zmˇenu poloh hvˇezd (z pohledu pozorovatele na Zemi jde vˇsak o pozorován´ı vlastn´ıho pohybu hvˇezdy, kter´ y je tangenciáln´ı rychlost´ı dˇelenou vzdálenost´ı). Poloha velmi vzdálen´ ych hvˇezd s velkou tangenciáln´ı rychlost´ı se tedy nemˇen´ı tak nápadnˇe. Studenti si nejprve vyberou zkoumané souhvˇezd´ı, ze kter´ ych zakresl´ı nejjasnˇejˇs´ı hvˇezdy. Navrhuji zakreslovat Velkou medvˇedici (UMa), Malou medvˇedici (UMi), a Kasiopeju (Cas). Pokud studenti naleznou informace zejména o vlastn´ım pohybu hvˇezd v jin´ ych souhvˇezd´ıch, potom je moˇzné zakreslovat dalˇs´ı souhvˇezd´ı.


83

V následuj´ıc´ı tabulce se nacházej´ı souˇradnice nejjasnˇejˇs´ıch hvˇezd zkouman´ ych souhvˇezd´ı spoleˇcnˇe s vlastn´ım pohybem. Tyto informace lze naj´ıt na stránkách databáze SIMBAD 2 . Hledán´ım napˇr. BET UMI lze nalézt informace o hvˇezdˇe β UMi - tedy napˇr. jej´ı souˇradnice, a také jej´ı vlastn´ı pohyb (proper motion) v jednotkách u ´hlové milisekundy za rok. Ty poslouˇz´ı k zakreslen´ı polohy hvˇezdy po 100 000 letech. Souˇradnice je moˇzné zobrazit poˇc´ıtaˇcem, jak je vidˇet na dalˇs´ım obrázku u Kasiopeji. Obˇe souhvˇezd´ı jsou zakreslena v jiném obrázku, nebot’ zakreslit dneˇsn´ı i budouc´ı souhvˇezd´ı by obrázek znepˇrehlednilo (celé souhvˇezd´ı se nejen zdeformuje, ale také posune).

2

hvˇezda

rektascenze α

deklinace δ

α UMa β UMa γ UMa δ UMa UMa ζ UMa η UMa α UMi β UMi γ UMi δ UMi UMi ζ UMi η UMi α Cas β Cas γ Cas δ Cas Cas η Cas

11h03m44s 11h01m50s 11h53m50s 12h15m26s 12h54m02s 13h23m56s 13h47m32s 02h31m49s 14h50m42s 15h20m44s 17h32m13s 16h45m58s 15h44m04s 16h17m30s 00h40m30s 00h09m11s 00h56m43s 01h25m49s 01h54m24s 00h49m06s

61◦ 45’04” 56◦ 22’57” 53◦ 41’41” 57◦ 01’57” 55◦ 57’35” 54◦ 55’31” 49◦ 18’48” 89◦ 15’51” 74◦ 09’20” 71◦ 50’02” 86◦ 35’11” 82◦ 02’14” 77◦ 47’40” 75◦ 45’19” 56◦ 32’14” 59◦ 08’59” 60◦ 43’00” 60◦ 14’07” 63◦ 40’12” 57◦ 48’57”

http://simbad.u-strasbg.fr/sim-fid.pl

zmˇena α ms.rok−1 -136,46 81,66 107,76 103,56 111,74 121,23 -121,23 44,22 -32,29 -18,03 10,54 19,54 20,07 -89,94 50,36 523,38 25,65 297,24 31,98 1087,07

zmˇena δ 1 ”.rok−1 1000 -35,25 33,74 11,16 7,81 -8,99 -22,01 -15,56 -11,75 11,91 17,68 53,97 4,67 -2,50 257,80 -32,17 -180,44 -3,82 -49,50 -18,66 -559,73


84

••• ˇ Í ME ˇ REN ˇ Í PARALAXY Pˇ r´ıklad 6: DEMONSTRACN Promˇ eˇ rte vzd´ alenost spoluˇ z´ aka urˇ cen´ım jeho paralaxy pomoc´ı uveden´ e metody. Pro promˇ eˇ ren´ı u ´ hl˚ u pouˇ zijte pˇ ribliˇ zn´ e urˇ cen´ı pomoc´ı ruky, a tak´ e vlastn´ı n´ apodobu sextantu. V´ ysledek porovnejte se skuteˇ cnou vzd´ alenost´ı studenta. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: W. G. Weller, Association of Universities for Research in Astronomy Pro mˇeˇren´ı bude potˇreba m´ıt k dispozici vyroben´ y sextant a pásmo. Sextant lze vyrobit pomoc´ı u ´hlomˇeru, kde vytvoˇr´ıme pohyblivé rameno, upevnˇené jedn´ım koncem na stˇredu u ´hlového oblouku, a pevné rameno, které pˇripevn´ıme na hodnotu 0◦ . Druhou moˇznost´ı je odeˇc´ıtat u ´hly velmi pˇribliˇznˇe vyuˇzit´ım ruky, jak to ukazuje následuj´ıc´ı obrázek:

Pˇri samotném mˇeˇren´ı si vybereme m´ısto s dobr´ ym v´ yhledem na horizont (nebo alespoˇ n na velmi vzdálen´ y konkrétn´ı objekt). Necháme dobrovoln´ıka, aby se vzdálil od m´ısta mˇeˇren´ı o urˇcitou vzdálenost, kterou pozdˇeji promˇeˇr´ıme pro kontrolu správnosti. Samotné mˇeˇren´ı je vysvˇetleno následuj´ıc´ım obrázkem, kter´ y vystihuje situaci mˇeˇren´ı:


85

Studenti promˇeˇr´ı paralaxu dobrovoln´ıka tak, ˇze promˇeˇr´ı u ´hly α a β mezi dobrovoln´ıkem a vzdálen´ ym objektem ze dvou r˚ uzn´ ych m´ıst A a B, která jsou od sebe vzdálena d. Pro paralaxu π potom m˚ uˇzeme psát π ≈ α + β. Pro hodnotu vzdálenosti dobrovoln´ıka x lze psát x ≈ 2 tgd π 2

••• ´ Pˇ r´ıklad 7: ZAPAD SLUNCE Pozorujte okamˇ zik a m´ısto z´ apadu Slunce pˇ r´ımo na horizontu v pr˚ ubˇ ehu dvou aˇ z tˇ r´ı t´ ydn˚ u. Pozorov´ an´ı zaznamen´ avejte do obr´ azku, na kter´ em bude pomoc´ı orientaˇ cn´ıch bod˚ u zn´ azornˇ en posun m´ısta z´ apadu Slunce. Srovnejte zjiˇ stˇ en´ y posun s teoretickou pˇ redpovˇ ed´ı. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: Ch. Impez, University of Arizona

Jak ukazuje v´ yˇse uveden´ y obrázek, studenti by si jednak mˇeli vˇsimnout posunu m´ısta západu Slunce, kter´ y závis´ı na roˇcn´ı dobˇe, potom také s t´ım souvisej´ıc´ı jinou dobu západu. Zakreslován´ım se tak studenti cviˇc´ı v pozorován´ı dˇeje, kterého si mnohdy ani nevˇsimnou. Problémem je nepozorovateln´ y voln´ y horizont, potom také odhad, kdy pˇresnˇe Slunce zapadá. Student˚ um se zájmem o astronomii lze vysvˇetlit rozd´ıly mezi obˇcansk´ ym, nautick´ ym a astronomick´ ym soumrakem. Lze také vysvˇetlit dobu


86

trván´ı soumraku v závislosti na geografické ˇs´ıˇrce a na roˇcn´ı dobˇe. Obl´ıbenou otázkou je moˇznost západu Slunce na severozápadˇe - v letn´ım obdob´ı. ••• ˇ ´ NEBE Pˇ r´ıklad 8: HVEZDN E V roce 1889 namaloval Vincent van Gogh obraz Hvˇ ezdn´ e nebe. O z´ aˇ zitek z pozorov´ an´ı se podˇ elil se sv´ ym bratrem Theem: ,,Dnes r´ ano jsem se d´ıval z okna na vesnici dlouho pˇ red v´ ychodem slunce, byla vidˇ et pouze jitˇ renka, kter´ a se zd´ ala b´ yt velk´ a.” Zkuste naj´ıt na obraze jitˇ renku a diskutujte o pohledu mal´ıˇ re na hvˇ ezdn´ e nebe. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık

Podle v´ ykladu obrazu je jitˇrenka, neboli planeta Venuˇse, zakreslena jako velká b´ılá hvˇezda nalevo od stˇredu obrazu. Van Gogh maloval velmi nespoutanˇe, a tak obraz pˇr´ımo vibruje raketami, které po sobˇe zanechávaj´ı ˇzluté pásy, zat´ımco planety krouˇz´ı jako pˇri piruetách. Van Gogh jistˇe vˇedˇel o rozd´ılu mezi stálicemi (hvˇezdami) a bloud´ıc´ımi planetami. Ve spodn´ı ˇcásti obrazu nen´ı tak patrné burácen´ı a zdvihán´ı kopc˚ u. Pˇresto je celkov´ y dojem z van Goghova obrazu modˇre poklidn´ y. Uveden´ y pˇr´ıklad lze vyuˇz´ıt pˇri astronomickém námˇetu ve v´ ytvarné v´ ychovˇe. Studenti po rozebrán´ı obrazu m˚ uˇzou namalovat vlastn´ı pocit z rann´ıho nebe, pˇr´ıpadnˇe m˚ uˇzou v kataloz´ıch obraz˚ u hledat dalˇs´ı v´ yznaˇcná d´ıla s astronomickou tématikou. •••


D.2

87

Naˇ se pozn´ av´ an´ı sluneˇ cn´ı soustavy

ˇ Í SOUSTAVY Pˇ r´ıklad 9: MODEL SLUNECN Sestavte pˇ red ˇ skolou model sluneˇ cn´ı soustavy podle skuteˇ cn´ e situace, kterou zjist´ıte na internetu nebo s vyuˇ zit´ım astronomick´ eho poˇ c´ıtaˇ cov´ eho programu. Po mˇ es´ıci model opˇ et pˇ redˇ elejte podle zmˇ eny jednotliv´ ych planet. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj : u ´ lohu obsahuje mnoho astronomick´ ych knih Tato u ´loha je rozˇs´ıˇren´ım klasické stavby sluneˇcn´ı soustavy, která ovˇsem vyˇzaduje pˇresnou znalost drah planet kolem Slunce. Se studenty m˚ uˇze uˇcitel diskutovat nejen eliptickou dráhu planet, ale také sklon jejich dráhy v˚ uˇci rovinˇe ekliptiky. Jedná se tak o u ´lohu pro fyzikálnˇe, matematicky, pˇr´ıpadnˇe zemˇepisnˇe zamˇeˇrené tˇr´ıdy. Hodnoty heliocentrick´ ych souˇradnic pro jednotlivé planety zobrazuj´ı poˇc´ıtaˇcová planetária. ••• Pˇ r´ıklad 10: SRPKY PLANET ? Najdˇ ete, v jak´ e f´ azi je dnes vidˇ et planeta Mars. V´ ypoˇ ctem zjistˇ ete, proˇ c tomu tak je. V jak´ e nejmenˇ s´ı f´ azi je moˇ zn´ e ze Zemˇ e Mars pozorovat? obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: J´ achim (2000) Ve ˇskolách se o fáz´ıch Marsu, Jupiteru a dalˇs´ıch planet uˇcitelé tolik nezmiˇ nuj´ı. ˇ Záci tak pˇredpokládaj´ı, ˇze tyto planety, pokud jsou pozorovatelné, vid´ıme vˇzdy jako celé kotouˇcky. Podrobnˇejˇs´ı astronomick´ y kalendáˇr, nebo hvˇezdáˇrská roˇcenka, vˇsak mimo jin´ ych informac´ı o planetách uvád´ı také fáze planet. Napˇr´ıklad pro 4. bˇrezna 2003 nab´ız´ı poˇc´ıtaˇcov´ y program Albiero 2 tyto informace o planetˇe Mars:


88

Podle tˇechto informac´ı je fáze planety Mars 0,91, tedy m˚ uˇzeme pozorovat pˇribliˇznˇe 91 % jeho osvˇetlené poloviny. Proˇc tomu tak je? Situace vzájemné polohy Zemˇe (Z), Marsu (M) a Slunce (S) je znázornˇena na dalˇs´ım obrázku:

Vzdálenost Marsu od Slunce s, stejnˇe jako vzdálenost Marsu od Zemˇe m a elongaci Marsu α lze vyˇc´ıst z informac´ı o planetˇe Mars (zakrouˇzkované hodnoty): s = 1,556 AU, m = 1,689 AU, α = 65◦ . Vyuˇzit´ım sinové vˇety v obecném troj´ uheln´ıku lze postupnˇe dopoˇc´ıtat zbylé hodnoty, zejména potom fázov´ y u ´hel ◦ Marsu β, kter´ y má velikost β ≈ 35, 34 . Viditelnost osvˇetlené ˇcásti Marsu pro pozemského pozorovatele máme na dalˇs´ım obrázku:


89

´ cka AB je obrazem kruˇznice, která oddˇeluje osvˇetlenou a neosvˇetlenou poUseˇ ´ cka CD je obrazem kruˇznice, která toto dˇelen´ı provád´ı pro polovinu planety. Useˇ zemského pozorovatele. Ne celá polovina planety obrácená k Zemi je vˇsak osvˇetlena Sluncem. Osvˇetlená a souˇcasnˇe ze Zemˇe pozorovatelná z˚ ustává ˇcást povrchu Marsu znázornˇená silnˇe vytaˇzen´ ym obloukem BC. Z pr˚ umˇeru Marsu CD = d, kde hodnota d je 6 780 km, je vidˇet pouze jeho ˇcást: d0 = r + r cos β = 3 390 + 0 155 3 390 cos 35, 34◦ = 6 155 km coˇz je dd = 66 780 = 0, 91. Toto je ˇc´ıslo fáze Marsu. Vypoˇc´ıtali jsme tak fázi planety pro konkrétn´ı datum. Nab´ız´ı se otázka, pˇri jaké vzájemné poloze Slunce, Zemˇe a Marsu m˚ uˇze b´ yt fáze Marsu nejmenˇs´ı. Pro jednoduchost uvaˇzme kruhové dráhy obou planet kolem Slunce. Potom jejich vzájemná poloha pro nejvˇetˇs´ı u ´hel β je na tomto obrázku:

Uvaˇzujme stˇredn´ı vzdálenost Zemˇe - Slunce rovnou 1 AU a Slunce - Mars 1 = 0, 6562, tedy u ´hel β je 41◦ . Lze nav´ıc 1,524 AU. Potom pro v´ ypoˇcet sin β = 1,524 spoˇc´ıtat, ˇze v tomto pˇr´ıpadˇe bude fáze Marsu 0,887. Pokud bychom poˇc´ıtali velmi pˇresnˇe, tedy pohyb planet po keplerovsk´ ych ◦ elipsách, dosáhl by pˇr´ısluˇsn´ y fázov´ yu ´hel hodnoty 47 , coˇz odpov´ıdá fázi planety 0,841. Pokud budeme Mars pozorovat vˇetˇs´ım dalekohledem, bude vˇzdy ve fázi mezi u ´plˇ nkem a ˇctvrt´ı, vˇzdy bude vidˇet v´ıce neˇz 54 kotouˇcku planety. ••• Pˇ r´ıklad 11: CESTA NA MARS Ve studentsk´ em t´ ymu vytvoˇ rte projekt cesty na Mars. Rozdˇ elte si jednotliv´ eu ´ lohy: nˇ ekteˇ r´ı z v´ as budou teoretici (ti budou m´ıt za u ´ kol vytyˇ cit celou cestu na Mars), inˇ zen´ yˇ ri (kteˇ r´ı postav´ı model rakety - klidnˇ e funkˇ cn´ı), biologov´ e (kteˇ r´ı z´ıskaj´ı informace o u ´ˇ cinc´ıch mikrogravitace na ˇ clovˇ eka, budou m´ıt tak´ e za u ´ kol zkoumat r˚ ust rostlin - hydroponii), chemici vyˇ reˇ s´ı v´ yrobu kysl´ıku, finaˇ cn´ıci navrhnou rozpoˇ cet cel´ e akce. . . obt´ıˇ znost: 2. - 4. roˇ cn´ık zdroj: fyzika ˇ c´ asteˇ cnˇ e na http://www.phy6.org, d´ ale Lonˇ c´ ak (1970) Tak velk´ y projekt samozˇrejmˇe jiˇz vyˇzaduje velmi dobˇre pˇripravené pedagogy, kteˇr´ı vedou jednotlivé skupiny student˚ u. Projekt je tedy souˇcást´ı v´ıce pˇredmˇet˚ u, zejména


90

pˇr´ırodovˇedn´ ych. Kaˇzd´ y student si vybere (nebo mu je vybráno) takové um´ıstˇen´ı, které mu vyhovuje. Vynikaj´ıc´ı studenti matematiky a fyziky pak jistˇe budou v t´ ymu teoretik˚ u nebo inˇzen´ yr˚ u, nadˇejn´ı chemici pak budou vyrábˇet kysl´ık atd. Velmi se osvˇedˇcuje zahrnut´ı jin´ ych profes´ı, napˇr. ekonom˚ u (kteˇr´ı maj´ı komunikac´ı s ostatn´ımi skupinami sestavovat rozpoˇcet - ten m˚ uˇze b´ yt reáln´ y, odráˇzej´ıc´ı nákup potˇrebn´ ych pom˚ ucek, nebo smyˇslen´ y), pˇr´ıpadnˇe v´ ytvarn´ık˚ u (napadá mˇe tvorba znaku v´ ypravy, reklamn´ıch poutaˇc˚ u, televizn´ıch spot˚ u). Jednotlivé skupiny student˚ u spolu samozˇrejmˇe komunikuj´ı, dle v´ ysledk˚ u upravuj´ı svoje v´ yzkumy. Cel´ y projekt pak konˇc´ı prezentac´ı celé práce. Pokud se zamˇeˇr´ım pouze na fyzikáln´ı stránku vˇeci, potom je dobré fyziky vyzbrojit znalost´ı Hohmanovy trajektorie. Situaci lze pˇrehlednˇe ukázat na následuj´ıc´ım obrázku:

Pˇripust’me pro jednoduchost, ˇze Zemˇe i Mars ob´ıhaj´ı ve stejné rovinˇe po kruhov´ ych drahách kolem centráln´ıho Slunce (radˇeji ho do obrázku nekresl´ım). Polomˇer dráhy Zemˇe az je 1 AU, polomˇer dráhy Marsu am je 1,524 AU. Pokud v´ıme, ˇze Zemˇe obˇehne jednou kolem dokola za Tz =1 rok, potom z Keplerova tˇret´ıho zákona plyne, ˇze Tm = Tz (

am 3 ) 2 ≈ 1, 88 roku. az

Hohmanova trajektorie je elipsa, která se dot´ yká obou dvou trajektori´ı planet (na obrázku ˇcervenˇe). I pro ni plat´ı Kepler˚ uv zákon, a tedy ˇcas T potˇrebn´ y na cestu na Mars je polovinou obˇehu po Hohmanovˇe trajektorii: 1 az + am 3 . T = Tz ( ) 2 ≈ 0, 7 roku = 8, 5 mˇes´ıce. 2 2az ´ Pro dalˇs´ı u ´vahy si budeme potˇrebovat urˇcit u ´hlové rychlosti obou planet. Uhlov´ a ◦ ◦ rychlost Zemˇe je 360 /rok, to je v pˇrepoˇctu asi 0,986 /den, u ´hlová rychlost Marsu


91

je 360◦ /1,88 roku, tedy 0,524◦ /den. V´ıme tak, ˇze Zemˇe pˇredbˇehne Mars za jeden den o rozd´ıl tˇechto rychlost´ı, tedy o 0,462◦ . Pˇri startu na Mars se planeta Zemˇe mus´ı nacházet na druhé stranˇe od Slunce neˇz m´ısto setkán´ı sondy s Marsem, ten mus´ı b´ yt pˇred t´ımto m´ıstem pˇribliˇznˇe o 135◦ . Pro cestu zpátky budeme potˇrebovat, aby se planeta Zemˇe nacházela opˇet za Sluncem. Bˇehem cesty na Mars Zemˇe obˇehla 255,6◦ - do návratu za Slunce (360◦ ) tedy mus´ı urazit 104,4◦ . Jednoduˇse lze tedy zjistit, ˇze z Marsu lze odstartovat zpˇet po Hohmanovˇe trajektorii za 104,4 dn˚ u, tedy asi 226 dn´ı. 0,462 Inˇzen´ yˇri by se mˇeli ve sv´ ych u ´vahách dostat k nˇekolika etapám kolonizace Marsu. 1. Nejprve je nutné dostavˇet Mezinárodn´ı kosmickou stanici (ISS). Na této stanici je moˇzné dˇelat základn´ı v´ yzkum ˇzivota pˇri mikrogravitaci, testovat nové materiály vyuˇzitelné pro kosmické základny na dalˇs´ıch tˇelesech. 2. V´ yzkum se také mus´ı zaob´ırat dlouhodob´ ym pobytem ˇclovˇeka v kosmu. Astrobiologie se tedy stane jednou z hlavn´ıch vˇedeck´ ych oblast´ı v´ yzkumu na ISS. 3. Pˇred vlastn´ı cestou ˇclovˇeka na Mars je nutné provést nepilotovanou simulaci letu posádky na tuto planetu. 4. Pˇredstupnˇem cesty (která bude nejen dlouhá pˇri vlastn´ı cestˇe, ale i pobytem na planetˇe), je zvládnout dlouhodob´ y pobyt ˇclovˇeka na Mˇes´ıci. Základem u ´spˇechu je tedy postavit a provozovat základnu na Mˇes´ıci - naˇsem nejbliˇzˇs´ım sousedu. 5. Koneˇcnˇe pˇricház´ı vlastn´ı cesta na Mars. Fantastické nápady pˇremˇeny planety Mars na planetu podobnou Zemi se zdaj´ı b´ yt zat´ım doménou sci-fi sn´ılk˚ u. Finanˇcn´ıky bude jistˇe zaj´ımat pˇr´ınos v´ ypravy z finanˇcn´ıho hlediska. Je dobré pˇripomenout, co pˇrinesl projekt Apollo: • Nové technologie materiál˚ u: nové speciáln´ı oceli o vysoké pevnosti, kvalitn´ı slitiny (vˇcetnˇe titanov´ ych slitin), technika lepen´ı kov˚ u (dobré pro leteck´ y a automobilov´ y pr˚ umysl), ohnivzdorné lamináty, v´ yvoj pˇenov´ ych polyuretan˚ u (vhodn´ ych pro izolaci ve stavebnictv´ı ale i v ortopedii!). • Miniaturizace a v´ yvoj poˇc´ıtaˇcov´ ych komponent. • Pˇr´ınos pro biologii a lékaˇrstv´ı: v´ yvoj zaˇr´ızen´ı pro pˇrenos dat z tˇel astronaut˚ u do pozemského ˇr´ıd´ıc´ıho stˇrediska pˇrinesl pokrok diagnóz a zpracován´ı. Kosmická technologie pˇrispˇela k v´ yvoji umˇelého srdce a ledvin. Nové kryogenn´ı techniky umoˇzn ˇuj´ı zmrazován´ı v chirurgii, ale i pˇri skladován´ı krve, tkán´ı a plazmy.


92

• Uˇzit´ı druˇzic pˇrineslo u ´spˇechy v sestavován´ı map geotermáln´ı aktivity, v pˇredpovˇed´ıch poˇcas´ı, zjiˇst’ován´ı center lesn´ıch poˇzár˚ u i zemˇetˇresen´ı. Mˇeˇren´ı ze s´ıtˇe ˇctyˇr na Mˇes´ıci um´ıstˇen´ ych seismometr˚ u odhalila desetitis´ıce otˇres˚ u a také pád˚ u meteorit˚ u. • Základn´ım v´ ysledkem bylo jistˇe zjiˇstˇen´ı, ˇze Zemˇe a Mˇes´ıc vznikly z téhoˇz materiálu. To dosvˇedˇcuje stejné zastoupen´ı izotop˚ u kysl´ıku v horninách Zemˇe i ve vzorc´ıch dovezen´ ych z Mˇes´ıce. • S pomoc´ı doposud funkˇcn´ıch pasivn´ıch laserov´ ych odráˇzeˇc˚ u z Apolla 11, 14 a 15 (dodnes funkˇcn´ıch) zkoumáme vzdalován´ı Mˇes´ıce od naˇs´ı planety, a t´ım upˇresˇ nujeme poznatky o pohybech Zemˇe i Mˇes´ıce. Investice do kosmického dob´ yván´ı se tedy nˇekolikanásobnˇe vrát´ı. Stejnˇe to zat´ım vypadá tak, ˇze lidstvo si cestou na Mars urˇcitˇe nepoloˇzilo nesplnitelné plány, jednotlivé kosmické projekty t´ım sp´ıˇse dostaly c´ıl smˇeˇrován´ı. Jak kdosi poznamenal, je lepˇs´ı dát pen´ıze na cestu na Mars, neˇz je poslat armádˇe. (Aˇc byla podle nˇekter´ ych historik˚ u druhá svˇetová válka opravdov´ ym boomem pro modern´ı technologie.) ••• ´ Í DRUZICE ˇ Pˇ r´ıklad 12: GEOSTACIONARN ? Spoˇ c´ıtejte, v jak´ e vzd´ alenosti od povrchu je moˇ zn´ e um´ıstit geostacion´ arn´ı druˇ zici. Prodiskutujte, kolik tˇ echto druˇ zic pokryje celou planetu Zemi satelitn´ım vys´ıl´ an´ım. Najdˇ ete ve skupinˇ e informace o tom, kˇ cemu slouˇ z´ı konkr´ etn´ı geostacion´ arn´ı druˇ zice, kterou si sami zvol´ıte, a prezentujte v´ ysledky ostatn´ım. obt´ıˇ znost: konec 1. roˇ cn´ıku, 2. roˇ cn´ık

Na u ´vodn´ım obrázku je vidˇet umˇelá geostacionárn´ı druˇzice Zemˇe s názvem Meteosat. Tato druˇzice je um´ıstˇena stále nad jedn´ım m´ıstem Zemˇe, a to nad pr˚ useˇcnic´ı rovn´ıku s Greenwichsk´ ym poledn´ıkem. K ˇcemu tato konkrétn´ı druˇzice slouˇz´ı?


93

Druˇzice sleduje poˇcas´ı nad Atlantick´ ym oceánem, Evropou a Afrikou. D´ıky tomu pomáhá meteorolog˚ um v urˇcován´ı stavu a v´ yvoje poˇcas´ı. Technika na satelitu sn´ımá celé u ´zem´ı ve tˇrech pásmech: ve viditelném spektru, v tepelném infraˇcerveném a v 6ti mikronovém pásmu absorpce vody, které se zobrazuje v pásmu infraˇcerveném. Naˇs´ım prvn´ım u ´kolem je urˇcit, v jaké v´ yˇsce nad Zem´ı jsou geostacionárn´ı druˇzice um´ıstˇeny. Základn´ı fyzikáln´ı u ´daje jsou hmotnost Zemˇe M (5,97.1024 kg), rovn´ıkov´ y polomˇer Zemˇe R (6 378 km) a gravitaˇcn´ı konstanta G (6,67.10−11 Nm2 kg−2 ). Studenti nejprve potˇrebuj´ı vˇedˇet, jak´ ym zp˚ usobem se druˇzice pohybuje. Druˇzice se pohybuje po kruhové dráze kolem rovn´ıku, a to tak, aby obˇehla jednou kolem dokola za 23 hodin 56 minut (ˇcas obˇehu T ); tak z˚ ustává stále nad jedn´ım m´ıstem na rovn´ıku Zemˇe. Pˇri v´ ypoˇctu lze vyj´ıt z jednoduch´ ych vztah˚ u, které se prob´ıraj´ı ve fyzice v prvn´ım roˇcn´ıku. Gravitaˇcn´ı s´ıla Fg je vlastnˇe onou silou dostˇredivou Fd . Oznaˇcme hmotnost druˇzice m a jej´ı polomˇer dráhy x. Rychlost druˇzice v lze urˇcit z toho, ˇze mus´ı za T obˇehnout dráhu obvodu kruˇznice o polomˇeru x, tedy v = 2πx . P´ıˇseme: T Fd = Fg mv 2 mM = G 2 x s x MT2 3 x = G 4π 2 Dosad´ıme-li do tohoto vztahu vˇsechny jiˇz známé veliˇciny, dostaneme v´ ysledek x ≈ 42 149 km. Nejedná se ovˇsem o v´ yˇsku druˇzice nad povrchem Zemˇe, ale od stˇredu Zemˇe. V´ yˇska druˇzice je tedy h ≈ 35 770 km. Poloˇzme si otázku, kolik povrchu spatˇr´ı druˇzice ze své vzdálenosti 35 770 km od zemského povrchu. Tento u ´kol se v uˇcebnic´ıch matematiky ˇreˇs´ı povrchem vrchl´ıku, kter´ y m˚ uˇzeme vyjádˇrit jako S = 2πRv, kde R je náˇs polomˇer Zemˇe a v je v´ yˇska vrchl´ıku (viz obrázek).

V´ yˇsku v vyjádˇr´ıme ze znalosti Eukleidovy vˇety o odvˇesnˇe v pravo´ uhlém troj´ uheln´ıku Rh 2 SDT . Plat´ı tedy R = (R − v)(R + h). Pro v´ yˇsku tedy plat´ı vztah v = R+h . Pro procentuáln´ı vyjádˇren´ı viditelného povrchu Zemˇe z druˇzice ve v´ yˇsce h lze psát:


94

% povrchu =

h 100% 2(R + h)

Pokud do vztahu dosad´ıme zadané nebo pˇredem spoˇc´ıtané hodnoty, dostáváme v´ ysledek, ˇze naˇse druˇzice vid´ı 42,4 % povrchu planety. Pokud vˇsak máme odpovˇedˇet na závˇereˇcnou otázku, a to kolik je minimálnˇe potˇreba druˇzic, abychom pokryli cel´ y povrch Zemˇe, problém je sloˇzitˇejˇs´ı: prost´ ym seˇcten´ım moˇzn´ ych procentuáln´ıch pokryt´ı by staˇcily 3, ovˇsem pokryté plochy se pˇrekr´ yvaj´ı. Pˇri zakreslen´ı situace shora (pˇri pohledu na pól) se ukazuje, ˇze minimáln´ı moˇzn´ y poˇcet je 4. Nˇekterá u ´zem´ı na planetˇe jsou vˇsak stále nepokryta. ••• ˇ A ´ GRAVITACE Pˇ r´ıklad 13: UMEL Pˇ redstavte si ot´ aˇ cej´ıc´ı se v´ alcovou kosmickou stanici mimo dosah gravitaˇ cn´ıho p˚ usoben´ı (na obr´ azku v ˇ rezu) a vyˇ reˇ ste n´ asleduj´ıc´ı u ´ koly: 1) Vyj´ adˇ rete zrychlen´ı p˚ usob´ıc´ı na ˇ clovˇ eka jako funkci u ´ hlov´ e rychlosti ω (pˇ r´ıpadnˇ e jako funkci frekvence ot´ aˇ cen´ı stanice f ) a polomˇ eru stanice r. 2) V 60. letech 20. stolet´ı zjiˇ st’ovala US Naval School of Aviation Medicine u ´ˇ cinky neust´ al´ eho pob´ yv´ an´ı lid´ı v ot´ aˇ cej´ıc´ı se m´ıstnosti na jejich zdrav´ı. Podle v´ ysledk˚ u jsou pro delˇ s´ı pobyt maxim´ aln´ı hranic´ı dvˇ e otoˇ cky za minutu. Chceme-li z´ıskat na obvodu stanice zrychlen´ı 9,81 ms−2 , jak´ y je minim´ aln´ı moˇ zn´ y polomˇ er stanice? 3) Zjistˇ ete, jak´ y rozd´ıl umˇ el´ e gravitace p˚ usob´ı na ˇ clovˇ eka vysok´ eho 1,8 m. 4) Jak velk´ a umˇ el´ a gravitace p˚ usob´ı na ˇ clovˇ eka, kter´ y se pohybuje ve smˇ eru (proti smˇ eru) ot´ aˇ cen´ı stanice rychlost´ı 10 ms−1 ? 5) Kam spadne jablko, upuˇ stˇ en´ e z v´ yˇ sky 1,5 m? obt´ıˇ znost: 2. roˇ cn´ık zdroj: Fisher (2001)


95

Student, kter´ y zná dostˇredivé (odstˇredivé) zrychlen´ı a kruhov´ y pohyb, odpov´ı jistˇe na otázky správnˇe. 2 2 = ω 2 r, pokud pouˇzijeme frekvenci f , 1) Odstˇredivé zrychlen´ı ad = vr = (ωr) r potom ad = (2πf )2 r. Toto zrychlen´ı, které pˇredstavuje domnˇelou gravitaci, p˚ usob´ı na ˇclovˇeka na obvodu kosmické stanice. a 2) Polomˇer stanice se spoˇc´ıtá jako r = (2πf , kde hodnota a odpov´ıdá gravitaˇc)2 1 −2 n´ımu zrychlen´ı 9,81 ms a frekvence f = 30 Hz. Odtud plyne, ˇze polomˇer stanice by mˇel b´ yt r ≈ 225 m. 3) Oznaˇc´ıme-li v´ yˇsku ˇclovˇeka h, potom pro pomˇer zrychlen´ı plat´ı ana hlavu ω 2 (r − h) r−h = = . 2 ana patu ω r r Pro dané hodnoty vycház´ı pomˇer 99 %, tedy rozd´ıl je asi 1%. 4) Pokud se bude ˇclovˇek pohybovat, potom bude m´ıt jinou u ´hlovou rychlost ω 0 , která má pro pohyb ve smˇeru otáˇcen´ı stanice hodnotu ω 0 = ω + vr a pro pohyb proti smˇeru otáˇcen´ı ω 0 = ω − vr , kde v je rychlost pohybu ˇclovˇeka. Srovnáme-li nyn´ı zrychlen´ı a0 , p˚ usob´ıc´ı na ˇclovˇeka, se zrychlen´ım p˚ uvodn´ım a = 9, 81 ms−2 , dostáváme: (ω ± vr )2 r a0 ω 02 r = = a a a Pro pohyb ve smˇeru otáˇcen´ı pak vycház´ı hodnota 147 %, tedy se ˇclovˇek bude c´ıtit skoro o polovinu tˇeˇzˇs´ı, pro pohyb proti smˇeru otáˇcen´ı pak 62 %. 5) Oznaˇcme nav´ıc v´ yˇsku, ze které padá jablko, jako hj , rychlost jablka ve smˇeru osy x vj a poˇc´ıtejme cel´ y problém z vnˇejˇs´ıho pohledu v osách x a y (jak je to na obrázku). Souˇradnice jablka se daj´ı zapsat následuj´ıc´ım zp˚ usobem:


96

xj = vj t = (r − hj )ωt yj = r − hj Na podlahu kosmické stanice jablko dopadne, kdyˇz budou souˇradnice xj a yj splˇ novat podm´ınku x2j + yj2 = r2 (tedy rovnici kruˇznice o polomˇeru r se stˇredem v poˇcátku naˇsich zvolen´ ych souˇradnic). Dosazen´ım dostaneme v´ ysledn´ y ˇcas t, po kter´ y bude trvat cel´ y pád jablka: q

t=

hj (2r − hj )

(r − hj )ω

Pro naˇse hodnoty dostáváme t ≈ 0,56 s. Za tento ˇcas uraz´ı pata stoj´ıc´ıho ˇclovˇeka u ´hel ϕ = ωt, tedy asi 0,117 rad ◦ (∼ 6,7 ). Tato pata zmˇen´ı x-ovou souˇradnici z nulové hodnoty na hodnotu x = r sin ϕ, tedy asi 26,3 m. x-ová hodnota dopadu jablka xj = 26,2 m. Rozd´ıl tedy ˇcin´ı 0,1 m, jablko dopadne trochu za stoj´ıc´ıho ˇclovˇeka. Pˇresto je pád pˇribliˇznˇe stejn´ y jako na Zemi. Efekt bude daleko vˇetˇs´ı pˇri menˇs´ım polomˇeru stanice r. ••• ˇ ´ OSA LETECTVÍ A KOSMONAUTIKY Pˇ r´ıklad 14: CASOV A Vytvoˇ rte jako tˇ r´ıda ˇ casovou osu letectv´ı a kosmonautiky. Podle pokyn˚ u uˇ citele si nejprve pozornˇ e pˇ reˇ ctˇ ete odstavec, kter´ y jste dostal/a, a potom zkuste tento text zaˇ radit na ˇ casovou osu. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: International Space Camp

A

B C

ˇ C

Ferdinand von Zeppelin otestoval prvn´ı ˇriditelnou vzducholod’. Tento dopravn´ı prostˇredek mˇel vnitˇrn´ı pevnou kostru pro drˇzen´ı tvaru, uvnitˇr bylo m´ısto nejen na motory, ale i pro pasaˇzéry. Zepellin se stal velmi u ´spˇeˇsn´ ych v´ yrobcem tˇechto stroj˚ u, cestuj´ıc´ı uletˇeli pˇres jeden a p˚ ul miliónu kilometr˚ u bez ztráty ˇzivota. V´ıce neˇz stovka vzducholod´ı byla pouˇz´ıv´ ana pˇri pr˚ uzkumn´ ych vojensk´ ych mis´ıch za prvn´ı svˇetové v´ alky. Po 73 sekund´ ach letu STS-51 byl zniˇcen raketoplán Challenger. Celá posádka 7 astronaut˚ u zahynula (vˇcetnˇe prvn´ı astronautky - uˇcitelky Christy McAuliffe). Brazilsk´ y jezuitsk´ y knˇez Laurenco de Gusmao je pokládán za vynálezce balónu plnˇeného hork´ ym vzduchem. Vytváˇrel jejich malé modely, které u ´spˇeˇsnˇe ukazoval portugalskému kr´ ali. Pˇri jedné pˇrehl´ıdce se vˇsak jeden z balón˚ u vznesl a zapálil záclony s n´ abytkem. Kr´ al byl tak pˇrekvapen, ˇze nechal Gusma˚ uv objev otisknout v novinách po celé Evropˇe. Prvn´ım ˇclovˇekem ve vesm´ıru se stal rusk´ y kosmonaut Jurij Gagarin ve Vostoku 1. Let byl plnˇe automatick´ y, trval 1 hodinu a 48 minut. Prob´ıhal ve v´ yˇsce 130 km.


D

ˇ D

E F

G

H

CH

I

J

K L

M

N

ˇ N

97

Pilatre de Rosier (fyzik) a Marquis d’Arlandes (vojensk´ y d˚ ustojn´ık) se stali prvn´ımi lidmi, kteˇr´ı letˇeli v bal´ onu bratr˚ u Montgolfier˚ u. Jejich let trval 25 minut, urazili vzd´ alenost 8 km. Pˇri pˇristáván´ı vydˇesili francouzské farmáˇre, kteˇr´ı se na nˇe vrhli s vidlemi. Poté kr´ al vyhl´ asil, ˇze je protiprávn´ı u ´toˇcit na letce v balónech. Prvn´ı pokus Wernhera von Brauna s raketami v jeho 13 letech nedopadl pˇr´ıliˇs ˇst’astnˇe. V˚ uz naplnˇen´ y tˇraskavinami nejprve mohutnˇe zaburácel, potom vybuchlo vˇsech ˇsest raket. Kdyˇz se rozplynul kouˇr, v˚ uz byl cel´ y ohoˇrel´ y, a tak se mlad´ y von Braun dostal do rukou policie. Pˇresto jiˇz ve 22 letech sloˇzil doktorát z fyziky. V roce 1945 spolu se stovkou dalˇs´ıch vˇedc˚ u zaˇcal pracovat v USA pro armádu. Prvn´ı a z´ aroveˇ n zat´ım posledn´ı ˇceskoslovensk´ y kosmonaut Vladim´ır Remek startuje v Sojuzu 28, aby pobyl na orbitáln´ı stanici Saljut 6. ˇ ıˇ C´ nané vynalezli prvn´ı rakety tak, ˇze stˇreln´ y prach nasypali do rákosov´ ych stébel, zapálili je a ˇcekali, co se stane. Kdyˇz zjistili, ˇze takov´ ym zp˚ usobem m˚ uˇzou vyslat ˇs´ıpy mnohem d´ ale, a nav´ıc je nechat vybuchovat, vyuˇzili novou technologii pˇri odráˇzen´ı ˇ ınsk´ u ´tok˚ u mongolsk´ ych kmen˚ u. C´ y d˚ ustojn´ık Wan Hoo chtˇel vyzkouˇset, zda mocná zbraˇ n m˚ uˇze vynést ˇclovˇeka do nebe. Nechal na své kˇreslo pˇripevnit 47 velk´ ych raket a poruˇcil voj´ ak˚ um, aby je zapálili. Doufejme, ˇze byl vynesen do nebe, vojáci kaˇzdop´ adnˇe svého velitele ani kˇreslo nenaˇsli. Amelia Earhart startuje na svou cestu, pˇri které jako prvn´ı ˇzena pˇreletˇela samostatnˇe Atlantik. Vzh˚ uru se drˇzela pomoc´ı ˇcichán´ı soli a srkán´ı rajˇcatové ˇst’ávy. O pˇet let pozdˇeji zmizela pˇri pokusu obletˇet cel´ y svˇet. Ameriˇct´ı astronauti Gus Grissom, Ed White a Roger Chaffee zemˇreli pˇri nehodˇe bˇehem odpoˇc´ıt´ av´ an´ı simulaˇcn´ıho startu do vesm´ıru. Velk´ y poˇzár zp˚ usobila jiskra v jednotce s ˇcist´ ym kysl´ıkem. Dalˇs´ı skoro 2 roky NASA neprovedl ˇclovˇekem ˇr´ızen´ y let. Bylo ozn´ ameno, ˇze se chystaj´ı prvn´ı ameriˇct´ı astronauti - Mercury 7. Prezident USA rozhodl, ˇze to maj´ı b´ yt vojáci mladˇs´ı 40 let, menˇs´ı neˇz 180 cm, maj´ı m´ıt vynikaj´ıc´ı fyzickou kondici, minim´ alnˇe bakaláˇrsk´ y titul a maj´ı b´ yt testovac´ımi piloty. Prvn´ım kolem proˇslo na 500 muˇz˚ u. Prvn´ı nadzvukové britsko - francouzské dopravn´ı letadlo Concorde vylétlo na trasu Lond´ yn - New York, kterou na konci celého projektu pˇrekonalo za 3,5 hodiny. Provoz tˇechto letoun˚ u byl zastaven zejména z finanˇcn´ıch d˚ uvod˚ u. Joseph Kettinger skoˇcil s padákem z v´ yˇsky v´ıce neˇz 34 km. Ve volném pádu, kter´ y trval 4,5 min, dos´ ahl rychlosti pˇres 1000 kmh−1 (pˇri teplotˇe -74 ◦ C). Kettinger otevˇrel pad´ ak ve v´ yˇsce 6 km. Vytvoˇril tak nejen rekord v´ yˇskov´ y a rychlostn´ı, ale také rekord v nejdelˇs´ım volném p´ adu. Sovˇetsk´ y svaz pˇrekvapil cel´ y svˇet vyslán´ım prvn´ı umˇelé druˇzice Sputnik 1. Jules Verne uveˇrejnil roku — knihu Cesta na Mˇes´ıc. Tento vˇedeckofantastick´ y román inspiroval vˇedce Ciolkovského, Obertha a von Brauna, kteˇr´ı pˇrem´ yˇsleli o cestách na Mˇes´ıc. V ruské druˇzici Sputnik 2 odstartoval pes Lajka. Rusové tak z´ıskávali informace o pr˚ ubˇehu ˇzivotn´ıch funkc´ı pˇri letu do vesm´ıru. Lajka byla po pˇeti dnech pobytu v kosmu usmrcena injekc´ı. Prvn´ı ˇzenou ve vesm´ıru se stala Valentina Tˇereˇskovová, která ve sv´ ych 26 letech obletˇela Zemi celkem 48krát. V normáln´ım ˇzivotˇe byla pracovnic´ı v textiln´ı továrnˇe, ale také amatérskou paraˇsutistkou. Jej´ı trénink prob´ıhal v utajen´ı. Pˇri svém prvn´ım a z´ aroveˇ n posledn´ım letu byla ve vesm´ıru 70 hodin. Raketopl´ an vynesl na obˇeˇznou dráhu druˇzicovou astronomickou observatoˇr Hubbl˚ uv kosmick´ y dalekohled, kter´ y sv´ ymi pˇr´ıstroji pˇrinesl nov´ y pohled na vesm´ır.


O

P

Q

R

ˇ R S

ˇ S

T ˇ T

U

V W

X

98

Pos´ adka Apollo 11 Neil Armstrong, Buzz Aldrin a Michael Collins provedli prvn´ı pˇrist´ an´ı ˇclovˇeka na Mˇes´ıci. Prvn´ı dva astronauti dosedli s modulem Eagle v Moˇri Klidu. ˇ Reck´ a mytologie vypr´ av´ı pˇr´ıbˇeh o Daidalovi, kter´ y postavil bludiˇstˇe na ostrovˇe Kréta. Krétsk´ y kr´ al vˇsak nechal Daidala a jeho syna Ikara v tomto bludiˇsti uvˇeznit, aby nemohli sdˇelit, jak se bludiˇstˇem procház´ı. Obˇema se spoleˇcnˇe podaˇrilo uprchnout. Z ostrova odletˇeli na vlastnoruˇcnˇe vyroben´ ych kˇr´ıdlech z peˇr´ı a vosku. Ikarus ovˇsem nedbal rad svého otce, vzruˇsen´ım z letu se dostal v´ yˇse a slunce roztopilo vosk jeho kˇr´ıdel. Chlapec zemˇrel. Velk´ a Brit´ anie vytvoˇrila Britské královské letectvo poté, co 3 roky zpátky pˇristál na jej´ım u ´zem´ı Louis Bleriot se sv´ ym monoplánem, kter´ y z Francie pˇreletˇel kanál La Manche. ˇ ri mˇes´ıce (tedy celkem 362 oblePrvn´ı kosmickou stanic´ı se stal rusk´ y Saljut 1. Ctyˇ t˚ u Zemˇe) si vyˇz´ adalo ˇzivot druhé posádky (tˇr´ı kosmonaut˚ u), kter´ ym se pˇri návratu otevˇrely pˇrechodové dveˇre. Jednou ze zmˇen pro dalˇs´ı lety bylo, aby mˇeli kosmonauti na sobˇe skafandr pˇri startu a návratu. Charles Lindbergh absolvoval prvn´ı pˇrelet Atlantického oceánu bez zastávky. Cena za tento pˇrelet, kter´ y trval 33,5 hodiny, byla 25 000 dolar˚ u. Andre-Jacques Garnerin se stal prvn´ım ˇclovˇekem, kter´ y skoˇcil s padákem. S t´ımto ˇc´ıslem vystupoval na trz´ıch po celé Francii. Jeho rodina byla celá blázen do aviatiky, zvl´ aˇst’ jeho ˇzena Genevieve a neteˇr Elisa - tyto dvˇe byly prvn´ımi ˇzenami s padákem. Orvillu Wrightovi se podaˇrilo v Kitty Hawk, Severn´ı Karol´ına, uletˇet ve 12 sekund´ ach 36 metr˚ u se strojem Flyer I, kter´ y zkonstruoval s bratrem Wilburem. Uletˇeli tak vzd´ alenost jako je rozpˇet´ı kˇr´ıdel dneˇsn´ıho Boingu 747, nebo délka raketoplánu. Bratˇri zaˇcali experimentovat 7 let pˇred u ´spˇeˇsn´ ym pokusem ve své prodejnˇe kol v Daytonu, Ohio. Pl´ aˇz v Kitty Hawk si vybrali pro stál´ y v´ıtr, kter´ y byl nutn´ y pro vznes stroje. Tohoto dne byla vypuˇstˇena ruská kosmická stanice Mir, nejdéle slouˇz´ıc´ı stanice v˚ ubec (15 let). Celkem 28 mis´ı znamenalo také spolupráci Ruska a Spojen´ ych stát˚ u. Pˇri n´ avratovém vstupu do atmosféry se projevila technická závada keramick´ ych desek na raketopl´ anu Columbia. Roztrhnut´ı celého stroje si vyˇzádalo sedm lidsk´ ych ˇzivot˚ u, mezi nimi prvn´ıho izraelského astronauta I. Ramona. Columbia byl prvn´ım, nejdéle létaj´ıc´ım raketopl´ anem. Leonardo da Vinci, ˇclovˇek znalost´ı umˇen´ı, architektury i vˇedy, vˇenoval mnoho let svého ˇzivota tajemstv´ı letu. Na jeho záznamech jsou skici padák˚ u, helikoptér a jin´ ych létaj´ıc´ıch stroj˚ u. Jednou z nejznámˇejˇs´ıch kreseb je ornitoptéra, kˇr´ıdla pohánˇená ˇclovˇekem. Francouzˇst´ı aviatici Pilatre de Rosier a M. Romain se stali obˇetmi prvn´ı nehody bal´ onu. Bal´ on plnˇen´ y hork´ ym vzduchem se vzn´ıtil pˇri letu nad kanálem La Manche. Nˇemecko u ´spˇeˇsnˇe odpálilo raketu V-2 ve mˇesteˇcku Peenem¨ unde. Pˇresnˇe podle pˇredpoklad˚ u kop´ırovala propoˇctenou dráhu a dopadla ve vzdálenosti kolem 200 km. Mezi vˇedci pracuj´ıc´ımi na projektu byli i Oberth a von Braun. Ve st´ atˇe Massachusetts u ´spˇeˇsnˇe testuje Robert Goddard prvn´ı raketu na kapalné palivo. Bˇehem 2,1 s dos´ ahla v´ yˇsky 14 metr˚ u, pˇristála 50 metr˚ u od m´ısta startu. Pozdˇeji Goddard odp´ alil také prvn´ı vˇedeckou raketu - nesla fotoaparát, barometr a teplomˇer. Celkem dos´ ahl na 214 patent˚ u v raketové technologii.


Y

Z

ˇ Z

99

Konstantin Ciolkovski, rusk´ y uˇcitel, vydává svou zprávu o vyuˇzit´ı tekutého paliva pro rakety. Ciolkovski objevil mnoho zákonitost´ı aeronautiky a navrnul mnoho raket. Nikdy vˇsak nepostavil ani netestoval tyto rakety, zejména kv˚ uli finanˇcn´ım pot´ıˇz´ım v Rusku. Zaj´ımavost´ı je, ˇze Ciolkovski ve sv´ ych 10 letech ohluchl a nemohl navˇstˇevovat ˇskolu. Uˇcil se s´ am ˇcetbou knih. Ve stáˇr´ı ˇrekl, ˇze právˇe ztráta sluchu ho donutila b´ yt chytˇrejˇs´ı neˇz ostatn´ı. Herman Oberth publikuje disertaˇcn´ı práci Rakety do meziplanet´ arn´ıho prostoru, ve které popisuje dob´ yv´ an´ı vesm´ıru pomoc´ı raket. Na konci dvacát´ ych let 20. stolet´ı pracoval na v´ yrobˇe nˇemecké rakety V-2. Jeho asistentem byl osmnáctilet´ y Wernher von Braun. Joseph a Jacques Montgolfierové si vˇsimli, ˇze koˇsile suˇsená nad ohnˇem se zaˇc´ıná v urˇcitou chv´ıli vzn´ aˇset. Studovali s´ılu kouˇre a napadlo je, ˇze by mohli kouˇr zachytit do pytle, kter´ y se tak m˚ uˇze vznést. Dne — bratˇri nechali na pap´ırovém pytli z jejich ml´ yna vznést ovci, kaˇcenu a kohouta, aby prozkoumali u ´ˇcinky v´ yˇsky na zv´ıˇrata. Pokus byl prov´ adˇen v zahrad´ ach paláce ve Versailles za pˇr´ıtomnosti krále Ludv´ıka VI. a dalˇs´ıch 130 000 div´ ak˚ u. Let zv´ıˇrat trval 8 minut, urazila skoro 4 kilometry s maximáln´ı v´ yˇskou 560 metr˚ u.

Jako uˇcitel rozstˇr´ıhejte v´ yˇse uvedenou tabulku a rozdejte kaˇzdému studentovi ˇ pˇribliˇznˇe stejn´ y poˇcet odstavc˚ u, spolu s nimi také samolep´ıc´ı pásku. Reknˇ ete, ˇze dostali nˇejakou informaci z historie letectv´ı, u které neznaj´ı letopoˇcet. Jejich u ´kolem bude doplnit ˇcasovou osu, kterou zaˇcnete kreslit na tabuli. Zakreslete na tabuli ˇcasovou osu tak, aby pokr´ yvala obdob´ı vˇsech událost´ı z od’ stavc˚ u a zároveˇ n byla rovnomˇerná. Studenti at si zat´ım pˇreˇctou obdrˇzen´ y text. Potom postupnˇe vyvolávejte studenty, kteˇr´ı dostanou za u ´kol seznámit ostatn´ı se sv´ ym textem a kteˇr´ı pˇripoj´ı text do podle nich správného obdob´ı. V´ yslekem je sestavená ˇcasová osa, na které je patrné, ˇze mnoho událost´ı letectv´ı a kosmonautiky se odehrálo v 19. a ve 20. stolet´ı - nacház´ıme se tedy v nejhektiˇctˇejˇs´ım obdob´ı. Jednotlivé texty maj´ı následuj´ıc´ı ˇreˇsen´ı: A - 2. ˇcervence 1990, B - 28. ledna ˇ - 12. dubna 1961, D - 21. listopadu 1763, D ˇ - 1925, E - 2. bˇrezna 1986, C - 1709, C 1978, F - 1232, G - 20. bˇrezna 1932, H - 27. ledna 1967, CH - 9. dubna 1959, I 2. bˇrezna 1969, J - 16. záˇr´ı 1960, K - 4. ˇr´ıjna 1957, L - 1865, M - 3. listopadu 1957, ˇ - 1990, O - 20. ˇcervence 1969, P - 1000 pˇr.n.l., Q - bˇrezen N - 16. ˇcervna 1963, N ˇ - 21. bˇrezna 1927, S - 22. ˇr´ıjna 1797, S ˇ - 17. prosince 1912, R - 19. dubna 1971, R ˇ - 1. u 1903, T - 20. u ńora 1986, T ńora 2003, U - 1500, V - 15. ˇcervna 1785, W ˇ - 19. záˇr´ı 1789. ˇr´ıjen 1942, X - 16. bˇrezna 1926, Y - 1903, Z - 1922, Z ••• ˇ ÍCN ˇ ÍCH KRATER ´ ˚? Pˇ r´ıklad 15: HLOUBKA MES U Sestavte histogram ˇ cetnost´ı hloubek kr´ ater na Mˇ es´ıci. Vyuˇ zijte dostupn´ e zdroje pro hled´ an´ı hloubek kr´ ater˚ u na Mˇ es´ıci. obt´ıˇ znost: 2. roˇ cn´ık


100

zdroj: Pudiv´ıtr (2001a) Studenti by mˇeli pouˇz´ıt bud’ vyhledáván´ı na internetu, ale pˇr´ıhodnˇejˇs´ı je vyuˇz´ıt dostupnou literaturu. Takovou je napˇr. kniha Atlas Mˇes´ıce (A. R¨ ukl, Aventinum, Praha, 1991). Kráter˚ u, u kter´ ych má udán´ı hloubky smysl, je zde 227. Ostatn´ı krátery maj´ı promˇenlivé dno (napˇr. s vnitˇrn´ı vyv´ yˇseninou). V´ ysledek je vynesen do obrázku. Jak je patrné, hloubky kráter˚ u se pohybuj´ı v rozmez´ı nˇekolika stovek metr˚ u po 6 km.

••• ˇ ´ Í RYCHLOSTI SVETLA ˇ ¨ Pˇ r´ıklad 16: URCOV AN ROMEROVOU METODOU ? S vyuˇ zit´ım Hvˇ ezd´ aˇ rsk´ e roˇ cenky (´ ukaz˚ u mˇ es´ıc˚ u Jupitera) urˇ cete R¨ omerovou metodou rychlost svˇ etla. obt´ıˇ znost: 4. roˇ cn´ık zdroj: Astronomy On-Line ˇ sen´ı u Reˇ ´lohy nejprve uved’me historicky. V roce 1610 objevil Galileo Galilei ˇctyˇri nejvˇetˇs´ı mˇes´ıce Jupitera: Io, Europu, Ganymed a Kalisto. Galileo se rozhodl tyto mˇes´ıce vyuˇz´ıt k urˇcován´ı pˇresného ˇcasu - pohyb mˇes´ıc˚ u je totiˇz velmi pravideln´ y, obˇeˇzné doby dostateˇcnˇe krátké a okamˇziky zatmˇen´ı nezávis´ı na poloze pozorovatele. Myˇslenku znovuobjevil v roce 1668 Cassini. Pozorován´ı se setkalo s u ´spˇechem, pˇrispˇely k tomu zlepˇsené pozorovac´ı pˇr´ıstroje a vynález hodin (Huygens, 1657). V pr˚ ubˇehu zimy na pˇrelomu let 1671 - 1672 pozorovali simultánnˇe okamˇziky zatmˇen´ı mˇes´ıce Io dvˇe nezávislé skupiny: Picard a Römer z Uraniborgské hvˇezdárny ˇ edsku, a Cassini z observatoˇre v Paˇr´ıˇzi. Z pozona ostrovˇe Hven, dnes patˇr´ıc´ı Sv´ rován´ı zákryt˚ u a zatmˇen´ı mˇes´ıc˚ u Jupitera v dalˇs´ıch letech Römer prokázal, ˇze rychlost svˇetla je koneˇcná. D˚ ukaz byl poprvé otiˇstˇen v roce 1676 v Journal des Scavans.


101

Nejprve je potˇreba studenty seznámit se základn´ımi pojmy. S pomoc´ı následuj´ıc´ıho obrázku studenty necháme uvaˇzovat, kdy ze Zemˇe uvid´ıme zatmˇen´ı mˇes´ıce Io (situace I), kdy mˇes´ıc neuvid´ıme, protoˇze bude schován za kotouˇcem Jupitera (II), kdy pˇrejde st´ın Io na Jupiterovˇe kotouˇci (III) a kdy uvid´ıme pˇrechod mˇes´ıce pˇres Jupiter˚ uv kotouˇc (IV).

Studenti by mˇeli pochopit také pojmy opozice a konjunkce. Podle dalˇs´ıho obrázku pˇri um´ıstˇen´ı Zemˇe mezi konjunkc´ı smˇerem k opozici vid´ıme zaˇcátky zatmˇen´ı, konce zatmˇen´ı vid´ıme, kdyˇz se Zemˇe vzdaluje od Jupitera smˇerem do bodu konjunkce. Ke konjunkci doˇslo napˇr. 20. ˇcervence 2002, k následné opozici dne 2. u ńora 2003. Mezi tˇemito daty Zemˇe urazila na dráze kolem Slunce 180◦ (velmi velké zanedbán´ı). Urazila ji tedy celkem za 197 dn´ı, jednomu dni odpov´ıdá u ´hel ◦ ´ ◦ 1,094 . Uhel ϕ tedy m˚ uˇzeme vyjádˇrit jako ϕ = d.180 , kde d je poˇcet dn´ı, které od daného okamˇziku zb´ yvaj´ı do dne opozice. Pro vyjádˇren´ı vzdálenosti Zemˇe od Jupitera pouˇzijeme kosinovou vˇetu. Z tabulek známe hodnoty vzdálenost´ı Zemˇe - Slunce (1 AU = 149,6 mil. km) a Slunce - Jupiter AU). Vzdálenost Zemˇe od Jupitera pro okamˇzik popsan´ yu ´hlem ϕ je √ (5,2 2 tedy 5, 2 + 1 − 8, 4 cos ϕ. Jak budeme postupovat dále? Z tabulky Astronomické


102

roˇcenky 2002 vybereme dva po sobˇe následuj´ıc´ı okamˇziky námi pozorovatelného ˇ zatmˇen´ı Io. Dejme tomu, ˇze si vybereme 1.10.2002 v 3.24 a 8.10.2002 v 5.17. Casov´ y rozd´ıl tˇechto okamˇzik˚ u je T = 7,079 dne. Skuteˇcná perioda Io je 1,769 dne, coˇz znamená, ˇze ve skuteˇcnosti doˇslo nav´ıc ke 3 zatmˇen´ım. Rozd´ıl ∆T = 0,003 dne. Pˇri prvn´ım zatmˇen´ı byla Zemˇe ve vzdálenosti asi 4,53 AU a pˇri následuj´ıc´ım zatmˇen´ı 0,13 AU ve vzdálenosti 4,40 AU. Rychlost svˇetla je tak 0,003 , neboli 73 000 km/s. dne Hodnota je samozˇrejmˇe velmi nepˇresná, velmi zanedbáváme. Jednak se bˇehem okamˇzik˚ u zatmˇen´ı posunuje i Jupiter, pohyb planet nen´ı tak rovnomˇern´ y, vˇsechna tˇelesa neob´ıhaj´ı ve stejné rovinˇe. . . Hodnota rychlosti svˇetla tedy d´ıky tak velk´ ym nepˇresnostem závis´ı i na tom, jaké dvˇe hodnoty si vezmeme. Aˇc velmi nepˇresnˇe, zjistili jsme, ˇze rychlost svˇetla nen´ı nekoneˇcná. Dalˇs´ı nápady: Rozˇs´ıˇren´ım u ´lohy m˚ uˇze b´ yt zjiˇstˇen´ı rychlosti svˇetla d´ıky ob´ıhán´ı jiného mˇes´ıce Jupitera. Dalˇs´ı moˇznost´ı je z´ıskat data okamˇzik˚ u konc˚ u zatmˇen´ı pˇri poloze Zemˇe mezi opozic´ı a konjunkc´ı. •••

D.3

Objekty ve vesm´ıru a jak o nich v´ıme

´ ´ ˚ Pˇ r´ıklad 17: DEMONSTRACE KIRCHHOFFOVYCH ZAKON U Pomoc´ı hry, kter´ a je uvedena v ˇ reˇ sen´ı u ´ lohy, demonstrujte Kirchoffovy z´ akony. obt´ıˇ znost: 3. roˇ cn´ık zdroj: University of Washington Hra na Kirchhoffovy zákony (mimochodem propojen´ı astronomie s tˇelesnou v´ ychovou) vyˇzaduje pro 7 aˇz 10 student˚ u celkem 70 barevn´ ych tenisov´ ych m´ıˇck˚ u (po deseti ˇcerven´ ych, oranˇzov´ ych, ˇzlut´ ych, zelen´ ych, modr´ ych, indigov´ ych a fialov´ ych). Potom 10 mal´ ych m´ıˇck˚ u a 2 velké koˇse a barevné pastelky.


103

Skupinu deseti student˚ u nechte postavit do kruhu, jak ukazuje obrázek, pˇriˇcemˇz jeden student bude uprostˇred tohoto kruhu (pr˚ umˇer kruhu by mˇel b´ yt pˇribliˇznˇe 5 m). Jeden student na obvodu kruhu pˇredstavuje horké tˇeleso, které vyzaˇruje záˇren´ı (to je pˇredstavováno r˚ uznˇe barevn´ ymi m´ıˇcky, které má student k dispozici). Student uprostˇred pˇredstavuje plynové mraˇcno. Dalˇs´ı studenti pˇredstavuj´ı pozorovatele. Potom vysvˇetlete základn´ı pravidla hry: velmi hork´ y objekt háˇze po jednom m´ıˇcky studentovi uprostˇred kruhu. Ten chytá pouze oranˇzové a modré m´ıˇcky, a náhodnˇe je háˇze ostatn´ım student˚ um - pozorovatel˚ um, vˇcetnˇe studenta za n´ım a samotného studenta, pˇredstavuj´ıc´ıho horké tˇeleso. Student s prázdn´ ym velk´ ym koˇsem chytá vˇsechny m´ıˇcky, které let´ı jeho smˇerem. Kaˇzd´ y student po chycen´ı dá m´ıˇcek do svého koˇse. Studenti by mˇeli po tˇechto informac´ıch b´ yt schopni vysvˇetlit, co se stane. Jejich pˇredpovˇedi zapiˇste na tabuli. Po proveden´ı hry (ve tˇr´ıdˇe nastane velmi bouˇrlivá pracovn´ı nálada) nechte studenty, at’ na tabuli zakresl´ı kaˇzd´ y své spektrum, které bude pˇredstavovat poˇcty chycen´ ych m´ıˇck˚ u konkrétn´ıch barev. Pokud je ve tˇr´ıdˇe student˚ u v´ıc, m˚ uˇzou bud’ hru pozorovat, nebo utvoˇrit vlastn´ı kruh. ´ celem hry je také vlastn´ı diskuze nad pˇredpovˇed’mi a v´ Uˇ ysledky pokusu. Jak bude vypadat spektrum, budeme-li se nacházet velmi bl´ızko horkému tˇelesu? Jak budou vypadat ˇcáry ve sluneˇcn´ım spektru z r˚ uzn´ ych m´ıst? Na ˇcem závis´ı, jaké vlnové délky zachyt´ı plynové mraˇcno? atd. •••


104

ˇ ´ Í SPEKTER HVEZD ˇ Pˇ r´ıklad 18: URCOV AN Porovnejte nezn´ am´ a spektra hvˇ ezd s katalogem zn´ am´ ych hvˇ ezd a posud’te, o jak´ y typ hvˇ ezd se jedn´ a. obt´ıˇ znost: 3. roˇ cn´ık zdroj: CLEA Project, Kleczek (2003) Studenti maj´ı za u ´kol se nauˇcit rozpoznávat spektráln´ı typy jednotliv´ ych hvˇezd (Harvardskou spektráln´ı klasifikaci), tedy jedná se o práci se spektry. Mˇeli by tedy jiˇz vˇedˇet, co to spektrum je, jak´ ym zp˚ usobem vzniká, jak ho z´ıskáváme (k tomu slouˇz´ı fyzika se svou kapitolou optika). Studenti dostanou k dispozici (pˇr´ıpadnˇe samostatnˇe najdou) katalog znám´ ych typ˚ u hvˇezd, jak´ y je vidˇet na obrázku. Uˇcitel se studenty prodiskutuje jednotlivé typy hvˇezd, ukáˇze jim konkrétn´ı vlastnosti spektra (viz tabulka). Potom jim rozdá neznámé spektrum, které budou m´ıt za u ´kol urˇcit.

tˇr´ıda

barva

teplota / K

O

nejteplejˇs´ı modré

35 000

B

horké modré

20 000

A

modrob´ılé

10 000

F

b´ılé

7 500

G

ˇzlutavé

6 000

K

oranˇzovoˇcervené

4 500

M

chladné ˇcervené

3 500

vlastnosti absorpˇcn´ı ˇcáry ionizovaného He silné ultrafialové kontinuum pˇrevládá neutráln´ı He ˇzádné ionizované He pˇrevládaj´ı ˇcáry vod´ıku v´ yskyt ˇcar Ca II slábnou ˇcáry H, s´ıl´ı Ca II slabé ˇcáry dalˇs´ıch kov˚ u dominuje Ca II, silné Fe H ponˇekud slabˇs´ı neutráln´ı kovy dominuj´ı v´ yskyt pás˚ u CH a CN dominuj´ı pásy TiO silné neutráln´ı kovy

Jedná se o u ´lohu, která je efektivnˇejˇs´ı pˇri pouˇzit´ı poˇc´ıtaˇce. Pˇresnˇe tuto u ´lohu obsahuje CLEA Project (viz str. 43). Moˇznost v´ yuky poznáván´ı spekter hvˇezd


105

spoleˇcnˇe se zobrazen´ım dalˇs´ıch hvˇezdn´ ych spekter obsahuj´ı stránky Sloan Digital Sky Survey 3 . ••• ˇ ÍCH CAR ˇ Pˇ r´ıklad 19: IDENTIFIKACE ABSORPCN ? Prohl´ ednˇ ete si pozornˇ e pˇ riloˇ zen´ e spektrum Slunce. Vaˇ s´ım u ´ kolem bude na z´ akladˇ e v´ ysledk˚ u spektroskopick´ eho mˇ eˇ ren´ı urˇ cit sloˇ zen´ı atmosf´ ery Slunce. Nejprve urˇ cete mˇ eˇ r´ıtko spektra s pomoc´ı pˇ riloˇ zen´ e tabulky zn´ am´ ych spekter. Potom pomoc´ı tabulky zn´ am´ ych ˇ car konkr´ etn´ıch prvk˚ u urˇ cete, jak´ e prvky ˇ ci ionty se v atmosf´ eˇ re Slunce nach´ azej´ı. obt´ıˇ znost: 3. roˇ cn´ık zdroj: P. Daniel - student Gymn´ azia Ch. Dopplera v Praze

Zn´ am´ eˇ c´ ary prvk˚ u a iont˚ u ze spektra oznaˇ cen´ı ˇ c´ ary λ / nm p˚ uvodce A 759,4 pozemsk´ y kysl´ık 686,7 pozemsk´ y kysl´ık B C 656,3 vod´ık H D1 589,6 sod´ık Na I D2 589,0 sod´ık Na I E 527,0 ˇzelezo Fe I F 486,1 vod´ık H 396,8 ionizovan´ y vápn´ık Ca II K 393,4 ionizovan´ y vápn´ık Ca II V následuj´ıc´ı tabulce jsou k dispozici vlnové délky ˇcar laboratorn´ıch prvk˚ u. Oznaˇcen´ı prvku I znamená atom, II je aniont se ztracen´ ym jedn´ım elektronem. 3

http://cas.sdss.org


λ / nm 393,3682 394,4016 396,1535 396,8492 404,5825 406,3605 407,1749 407,7724 410,1748 413,2067 414,3878 416,7277 420,2040 422,6740 423,5949 425,0130 425,0797 425,4346 426,0486 427,1774 432,5775 434,0475 438,3557

106

Prvky pˇ r´ısluˇ sej´ıc´ı k ˇ car´ am ∆λ /nm prvek λ / nm ∆λ /nm 2,0253 Ca II 440,4761 0,0898 0,0488 Al I 441,5135 0,0417 0,0621 Al I 452,8627 0,0275 1,5467 Ca II 455,4036 0,0159 0,1174 Fe I 470,3003 0,0326 0,0787 Fe I 486,1342 0,3680 0,0723 Fe I 489,1502 0,0312 0,0428 Sr II 492,0514 0,0471 0,3133 H 495,7613 0,0696 0,0404 Fe I 516,7327 0,0935 0,0466 Fe I 517,2698 0,1259 0,0200 Mg I 518,3619 0,1584 0,0326 Fe I 525,0216 0,0062 0,1476 Ca I 526,9550 0,0478 0,0385 Fe I 532,8051 0,0375 0,0342 Fe I 552,8418 0,0293 0,0400 Fe I 588,9973 0,0752 0,0393 Cr I 589,5940 0,0564 0,0595 Fe I 610,2727 0,0135 0,0756 Fe I 612,2226 0,0222 0,0793 Fe I 616,2180 0,0222 0,2855 H 630,2499 0,0083 0,1008 Fe I 656,2808 0,1020

prvek Fe I Fe I Fe I Ba II Mg I H Fe I Fe I Fe I Mg I Mg I Mg I Fe I Fe I Fe I Mg I Na I (D2 ) Na I (D1 ) Ca I Ca I Ca I Fe I H

Pˇri zpracováván´ı ˇreˇsen´ı jsem mˇel k dispozici pracovn´ı list, rozmˇery jsou tedy promˇeˇrovány z nˇej. Prakticky nejv´ yhodnˇejˇs´ı je urˇcit si mˇeˇr´ıtko spektra (v nm/mm) pomoc´ı znám´ ych spektráln´ıch ˇcar, které jsou na obrázku znázornˇeny. Pro vˇetˇs´ı pˇresnost je dobré vyuˇz´ıt v´ıce ˇcar. Zmˇeˇril jsem si tedy vzdálenost v mm a poté spoˇc´ıtal rozd´ıl v nm konkrétn´ıch ˇcar (viz následuj´ıc´ı tabulka). Zpr˚ umˇerován´ım hodnot pˇrevodn´ıho koeficientu jsem dostal hodnotu 1,89 nm/mm. ˇ c´ ary K-F H-E F-C K-D2

vzd´ alenost / mm 49 69 90,5 103,5

rozd´ıl λ /nm 92,7 130,2 170,2 195,6

koeficient / nm/mm 1,8918 1,8870 1,8807 1,8899

S vyuˇzit´ım tohoto pˇrevodn´ıho vztahu jsem urˇcil ze vzdálenosti konkrétn´ı neznámé ˇcáry od nˇejaké tabelované ˇcáry jej´ı vlnovou délku, kterou jsem srovnal s tabulkou prvk˚ u pˇr´ısluˇsej´ıc´ıch k ˇcarám. Odtud vyplynulo, ˇze ˇcára a má vlnovou délku 627,2 nm (odpov´ıdaj´ıc´ı prvek z tabulky nen´ı nalezen), ˇcára b1 518,5 nm (Mg I),


107

b2 516,6 nm (opˇet Mg I), c 495,8 nm (Fe I), d 466,5 nm (prvek nen´ı v tabulce), e 438,2 nm (snad Fe I), f 434,4 nm (velmi bl´ızko vod´ıku), g 421,2 nm (bl´ızko Fe I) a h 410,8 nm (velmi bl´ızko vod´ıku). Se studenty je moˇzné poté diskutovat, jak se takové prvky na Slunci vzaly, dokonce je moˇzné rozˇs´ıˇrit u ´lohu skuteˇcn´ ym spektrografick´ ym pozorován´ım Slunce. Spektroskop je moˇzné pouˇz´ıt bez pˇr´ımé viditelnosti Slunce - staˇc´ı ho nam´ıˇrit na svˇetlou oblohu. Mˇeˇren´ı lze porovnat s pozorován´ım spektra ˇzárovky, které je celé spojité. •••

D.4

Vesm´ır - jak vznikl a naˇ se m´ısto v nˇ em II

´ KALENDA ´R ˇ Pˇ r´ıklad 20: KOSMICKY Pˇ redstavte si, ˇ ze vesm´ır trv´ a pˇ resnˇ e jeden rok, tedy ˇ ze vznikl pˇ resnˇ e o p˚ ulnoci na 1. ledna a p˚ ulnoc 31. prosince je pr´ avˇ e ted’. Vytvoˇ rte ty denn´ı listy kalend´ aˇ re, u kter´ ych najdete odpov´ıdaj´ıc´ı kosmickou ud´ alost. Nezapomeˇ nte naj´ıt n´ asleduj´ıc´ı okamˇ ziky: vznik atom˚ u ve vesm´ıru, zrod prvn´ıch galaxi´ı, vznik Slunce, vznik Zemˇ e a vznik ˇ clovˇ eka. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık Pokud máme vtˇesnat dˇejiny vesm´ıru do 365 dn˚ u, potom mus´ıme znát stáˇr´ı vesm´ıru. Podle nejnovˇejˇs´ıch mˇeˇren´ı je vesm´ır star´ y pˇribliˇznˇe 13,7 miliard let. To odpov´ıdá pˇrepoˇctu asi 37,5 milión˚ u let na jeden kalendáˇrn´ı den. Pokud vezmeme nˇekolik událost´ı ve vesm´ıru, které maj´ı studenti samostatnˇe naj´ıt, dostaneme následuj´ıc´ı dny (samozˇrejmˇe pˇribliˇznˇe): 0 miliard let 1. leden 0h Velk´ y tˇresk prvn´ı atomy ve vesm´ıru 0,5 miliónu let 1.leden vznik Slunce 9,1 miliard let 3. srpen vznik Zemˇe 9,1 miliard let 31. srpen vznik Plejád 13,6 miliard let 29. prosinec prvn´ı znám´ y v´ yskyt ˇclovˇeka 13,7 miliard let 31. prosinec dnes 13,7 miliard let 31. prosinec 24h Pokud studenti zjist´ı, ˇze mnoho událost´ı spadá na 31. prosinec, potom m˚ uˇzou samozˇrejmˇe spoˇc´ıtat tyto události na minuty, ale bude to vzhledem ke znalostem lidstva velmi nepˇresné. Ukázka prvn´ıho a posledn´ıho listu kalendáˇre na str. 28. •••


108

ˇ Í TYPU ˚ GALAXIÍ Pˇ r´ıklad 21: DELEN Rozdˇ elte jednotliv´ e galaxie z vlastnoruˇ cnˇ e nalezen´ ych, nebo dodan´ ych obr´ azk˚ u podle klasick´ eho jednoduch´ eho tˇ r´ıdˇ en´ı galaxi´ı, kter´ e navrhl Hubble. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık Pro dˇelen´ı galaxi´ı bylo navrˇzeno nˇekolik r˚ uzn´ ych tˇr´ıdˇen´ı, pˇresto nen´ı u ´kolem to´ hoto cviˇcen´ı, aby se tato tˇr´ıdˇen´ı studenti nauˇcili. Ukolem je poznat, ˇze galaxie, kter´ ych je ve vesm´ıru mnoho, se dˇel´ı podle tvaru - t´ım pádem také v´ yvoje. Navrhuji student˚ um vysvˇetlit Hubblovo klasické dˇelen´ı galaxi´ı, jak je vysvˇetleno napˇr. v knize Pˇr´ıhoda (2000) na stranˇe 149 (zde jsou dˇeleny galaxie na nˇekolik typ˚ u eliptick´ ych, spiráln´ıch a spiráln´ıch s pˇr´ıˇckou, nakonec jeˇstˇe existuj´ı nepravidelné galaxie). Lze jim také vysvˇetlit oznaˇcován´ı galaxi´ı p´ısmeny s ˇc´ıslem, které je také v knize vysvˇetleno. Jako zdroj obrázk˚ u galaxi´ı lze vyuˇz´ıt jednak samostatné fotografie jednotliv´ ych galaxi´ı (jen internetov´ y vyhledavaˇc Google naˇsel pˇres 200 000 obrázk˚ u), pak zejména Hubble Deep Field, ve kterém lze také vytvoˇrit urˇcitou statistiku ˇcetnost´ı jednotliv´ ych typ˚ u galaxi´ı. Po urˇcen´ı daného typu lze správnost zkontrolovat s konkrétn´ımi u ´daji v astronomické literatuˇre. ••• Pˇ r´ıklad 22: OBDOBA HR DIAGRAMU Sestavte pˇ ribliˇ zn´ y diagram z´ avislosti v´ yˇ sky ˇ clovˇ eka na jeho hmotnosti, a to tak, aby pˇ ribliˇ znˇ e pˇ redstavoval urˇ citou skupinu obyvatelstva (celou populaci, ˇ zeny, muˇ ze, ml´ adeˇ z, ˇ skoln´ı dˇ eti, n´ avˇ stˇ evn´ıky muzea). Na z´ akladˇ e anonymn´ıch hodnot v´ yˇ sky a hmotnosti dalˇ s´ıho jedince zkuste uhodnout jeho vˇ ek. obt´ıˇ znost: 3. roˇ cn´ık

Budu zde rozeb´ırat situaci, kterou je moˇzné vyuˇz´ıt pro projekt ve tˇr´ıdˇe. Bohuˇzel ˇ se mi nepodaˇrilo sehnat data pro celou Ceskou republiku (data závislosti v´ yˇsky ˇ ym statistick´ a hmotnosti lid´ı jsou zpravována Cesk´ ym u ´ˇradem pouze pro jednotlivé skupiny obyvatelstva, my tentokrát potˇrebujeme zobrazit data kaˇzdého jedince), kter´ y by se dal ve tˇr´ıdˇe k pozici, ale studenti tak alespoˇ n m˚ uˇzou z´ıskat data samostatnˇe. Poˇzádejte jako uˇcitel studenty, aby z´ıskali od sv´ ych pˇr´ıbuzn´ ych, pˇr´ıpadnˇe od student˚ u jin´ ych tˇr´ıd, data v´ yˇsky a hmotnosti. Data necht’ jsou anonymn´ı, ale mˇela by pokr´ yvat pˇribliˇznˇe celou populaci (má-li nˇekter´ y student moˇznost zjistit data nedávno narozeného sourozence, pˇr´ıpadnˇe data prarodiˇc˚ u, je to lepˇs´ı). Bˇehem následuj´ıc´ı hodiny vytvoˇrte graf závislosti v´ yˇsky ˇclovˇeka na jeho hmotnosti. M˚ uj pˇr´ıklad dat vypadá následuj´ıc´ım zp˚ usobem:


109

Se studenty je moˇzné promyslet rozdˇelen´ı jednotliv´ ych hodnot v grafu. Je totiˇz patrné, ˇze graf také ˇcásteˇcnˇe ukazuje ˇcasov´ y v´ yvoj. V tomto grafu dráha jednoho ˇclovˇeka zaˇc´ıná v m´ıstech A, pokraˇcuje do m´ısta B, a potom se ustál´ı v m´ıstˇe C. Zde také svou dráhu konˇc´ı. Nˇekteˇr´ı lidé ovˇsem m˚ uˇzou skonˇcit na chv´ıli nebo aˇz do konce v m´ıstˇe D (lidé velmi podvyˇziven´ı), nebo dokonce v m´ıstˇe E (obézn´ı lidé). Nˇekteˇr´ı lidé potom vyboˇcuj´ı z tˇechto kategori´ı (jako napˇr. nadpr˚ umˇernˇe vysoc´ı lidé v m´ıstˇe F). Ne kaˇzd´ y bod v tomto grafu by mohl pˇredstavovat konkrétn´ıho ˇclovˇeka - zat´ımco v m´ıstˇe G by se mohli vyskytnout pouze lidé nadpr˚ umˇernˇe vzrostl´ı a zároveˇ n podpr˚ umˇernˇe hmotn´ı (velmi nepˇredstavitelná kombinace), v m´ıstˇe H by byly pˇr´ıpady velmi obtloustl´ ych lilipután˚ u (v´ıce neˇz nepravdˇepodobné). Na základˇe tohoto rozboru dejte skupinám student˚ u v´ yˇsku a hmotnost neznámého ˇclovˇeka a nechte je rozhodnout, do jaké skupiny obyvatel by ho zaˇradili. Pˇripravte si také ilustraˇcn´ı fotografii tohoto ˇclovˇeka, aby mˇeli studenti moˇznost srovnán´ı svého tipu se skuteˇcnost´ı. Je pˇekné vybrat také nˇekteré nepˇr´ıliˇs obvyklé pˇr´ıpady. •••

D.5

Ostatn´ı u ´ lohy

´ ˚ Pˇ r´ıklad 23: TVORBA MNEMOTECHNICKYCH POMUCEK Existuje mnoho anglick´ ych mnemotechnick´ ych pom˚ ucek pro zapamatov´ an´ı si ˇ rad planet, mˇ es´ıc˚ u atd. Jmenujme I Eat Green Carrots pro poˇ c´ ateˇ cn´ı p´ısmena galileovsk´ ych mˇ es´ıc˚ u Io, Europa, Ganymed a Kallisto. Najdˇ ete nˇ ejakou astronomickou ˇ radu, kter´ a si zaslouˇ z´ı mnemotechnickou pom˚ ucku, a vytvoˇ rte ji.


110

obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık Tato u ´loha ukazuje moˇznou cestu zahrnut´ı astronomie do jazyk˚ u. Mnoho student˚ u se bude snaˇzit opˇet o tvorbu mnemotechnické pom˚ ucky pro galileovské mˇes´ıce, jako napˇr. Idioti Evidentnˇe Grepy Cucaj´ı. Zaj´ımavˇejˇs´ı astronomickou ˇradou je ovˇsem sled planet (Mám Velmi Zvláˇstn´ı Motivaci J´ıst Sal´ at U Natˇreného Ponku), v˚ ubec zaj´ımavé je vytvoˇren´ı malého vzkazu pro po sobˇe jdouc´ı znamen´ı zvˇerokruhu (BE´ BL´ıˇz - RAd´ım. LEˇz´ım, PA! (VAˇ ´ znˇe STˇ ˇ est´ı.) ST˚ rou! BYt uj KOlem VOdy. RYbáˇr) atd. ••• ˇ ASTI ´ ´ ˇ JANA NERUDY Pˇ r´ıklad 24: ROZBOR C BASN E Pˇ reˇ ctˇ ete si P´ısnˇ e kosmick´ e Jana Nerudy (1878). Najdˇ ete v nich astronomick´ e motivy a rozhodnˇ ete, zda jsou podle dneˇ sn´ıch astronomick´ ych pˇ redstav spr´ avn´ e. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık Rozbor celé básnické sb´ırky by jistˇe vydal na celou knihu. Astronomické zm´ınky se objevuj´ı v celém rozsahu. Pod´ıvejme se na nˇekteré z nich. (Je nutné pˇripomenout, ˇze astronomie nen´ı hlavn´ı nápln´ı básnˇe, jde pouze o vyuˇzit´ı astronomick´ ych básnick´ ych pˇrirovnán´ı.) Hned v u ´vodn´ıch verˇs´ıch se dozv´ıdáme, ˇze S oblohy b´ılý mˇes´ıˇcek, starobný nebes tat´ıˇcek, stˇr´ıbrné svˇetlo pýˇr´ı po celém svˇetˇe ˇs´ıˇr´ı. Dokola jeho dˇetiˇcky, drobounké, smavé hvˇezdiˇcky, dukátovými hlasy zvon´ı na krásné ˇcasy. Neruda samozˇrejmˇe vˇedˇel, ˇze se hvˇezdy neotáˇcej´ı kolem Mˇes´ıce, myslel t´ım sp´ıˇse pohled na hvˇezdnou oblohu, kde je kotouˇc Mˇes´ıce obklopen bezpoˇctem hvˇezd. Znalost sluneˇcn´ı soustavy prokázal v dalˇs´ıch verˇs´ıch, kde p´ıˇse: Vesele se Zem´ı Mˇes´ıc jde, Zemˇe zas v mocném kruhu se okolo Slunce otáˇc´ı v záˇrivém planet pruhu. A i to velké Slunce zas kolem vˇetˇs´ıho vede nás a toto slunce jeho kde jde - a kolem ˇceho?”


111

Jak je patrné, Neruda pˇrekraˇcuje hranice sluneˇcn´ı soustavy a nechává Slunce ob´ıhat kolem dalˇs´ıho pomyslného stˇredu, kter´ y je dnes stˇredem naˇs´ı Galaxie. Koneˇcnost naˇs´ı existence (velmi silná náplˇ n sb´ırky) pˇripom´ınaj´ı verˇse o konci ˇzivota naˇs´ı nejbliˇzˇs´ı hvˇezdy: Také to Slunce ohnivé pomalu pous´ıná, pˇrijde i jeho hodinka, zhasne a mrtvˇe zsiná. A jen kdyˇz za ˇcas planeta na prsa zpˇet mu skane, zase pak dávným plamem svým na chv´ıli jeˇstˇe vzplane. Zde je moˇzné sdˇelit, ˇze nespadne Zemˇe do zhasnutého Slunce; koneˇcná fáze sluneˇcn´ı soustavy vypadá jinak: za zhruba 5 miliard let vyhoˇr´ı vod´ık v centráln´ı oblasti Slunce, termojaderné reakce ustanou a Slunce se zaˇcne smrˇst’ovat. To zp˚ usob´ı nár˚ ust teploty, d´ıky kterému zaˇcne hoˇret vod´ık kolem héliového jádra. Ovˇsem ve vrstvách kolem tohoto vod´ıku nakonec tlak záˇren´ı pˇrevládne nad gravitaˇcn´ım smrˇst’ován´ım, vrstva se rozepne aˇz k dráze Zemˇe (Slunce se stane ˇcerven´ ym obrem). Vnitˇrn´ı planety, tedy také naˇse Zemˇe, se bˇehem tohoto rozep´ınán´ı vypaˇr´ı, vzniklá planetárn´ı mlhovina potom pohlt´ı zbylé vnˇejˇs´ı planety. Báseˇ n se také snaˇz´ı pˇrirovnávat vztah dvou lid´ı jako vztah Zemˇe a Mˇes´ıce: Mˇes´ıˇcek, pˇekný mládenec, s jemnˇe záˇr´ıc´ı l´ıc´ı, oblétá Zemi panenku jak holub holubici. Kdyˇz ji hled jeho pol´ıb´ı, zvln´ı se n ˇadra jej´ı, oheˇ n se vnitˇrn´ı rozkyp´ı a rty se ˇzárem chvˇej´ı. V druhé sloce je jistˇe patrn´ y popis slapov´ ych jev˚ u. Konec básnˇe (ovˇsem dneˇsn´ı terminologi´ı s happy endem) je vˇenován konci svˇeta. Se studenty je moˇzné rozebrat základy kosmologie s moˇzn´ ymi konci vesm´ıru: Aˇz planety klesnou k Slunci zpˇet a mrazem se Slunce rozskoˇc´ı, aˇz drobty ty, smrt´ı poˇstv´ any, si v divokou elipsu zaboˇc´ı, aˇz pohˇrebn´ı, truchlý pr˚ uvod ten, pln hr˚ uzy, prost ˇzivota vdˇek˚ u,


112

se vesm´ırem dalekým pomete pˇres milion, milion vˇek˚ u: aˇz koneˇcnˇe nˇekde v kouteˇcku se po letu dlouhém zastav´ı, a práˇsek z nás, svˇet˚ u bývalých, se ve nový chaos tam rozˇzhav´ı, aˇz v chaosu tom boj plamenný, boj titánský poznovu vzplane, a z plamen˚ u ˇzárných aˇz nový svˇet jak ˇcarovný fénix zas vstane; aˇz na novém, kyprém svˇetˇe tom, boj ustoup´ı mladu ˇzivotu, a luh bude samý barev sm´ıch a háj plný sladkého ˇsumotu, aˇz na svˇetˇe tom zas vypuˇc´ı tvor se srdcem, se zpˇevnou p´ısn´ı: pak snad zase drobounký at´ om m˚ uj tam zazvon´ı kosmickou p´ısn´ı! Na závˇer rozboru je moˇzné ˇr´ıct, ˇze pro v´ yuku astronomie lze vyuˇz´ıt dalˇs´ı literaturu, která obsahuje astronomické motivy - zejména vˇedecko-fantastickou literaturu. Neexistuje seznam takové ˇceské literatury, na internetu je moˇzné objevit seznam vhodné literatury v angliˇctinˇe (Fraknoi 2002), pˇreklady nˇekter´ ych knih jsou ˇcesky k dispozici. ••• ˇ ´ ASTROSLOVNÍK Pˇ r´ıklad 25: ANGLICKO-CESK Y Vyhledejte v ˇ cl´ anku astronomick´ e term´ıny a vytvoˇ rte anglicko - ˇ cesk´ y slovn´ıˇ cek tˇ echto pojm˚ u. Spoleˇ cnˇ e s ostatn´ımi skupinami vytvoˇ rte obs´ ahlejˇ s´ı slovn´ık. obt´ıˇ znost: 1. a 2. roˇ cn´ık Takovou u ´lohu vyuˇz´ıvaj´ı uˇcitelé jazyk˚ u, u uˇcitel˚ u jin´ ych pˇredmˇet˚ u se v hodinách neobjevuje. Pˇresto je to ˇskoda, nebot’ astronomické informace dnes studenti hledaj´ı zejména na internetu, a pˇredevˇs´ım na anglicky psan´ ych stránkách. Ujasnˇen´ı terminologie je pak v´ıce neˇz ˇzádouc´ı. Pro vytváˇren´ı slovn´ıku astronomick´ ych pojm˚ u se hod´ı zejména kratˇs´ı novinové, ˇcasopisové nebo internetové ˇclánky (o rozsahu asi 2 stran). Studenti pak m˚ uˇzou m´ıt k dispozici také anglicko-ˇcesk´ y slovn´ık (ve kterém vˇetˇsinou takové term´ıny chyb´ı) a astronomickou literaturu v ˇceˇstinˇe. Porovnáván´ım anglick´ ych text˚ u s ˇcesk´ ymi, které obsahuj´ı podobné informace, lze z´ıskat pˇreklad astronomick´ ych pojm˚ u. •••


113

Pˇ r´ıklad 26: KRESBA ZNAKU Pˇ redstavte si, ˇ ze jste astronauty nˇ ejak´ e kosmick´ e v´ ypravy. Vaˇ s´ım u ´ kolem je vytvoˇ rit jej´ı znak. Ten by mˇ el vyjadˇ rovat z´ akladn´ı myˇ slenky cel´ eho projektu, tak jako to vyjadˇ ruje origin´ aln´ı znak v´ ypravy Apollo 11, kter´ y byl vytvoˇ ren astronauty historicky prvn´ı v´ ypravy, kter´ a stanula na povrchu Mˇ es´ıce v ˇ cervenci 1969. Tento znak m´ a jako hlavn´ı motiv Mˇ es´ıc s pˇ rist´ avaj´ıc´ım orlem (pˇ rist´ avac´ı modul se jmenoval stejnˇ e - Eagle). V pozad´ı je patrn´ a Zemˇ e, ze kter´ e v´ yprava cestovala. Pro inspiraci najdˇ ete jin´ e znaky v´ yprav. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: International Space Camp

Studenti maj´ı jedineˇcnou ˇsanci ve v´ ytvarné v´ ychovˇe vymyslet svou vlastn´ı v´ ypravu, která bude m´ıt konkrétn´ı c´ıl. Ujasnit si tento c´ıl pom˚ uˇze samotné vytváˇren´ı znaku, kter´ y mus´ı ve zkratce obsahovat základn´ı teze v´ ypravy. Dále je moˇzné diskutovat grafické ztvárnˇen´ı znaku, kter´ y samozˇrejmˇe nem˚ uˇze obsahovat pˇr´ıliˇs detail˚ u. Hodinu je dobré zaˇc´ıt ukázkou dvou aˇz tˇr´ı znak˚ u v´ yprav, pˇr´ıpadnˇe astronomick´ ych instituc´ı. Uˇcitel by mˇel vysvˇetlit základn´ı u ´koly v´ ypravy a to, jak´ ym zp˚ usobem jsou ztvárnˇeny na znaku. Potom uˇcitel rozdˇel´ı tˇr´ıdu na skupinky a kaˇzdé rozdá po jednom dalˇs´ım znaku. Aniˇz by studenti mˇeli k dispozici popis v´ ypravy, sami by mˇeli pˇrij´ıt na to, ˇc´ım se zab´ yvala. (Dalˇs´ım moˇzn´ ym doplnˇen´ım hry je rozdat nˇekter´ ym skupinám znaky a jin´ ym popis v´ ypravy - u ´kolem pak je naj´ıt skupinu, která má popis znaku.) Aˇz poté kaˇzdá skupina nakresl´ı vlastn´ı znak. Origináln´ı znaky v´ yprav je moˇzné hledat pˇres internetové stránky astronomick´ ych spoleˇcnost´ı a agentur. Velmi pˇeknou stránkou je také NASA Mission Patches 4 . ••• 4

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/mission_patches.html


114

´ PRAVO ´ Pˇ r´ıklad 27: KOSMICKE Pˇ reˇ ctˇ ete si n´ asleduj´ıc´ı text, odstavec z ˇ cl´ anku Vesm´ırn´ a oddyssea ve svˇ etle paragraf˚ u pr´ avn´ıka Jiˇ r´ıho Horn´ıka. Najdˇ ete zmiˇ novanou mezin´ arodn´ı smlouvu, najdˇ ete tak´ e dalˇ s´ı d˚ uleˇ zit´ e z´ akony o vesm´ıru a zkuste odpovˇ edˇ et na n´ asleduj´ıc´ı ot´ azky: 1/ Je moˇ zn´ e si pˇ rivlastˇ novat kosmick´ y prostor (dokonce tˇ elesa)? 2/ Je moˇ zn´ e dob´ yvat na kosmick´ ych tˇ elesech nerostn´ e bohatstv´ı? Navrhnˇ ete dalˇ s´ı zaj´ımav´ e ot´ azky, kter´ e se pr´ ava v kosmu t´ ykaj´ı. obt´ıˇ znost: 3. roˇ cn´ık zdroj: Horn´ık (2004)

Jiˇ z mˇ es´ ıc pot´ e, co byl vypuˇ stˇ en 4. ˇ r´ ıjna 1957 sovˇ etsk´ y Sputnik, se v jedn´ e z rezoluc´ ı valn´ eho shrom´ aˇ zdˇ en´ ı OSN objevila zm´ ınka o tom, ˇ ze je nutn´ e zajistit, aby vypouˇ stˇ en´ ı jak´ ychkoli objekt˚ u do kosmick´ eho prostoru bylo prov´ adˇ eno v´ yluˇ cnˇ e za m´ ırov´ ymi nebo vˇ edeck´ ymi ´ uˇ cely. V nˇ ekolika dalˇ s´ ıch rezoluc´ ıch vydan´ ych v letech 1958-1962 pak byla formulov´ ana z´ akladn´ ı pravidla vyuˇ z´ ıv´ an´ ı kosmick´ eho prostoru a kosmick´ ych tˇ eles, jeˇ z se o pˇ et let pozdˇ eji (1967) stala pr´ avnˇ e z´ avazn´ ymi, kdyˇ z dostala formu mezin´ arodn´ ı Kosmick´ e smlouvy. Po n´ ı pak n´ asledovalo pˇ rijet´ ı jeˇ stˇ e nˇ ekolika dalˇ s´ ıch mezin´ arodn´ ıch smluv, kter´ e se zab´ yvaly napˇ r. registrac´ ı objekt˚ u vypuˇ stˇ en´ ych do kosmick´ eho prostoru nebo odpovˇ ednost´ ı za jimi zp˚ usoben´ e ˇ skody. Lze tedy ˇ r´ ıci, ˇ ze taˇ zen´ ı b´ ıl´ eho muˇ ze kosmick´ ym prostorem bylo prov´ azeno pˇ rij´ ım´ an´ ım urˇ cit´ ych pravidel od samotn´ eho poˇ c´ atku. Otázky ohlednˇe kosmického práva jsou velmi sloˇzité. Kromˇe Kosmické smlouvy existuj´ı jeˇstˇe dalˇs´ı mezinárodn´ı dohody. Základn´ı myˇslenkou uˇz ratifikovan´ ych smluv je vˇsak kategorick´ y zákaz pˇrivlastˇ nován´ı tˇeles a prostoru v kosmu jak´ ymkoli zp˚ usobem. Nen´ı tedy moˇzné uplatˇ novat vlastnické nároky na jakoukoli ˇcást Mˇes´ıce, Marsu, dalˇs´ıch planet, a to bez ohledu na to, kdo, kdy, kde na nich jako prvn´ı pˇristál ˇci vztyˇcil vlajku. Rozprodáván´ı lunárn´ıch parcel, jak nˇekteré firmy nab´ızej´ı, je tedy sp´ıˇse u ´smˇevnou historkou (pˇres podobn´ y skepticizmus si samotn´ y A. C. Clarke jednu parcelu na Mˇes´ıci radˇeji pojistil). Nejasnou otázkou z˚ ustává tˇeˇzba nerost˚ u na kosmick´ ych tˇelesech. Kosmická smlouva tuto otázku neˇreˇs´ı, za stávaj´ıc´ıch podm´ınek tak nen´ı jasné, zda je vytˇeˇzená hornina pˇredmˇetem, na kter´ y se vztahuje zákaz pˇrivlastnˇen´ı. Studenti sami jistˇe navrhnou nejendo ˇreˇsen´ı tohoto problému, o jedno se snaˇzila zejména Mˇes´ıˇcn´ı dohoda z roku 1979, která se snaˇzila prohlásit tˇelesa sluneˇcn´ı soustavy za spoleˇcné dˇedictv´ı lidstva. Tuto smlouvu ovˇsem odm´ıtly ratifikovat skoro vˇsechny státy.


115

Právn´ıch otázek ohlednˇe kosmu je samozˇrejmˇe mnoho, studenti s velkou fantazi´ı vymysl´ı pˇr´ıpadné problémy pˇrivlastˇ nován´ı u ´zem´ı mezi dvˇema mimozemsk´ ymi civilizacemi atd. ••• Pˇ r´ıklad 28: HYDROPONIE Navrhnˇ ete vlastn´ı hydroponick´ y syst´ em a realizujte ho. Pˇ ri u ´ spˇ eˇ sn´ em pokusu mˇ eˇ rte vˇ zdy jeden parametr (osvˇ etlen´ı, teplota vody, mnoˇ zstv´ı chemick´ ych l´ atek. . . ), abyste zjistili nejoptim´ alnˇ ejˇ s´ı podm´ınky pro pˇ estov´ an´ı. Rostlinky v pravideln´ ych intervalech promˇ eˇ rujte. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: International Space Camp Jak jistˇe vˇed´ı botanici, pro pˇestován´ı rostlin je potˇrebné m´ıt ˇziviny, vzduch, vodu a svˇetlo. P˚ uda pro koˇrenov´ y systém nen´ı d˚ uleˇzitá, má jen pomocnou funkci. Dokonce m˚ uˇzou b´ yt hydroponické vodn´ı systémy (tedy systémy bez p˚ udy, kde prostˇred´ı s ˇzivinami vytváˇr´ı pouze voda) efektivnˇejˇs´ı neˇz p˚ udn´ı - napˇr. lze pˇestovat rostliny na menˇs´ı rozloze. D˚ uvody pro pouˇzit´ı hydroponie v kosmonautice jsou zˇrejmé: p˚ uda je tˇeˇzká, velmi sloˇzitˇe se udrˇzuje na jednom m´ıstˇe ve stavu bezt´ıˇze, p˚ uda na jin´ ych planetách stejnˇe nemus´ı b´ yt vhodná pro pˇestován´ı pozemsk´ ych rostlin. Zejména vˇsak ekonomické d˚ uvody, kdy by p˚ uda zatˇeˇzovala náklad kosmick´ ych lod´ı, jsou urˇcuj´ıc´ı. Pˇestován´ı rostlin také m˚ uˇze zajiˇst’ovat kysl´ık a doplnˇek stravy pro posádku (nehledˇe na moˇznou regeneraci psychiky pouh´ ym pohledem na ˇzivé rostliny). Nejjednoduˇsˇs´ı hydroponick´ y systém je vidˇet na následuj´ıc´ım obrázku vlevo. Tento je vyroben z krabiˇcky na fotografick´ y film. V´ıˇcko (vpravo) je potˇreba nastˇrihnout a vytvoˇrit uprostˇred mal´ y otvor. Pˇredvykl´ıˇcená rostlinka má koˇr´ınky v ˇzivném roztoku (na n´ıˇze uveden´ ych stránkách existuj´ı návody, jak tento roztok nam´ıchat, a to s vyuˇzit´ım volnˇe prodávan´ ych chemikáli´ı).

Nejv´ıce informac´ı o hydroponii se dá nalézt na anglick´ ych nebo ˇcesk´ ych internetov´ ych stránkách o hydroponii5 . Na uveden´ ych stránkách lze nalézt návody na 5

napˇr. http://www.hydroponics.com, http://www.hydroponie.cz


116

stavbu jednoduch´ ych systém˚ u, vyroben´ ych napˇr. z plastov´ ych lahv´ı, ovˇsem m˚ uˇzete si objednat komerˇcn´ı systémy6 . Celou v´ yuku lze vést v nˇekolika kroc´ıch: 1. Nechat studenty naj´ıt co nejv´ıce informac´ı o hydroponick´ ych systémech, jejich rozdˇelen´ı na jednotlivé skupiny. 2. Tvorba jimi navrˇzeného hydroponického systému, pˇestován´ı prvn´ıch rostlinek. 3. Testován´ı r˚ uzn´ ych nastaven´ı parametr˚ u (tepla, svˇetla, ˇzivného roztoku). 4. Po tˇrech t´ ydnech zváˇzen´ı z´ıskan´ ych rostlinek po vysuˇsen´ı (bez koˇren˚ u), nebot’ hmotnost je hlavn´ı ukazatel u ´spˇeˇsného pˇestován´ı. 5. Porovnáván´ı v´ ysledk˚ u jednotliv´ ych skupin. Uˇz bˇehem pˇestován´ı lze vytváˇret se studenty grafy r˚ ustu rostlin (celkové v´ yˇsky, velikost list˚ u), veden´ı den´ıku pozorován´ı (nejen velikost, ale také barva list˚ u je dobr´ y ukazatel kvalitn´ıho pˇestován´ı). Tato u ´loha se také stává jednou z moˇznost´ı, jak propojit astronomii s biologi´ı. ••• ´ KARTY ? Pˇ r´ıklad 29: ASTRONOMICKE Vytvoˇ rte astronomick´ e karty s urˇ citou t´ ematikou. Cel´ a sada kartiˇ cek na sebe mus´ı navazovat, a to tak, aby ot´ azka na jedn´ e kartiˇ cce odkazovala na dalˇ s´ı kartiˇ cku. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: The Solar System Trading Cards, NASA

6

Problémem sp´ıˇse didaktick´ ym je provázanost hydroponie, jako rychlého pˇestován´ı rostlin tˇreba v bytech, s pˇestov´ an´ım rostlin s omamn´ ymi u ´ˇcinky. Pˇri prohledáván´ı internetu se tak studenti m˚ uˇzou s takov´ ymi str´ ankami setkat.


117

Astronomické kartiˇcky jsou podobné sbˇeratelsk´ ym kartiˇckám, pˇriˇcemˇz se na nich tentokrát objevuj´ı astronomické pojmy nebo objekty. Cel´ y soubor kartiˇcek na sebe navazuje. Jak ukazuje obrázek ze sady, kterou vypracoval student Petr Hoffman na Gymnáziu Ch. Dopplera, jedna strana kartiˇcky je vˇenována samotnému obrázku objektu, druhá strana potom základn´ımu nebo sloˇzitˇejˇs´ımu popisu objektu spoleˇcnˇe s otázkou, která vede na dalˇs´ı kartiˇcku. Kruh se uzav´ırá, nebot’ posledn´ı kartiˇcka smˇeˇruje otázkou na kartiˇcku prvn´ı. Studenti sami m˚ uˇzou vytvoˇrit sadu zaj´ımav´ ych sad kartiˇcek - zat´ımco na základn´ı ˇskole by ˇzáci zpracovávali napˇr. planety a mˇes´ıce sluneˇcn´ı soustavy, na stˇredn´ı ˇskole to m˚ uˇzou b´ yt Messierovy objekty, objekty Kuiperova pásu, aktivn´ı jádra galaxi´ı atd. ••• ´ PREDPOV ˇ ˇD ˇ Pˇ r´ıklad 30: HOROSKOPICKA E Najdˇ ete si t´ ydenn´ı, pˇ r´ıpadnˇ e tˇ r´ıdenn´ı horoskopickou pˇ redpovˇ ed’. V pr˚ ubˇ ehu tˇ echto dn´ı zaznamen´ avejte ud´ alosti, kter´ e se ve vaˇ sem ˇ zivotˇ e staly. Srovnejte skuteˇ cn´ e ud´ alosti s horoskopickou pˇ redpovˇ ed´ı. Najdˇ ete nav´ıc ve tˇ r´ıdˇ e nˇ ekoho jin´ eho, kdo se narodil ve stejn´ em znamen´ı, a porovnejte proˇ zit´ e ud´ alosti. obt´ıˇ znost: 1. roˇ cn´ık zdroj: S. S. Pompea Hlavn´ım u ´kolem tohoto cviˇcen´ı je pˇrinutit studenty kriticky pˇrem´ yˇslet o uveˇrejn ˇovan´ ych horoskopick´ ych pˇredpovˇed´ıch v novinách a v ˇcasopisech. Ty jsou také ˇ e republice stále populárnˇejˇs´ı. Uˇcitel samozˇrejmˇe nemus´ı ihned kritizovat v Cesk´ tyto populárn´ı horoskopy, zaj´ımavˇejˇs´ı je zpoˇcátku plnˇe pˇresvˇedˇcit studenty, ˇze horoskopy v novinách maj´ı plné vˇedecké opodstatnˇen´ı. Aˇz pˇri porovnáván´ı událost´ı, které se student˚ um staly, vyjde zákonitá pravda - totiˇz ˇze tyto horoskopy nemaj´ı ˇzádnou vypov´ıdac´ı hodnotu, jedná se pouze o vymyˇslené texty. Tato u ´loha také v´ıce otev´ırá prostor pro otázky student˚ u, jako napˇr. ,,Ovlivˇ nuje postaven´ı planet a hvˇezd budoucnost ˇclovˇeka?”, ,,Maj´ı jednovajeˇcná dvojˇcata stejn´ y osud?” Uˇcitel m˚ uˇze smˇeˇrovat pozornost k dalˇs´ım otázkách, které zaˇc´ınaj´ı b´ yt velmi vˇedecké, jako napˇr. ,,Ovlivˇ nuje Mˇes´ıc lidstvo?” (samozˇrejmˇe ˇze ano, slapy ovlivˇ nuj´ı oceány, t´ım také ˇclovˇeka), ,,Jak´ y vliv maj´ı sluneˇcn´ı erupce na ˇzivot na Zemi?” atd. Je moˇzné se zm´ınit také o tom, ˇze vlivem stáˇcen´ı zemské osy doˇslo ke zmˇenám ve zvˇerokruhu. Slunce tak nen´ı v takovém souhvˇezd´ı, které je právˇe znamen´ı. Tato u ´loha je tak motivaˇcn´ı pro v´ yklad precesn´ıch pohyb˚ u Zemˇe. •••

Mgr. Petr PUDIVÍTR. Školitel: Doc. RNDr. Marek WOLF, CSc

Recommend Documents