Symulacje komputerowe w astrofizyce

Warsztaty z programowania skupiające się na symulowaniu zjawisk astrofizycznych

W czasie trwania warsztatu zapoznamy się podstawowymi siłami kształtującymi zachowanie się obiektów w kosmosie. Poznamy również proste techniki programistyczne pozwalające nam zasymulować niektóre zjawiska astrofizyczne.

Do kogo kierowany jest ten warsztat?

Warsztat jest dedykowany osobom zainteresowanym fizyką i astronomią oraz pragnącym nauczyć się programować w C++, przybliżając sobie zagadnienia astrofizyczne. Kurs przeznaczony jest dla uczniów nie umiejących programować! Umiejętności zdobyte w czasie warsztatu będą użyteczne na studiach z fizyki, astronomii, fizyki technicznej, informatyki oraz dla każdego kierunku ścisłego czy technicznego. 

Do uczestnictwa w warsztacie wymagana jest podstawowa znajomość:

• narzędzi matematycznych: rozwiązywanie równań i nierówności w tym kwadratowych, pojęcie funkcji, logarytmów, sinusów, cosinusów, tangensów i cotangensów,
• zagadnień fizycznych omawianych w szkole:  prawa Newtona, zasada zachowania pędu i energii, fale mechaniczne.

Niezbędny sprzęt i oprogramowanie

Do udziału w warsztacie wymagany jest własny laptop z zainstalowanym Code::Blocks z komplilatorem (można pobrać z http://www.codeblocks.org/downloads/26 dla Windowsa wersja -> codeblocks-17.12mingw-setup.exe). Należy po zainstalowaniu sprawdzić, czy wszystko działa (czy Hello World się kompiluje).

Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?

Dzięki udziałowi w warsztacie uczestnicy:

• poszerzą wiedzę z fizyki i astronomii,
• nauczą się programować w C++,
• poznają podstawowe narzędzia pracy astrofizyka,
• rozwiną umiejętności logicznego myślenia i projektowania.

Program warsztatu

Dzień pierwszy

Łazik marsjański

W ramach wstępu do programowania napiszemy prosty programy symulujący misję łazika marsjańskiego. Zaplanujemy jego trasę, pokonamy stojące na drodze przeszkody, wykonamy misję, pobierzemy próbki i wyślemy informacje o nich do centrum dowodzenia misji. 

Dzień drugi

Układ planetarny

Omówimy najważniejszą siłę kształtującą Wszechświat: grawitację. Zastanowimy się jak można ją uwzględnić w symulacji. Sprawdzając możliwości prezentacji wyników działania programu, zaprojektujemy model gwiazdy z układem planetarnym. W szczególnym przypadku sprawdzimy, czy nasz program działa dla Układu Słonecznego. 

Dzień trzeci

Problem trzech ciał

Omówimy astronomiczny problem trzech ciał oraz jak to się łączy z odkryciem Neptuna. Zmodyfikujemy nasz poprzedni program uwzględniając masę planet. Zobaczymy co się stanie, gdy zamienimy centralną gwiazdę na gwiazdę podwójną. 

Dzień czwarty

Gaz doskonały

Wszechświat składa się w większości z gazu. Dla uproszczenia opisu w astrofizyce zwykle przyjmujemy w opisie, że ów gaz jest gazem doskonałym. Zaprojektujemy model fizyczny przedstawiający zachowanie się danego gazu. Pomoże to nam w zrozumieniu procesu kształtowania się gwiazd.

Dzień piąty

Słońce i gwiazdy

Przyjrzymy się bliżej reakcjom zachodzącym wewnątrz gwiazd ciągu głównego. Dowiemy się, co mają wspólnego z najsłynniejszym wzorem fizycznym na świecie. Zaczniemy programować model gwiazdy z uwzględnieniem promieniowania i grawitacji, zobaczymy jak nasza symulacja zachowuje się dla szczególnego przypadku Słońca. Sprawdzimy też, co się dzieje gdy gwiazdy przestają być w stanie równowagi, czyli opowiemy sobie o supernowych, białych karłach, gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach.