Данная работа ставит своей задачей на основе уникального материала связанного с Тунгусской катастрофой 1908 года, рассказать о принципах организации и проведении комплексной научно-исследовательской работы, как в астрономии, так и смеженной с ней областями. Познакомить учащихся с разнообразными методиками исследования, работой с научной литературой и приборами. Помимо этого, обучить ребят выполнять исследовательские задачи в сложных полевых условиях при минимуме бытовых удобств. А в отдельных случаях, показать, как принимаются решения при экстремальных ситуациях.
Особенностью программы является, во-первых; необычное сочетание астрономии с геофизикой, биологией, геологией, этнографией, литературой, что существенно расширяет процесс научного образования коллектива. Во-вторых, возможность индивидуальной работы, как с отдельными ребятами, так и с небольшими группами, разрабатывающими самостоятельные темы. В-третьих, обилие научной, научно-популярной, фантастической литературы, документальных фильмов позволяет использовать наиболее увлекательные формы в изложении достаточно серьезного научного материала.
СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЙ
1. Солнечная система: строение, состав, динамика
1.1.Строение Солнечной системы;
а) движение планет и их спутников;
б) движение малых тел;
в) границы Солнечной системы.
Практические занятия - наблюдение планет, движения их спутников.
1.2.Малые тела Солнечной системы:
а) астероиды и спутники планет;
б) кометы;
в) метеорные потоки;
г) семейства малых тел;
д) происхождение малых тел.
Практические занятия - наблюдение комет, астероидов.
1.3.Атмосфера Земли как защитный слой планеты:
а) строение и состав атмосферы;
б) физические явления в атмосфере.
Практические занятия - наблюдение сумеречных явлений, наблюдение облачного слоя планет в телескоп.
1.4.Падение космических тел на Землю:
а) метеорные явления в атмосфере Земли;
б) метеориты (типы метеоритов);
в) болиды техногенного происхождения;
г) космическая пыль.
Практические занятия - наблюдение метеорных потоков "персеиды", "ориониды", "леониды", посещение Минералогического музея.
1.5.Космические катастрофические события в истории Земли:
а) ударные и взрывные метеоритные кратеры;
б) астроблемы;
в) известные крупнейшие метеоритные кратеры;
г) подвижки материков как следствие космических катастроф;
д) последствия космических взаимодействий (изменение химического состава, условий жизни на Земле).
Практические занятия - посещение метеоритных кратеров, раскопки искусственных воронок.
1.6.Падение метеоритов на тела Солнечной системы:
а) происхождение рельефа Луны, лунные кратеры;
б) кратеры на планетах, спутниках и астероидах.
2. Тунгусская катастрофа 1908 года
2.1.Обстоятельства падения:
а) астрономическая обстановка в 1908 г.;
б) события, предшествующие падению;
в) условия полета Тунгусского болида в атмосфере Земли;
г) явления, сопровождавшие полет Тунгусского тела.
2.2.Геофизические явления, вызванные Тунгусским взрывом:
а) сейсмические и барические волны;
б) магнитная буря;
в) оптические аномалии.
Практические занятия - наблюдение серебристых облаков.
2.3.Разрушения, вызванные взрывом Тунгусского тела:
а) действия ударной и баллистической волны;
б) световой ожог;
в) электромагнитное воздействие.
Практические занятия - изучение ветровалов, определение азимутов повала деревьев.
2.4.Последствия Тунгусского взрыва:
а) мутационные изменения у растительного и животного мира;
б) изменения форм рельефа;
в) радиационная обстановка;
г) физические изменения в почвах и породах;
д) космохимические аномалии.
Практические занятия - биологические изменения "мутации сосны", изучение моховых отложений, лабораторная работа "радиометрические измерения".
3. Исследование Тунгусского явления
а) первые посещения места катастрофы;
б) экспедиции Л.Кулика;
в) послевоенные экспедиции Академии Наук СССР;
г) комплексные самодеятельные экспедиции;
д) поиски фрагментов метеорита;
ж) теоретические исследования и модельные эксперименты;
з) молодежные экспедиции Дворца.
Практические занятия - посещение Комитета по метеоритам.
4. Гипотезы о природе Тунгусского метеорита
а) метеоритная гипотеза;
б) кометная гипотеза;
в) ядерная гипотеза;
г) иные возможные варианты катастрофы.
Практические занятия - дискуссионный клубный вечер, посвященный обсуждению гипотез.
5. Научные программы
а) программы, связанные с поиском вещества Тунгусского метеорита;
б) программы, связанные с изучением последствий взрыва;
в) комплексные и международные программы;
г) принципы организации научных экспедиций;
д) конференции и симпозиумы;
е) методы получения и обработки научной информации.
6. Загадки Тунгусской катастрофы
а) загадочные кратеры;
б) необычные камни;
в) необычные астрономические события, относящиеся к 1908 году;
г) необычные события и места, приписываемые Тунгусскому явлению. Практические занятия - тематический вечер "Тайна Тунгусской катастрофы".
7. Мифы, легенды, литературные произведения
а) рассказы и легенды местных жителей;
б) художественные литературные произведения;
в) стихи, песни, произведения живописи, относящиеся к Тунгусской проблеме.
Практические занятия - встреча с участниками экспедиций.
ЭТАПЫ РАБОТЫ И КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ
1. Учебный этап: включает курс лекции по теме "Солнечная система", изучение материалов, связанных с Тунгусской проблемой, просмотр фото- и видео материалов, посещение музеев и научных учреждений.
По окончании этого этапа ребята обстоятельно знакомятся с теоретическим материалом, включающим астрономические, физические и исторические сведения, относящиеся к изучаемой теме, участвуют в дискуссиях и обсуждениях. Педагог формирует у учащихся представление о научной стороне изучаемого вопроса, знакомит с научной и научно-популярной литературой.
2. Подготовительный и тренировочный этапы соответственно включают: наблюдение Луны и планет, метеорных потоков, комет, серебристых облаков. Проведение тренировочных походов и учебных экспедиций. Посещение интересных мест, возможные раскопки кратеров и воронок. Тренировочные выезды предусматривают работу с геофизической, астрономической, фото- и видео аппаратурой.
Итогом этой работы, являются практические навыки, полученные во многом от самостоятельной деятельности. Ребята с помощью астрономических наблюдений осваивают технику получения первичного информационного материала. В тренировочных походах и экспедициях учатся взаимодействию в различных "нештатных" ситуациях. В этот же период в основном осуществляется педагогическая коррекция личности и происходит формирование физических качеств будущих участников экспедиции.
3. Основной этап: проведение комплексной научно-исследовательской экспедиции к месту тунгусской катастрофы. Получение фактического материала.
По завершению данного этапа ребята получают представление о комплексном подходе к решению задач в условиях экспедиции. Обучатся составлению научных программ для выполнения собственных локальных задач. Освоят методику практической реализации полевых экспедиций.
4. Заключительный этап: обработка материалов, организация выставок, монтаж видеоматериала, подготовка статей и докладов. Работа с компьютерным банком данных. Выступления на юношеских научных конференциях.
По его окончании, участники получают навык работы с научной литературой, составлению научных отчетов и статей. А самое главное сформируют представление о собственной роли в проведенной работе, что на многие годы определит их дальнейший, жизненный путь, поможет правильно выбрать профессию. Очевидно, что не все воспитанники будут заниматься научной работой, (впрочем, такая задача и не ставилась) поэтому никаких тестов по знанию материала по данной программе не предусматривается. Каждый ученик сам определяет степень своего участия в ней. И здесь много зависит от таланта педагога, способного донести основную идею и раскрыть способности ученика.
Изучение материала по данной программе подразумевает комплексный подход, в связи с чем, некоторые ее этапы в зависимости от создавшихся условий, могут проводится вне календарного плана. Например; астрономические наблюдения, тренировочные походы, посещение научных учреждений.
ЭКСПЕДИЦИИ
Многочисленные экспедиции по поиску Тунгусского метеорита приблизили исследователей к разгадке тайны природы, но не дали полного представления об этом необычном явлении. Причин тому много. И, прежде всего, противоречивость собранных фактов. Отчасти запутанность проблемы проистекает от условий, в которых они добываются. Работа на месте катастрофы существенно осложняется тем, что это место расположено в глухой сибирской тайге, малодоступно и сильно заболочено. Возможно, поэтому, на месте взрыва и прилежащих к нему областях, достоверно не найдено ни одного грамма вещества Тунгусского метеорита. Эпицентр - это большая десятикилометровая котловина, окруженная небольшими сопками, являющаяся палеовулканом, образовавшимся около 250 млн. лет тому назад. Геологическое строение района достаточно сложное, представлено различными минералами. Очевидно, что они в значительной степени влияют на радиационный фон исследуемой местности, и на химический состав почвенных проб. При всем объеме выполненных работ, пока остается неясным, каким был взрыв - тепловым или ядерным? Что собой представляет так называемый «лучевой ожог», повредивший кроны и стволы деревьев? Именно эти вопросы явились основой нашей научной программы, общая концепция которой, изложена в программе «Образ», разработанной Д.Н.Петровым.
С 1995 года район Тунгусской катастрофы объявлен государственным биосферным заповедником. В этой связи его посещение экспедициями Дворца, представляет для нас особый научный и познавательный интерес, т.к. тематика наших работ включена в научную программу заповедника «Тунгусский». Общее руководство исследованиями на месте катастрофы, многие годы осуществлял заместитель директора заповедника по научной работе - академик АМН РАН Николай Владимирович Васильев.
Подготовка
Как правило, в работе экспедиций принимают участие школьники старших классов, имеющие опыт туристических путешествий, увлекающиеся исследовательской работой и проявляющие интерес к Тунгусской проблеме. Перед тем как отправиться к месту Тунгусской катастрофы, кружковцы проходят практику в летних экспедициях на загородной астрономической базе Дворца, совершают тренировочные пешие и лыжные путешествия по Подмосковью. Ежегодно выезжают в походы по Горному Крыму.
Занятия в астрофизическом кружке позволяют узнать множество фактов из истории Тунгусских экспедиций, познакомиться с учеными-исследователями, помогают сформировать программу предстоящей поездки, выбрать необходимые маршруты. Одним из важных отличительных качеств этого коллектива, является большая практическая деятельность, направленная на подготовку к предстоящему путешествию. Ребята регулярно проводят самостоятельные астрономические наблюдения, фотографируют небесные объекты, активно используют компьютерную технику, овладевают навыками научной фотосъемки, работой с видеокамерой. Все участники будущего похода проходят практику в летней учебно-тренировочной экспедиции в Подмосковье, где отдел астрономии Дворца проводит ежегодные наблюдения серебристых облаков. Там же они учатся работать со специальной аппаратурой предназначенной для будущих экспедиций: радиометрами и приборами космической навигации. Знакомятся с методикой взятия древесных, почвенных и моховых проб. Отрабатывают способы самостоятельного прохождения полевых маршрутов ориентировки на местности, системы радиосвязи. То есть, к началу полевых работ на Тунгуске, все ее участники получают всестороннюю образовательную и физическую подготовку, что во многом и определяет успех предстоящего выезда.
В тунгусской тайге
Рассмотрим путешествие к месту Тунгусской катастрофы на конкретном примере. Итак, 14 июля 2000 г. наша группа в полном составе скорым поездом выехала из Москвы в Красноярск. 17 июля мы вылетели из Красноярска в поселок Ванавара, где после согласования программы работ с сотрудниками заповедника, и оформления необходимых документов, была организована закупка продуктов. 19 июля, на вертолете МИ-8 был заброшен первый отряд в район первой базы Л.А.Кулика на реке Хушма. Значительная часть участников под руководством Дмитрия Ефанова отправилась в пеший 80 километровый маршрут по знаменитой «тропе Кулика» - дороге первых исследователей 20-х-30-х годов. В задачу этой группы входило обследование редкого природного образования – каменных останцев под условным названием «идолы», а также изучение состояния тропы. Тропа – это испытание на прочность. За двое суток ребятам нужно пройти по топям болот, малозаметным тропинкам, переправится через таежные реки Чамба и Хушма, преодолеть многокилометровые завалы старых пожарищ. А если к этому еще добавить любопытных медведей, всякого зверья, изрядное количество слепней и комаров, то станет понятным, что наши юные тунгусские рейнджеры на финиш пришли совсем не такими, какими их отправляли родители. А подмосковный лес им после этого, казался милым парком. Конечно, такие путешествия проводятся под неусыпным контролем руководителей и сотрудников заповедника.
Начиная с момента прибытия в эпицентр, все работы выполнялись строго по программе ввиду острого дефицита времени. Прежде всего, были развернуты регулярные патрульные наблюдения загадочных серебристых облаков. И в этом деле нет более опытных наблюдателей, чем Петр Калмыков и Сергей Клеменов. Изучение облаков ведется им в ночное время с астропункта, устроенного в массиве небольшого хребта горы Каскадной. Это место является нашей постоянной базой с 1977 года. Их исследование представляет особую ценность для заповедника, так как в Сибири нет второго места со столь продолжительными рядами наблюдений. Ночной режим предусматривал дежурство, начиная с 23 часов до 4 часов утра. Работа по этой тематике продолжались до 8 августа.
Мы не ограничивались только ночными наблюдениями, в дневное время выполняли программные маршруты по изучению особенностей повреждения местных деревьев. Нас интересовало, является ли так называемый «лучистый ожог» деревьев, действительно световым ожогом, а не следами молниевых ударов, сопровождавших Тунгусский взрыв. Впервые, в этом году, в районе эпицентра обнаружены и изучены деревья со следами современных молниевых повреждений. Следует отметить, что этих работ до нас никто не проводил. Почвенные пробы, взятые Сергеем Власовым в муравейниках по программе “Тектит”, позволили московскому исследователю Е.В. Дмитриеву выявить частицы кометного вещества – стримергласы. Как и в предыдущие годы, продолжались работы по изучению радиационного фона в районе эпицентра взрыва, определению геодезических координат наиболее важных точек.
Закончив основные работы к 31 июля, весь состав экспедиции на двух катамаранах начал сплав по таежным рекам Хушма и Чамба. Маршрут с технической точки зрения не сложен, но крайне интересен. Именно по нему проходили первые отряды исследователей под руководством Леонида Кулика в 1927 – 1930 гг. Целью этого 220 километрового маршрута было взятие проб вдоль траектории и изучение следов Тунгусского взрыва на востоке и юго-востоке от эпицентра. Река Хушма, по нашим наблюдениям, за последние годы существенно пополнилась рыбой, что, вероятно, связано с введением ее в зону заповедного режима. Завалы на реках, мели, проливные дожди и ежедневная восьми часовая гребля, оставили неизгладимое впечатление от этого удивительного похода. На реке Чамбэ мы побывали на заброшенном прииске по добыче исландского шпата. 7 августа достигли устья Чамбы и вплыли в Подкаменную Тунгуску. Здесь нас встретили сотрудники заповедника, и мы на двух моторных лодках переехали в поселок Ванавара. Затем, 9 августа перелетели в г. Красноярск, откуда скорым поездом выехали в Москву.
В итоге, преодолев 8200 км по железно дороге, 1300 км на самолете, 70 км на вертолете, 220 км на лодках и полторы сотни километров пешком, все участники экспедиции 12 августа прибыли в Москву.
С первыми итогами выездов все знакомятся на вечере "Из дальних странствий возвратясь". Здесь идет рассказ о самом интересном и значительном, о забавных случаях и приключениях. Рассказы иллюстрируются слайдами и видеофильмами, звучат выученные, а иногда – сочиненные песни. Затем итоги выездов докладываются на юношеских научно-практических конференциях. Наиболее интересные результаты публикуются, докладываются научной общественности.
Программа исследований и результаты Тунгусских экспедиций обсуждаются на специальных семинарах, в которых участвуют заинтересованные ученые, педагоги и учащиеся. Усилиями Арсентия Дафинцева, под руководством В.А.Ромейко, в нашей стране создан единственный тематический сайт в Интернете - tunguska.ru.
По результатам наших работ, в 2000 году издан научный труд: «ТУНГУССКИЙ СБОРНИК». Елизавета Расторгуева, Константин Деманов, Петр Калмыков, Сергей Власов и Дмитрий Насонов за свои доклады на юношеских научных конференциях неоднократно награждались призовыми местами. Только за 2000-2001 учебный год группа молодых астрофизиков, выезжавшая на Тунгуску, получила 7 дипломов.