Отчёт о проведении второй Летней Школы по Астрофизике 2023

Ничто так не бодрит жарким летом, как хорошая летняя школа по астрофизике. Нашу школу мы проводим во второй раз, поэтому смогли сделать её ещё лучше, чем в прошлом году. По сравнению с 2022 годом нам удалось увеличить количество участников до 20 и существенно расширить их географию, провести отбор самых сильных заявок, подготовить виртуальную машину с необходимым софтом и даже найти мецената, который материально поддержал участие некоторых студентов.

Всего мы получили 39 заявок на участие, каждая из которых была независимо оценена тремя членами научного оргкомитета, в который входили Михаил Лисаков (АКЦ ФИАН, председатель), Сергей Дроздов (АКЦ ФИАН), Елена Нохрина (МФТИ), Илья Пащенко (АКЦ ФИАН), Юрий Ковалев (АКЦ ФИАН, МФТИ, MPIfR), Василий Семёнович Бескин (МФТИ, ФИАН), Андрей Лобанов (MPIfR), Сергей Пилипенко (АКЦ ФИАН) и Татьяна Ларченкова (АКЦ ФИАН). В итоге было выбрано 20 заявок, набравших максимальные баллы. В 2023 году в Школе участвовали студенты 2-6 курсов из МФТИ, МГУ, СПбГУ, ФТИ им. Иоффе, Санкт-Петербургского Политеха, ВШЭ, Кубанского Госуниверситета.

Как и в прошлом году, все занятия проходили на базе Пущинской РадиоАстрономической Обсерватории. Близость к природе, размеренный ритм небольшого города и телескопы под боком — отличное сочетание для продуктивной работы и учёбы. Основная особенность Летней Школы по Астрофизике состоит в том, что больше половины времени посвящено практическим занятиям. Это даёт возможность незамедлительно применить полученные знания на практике, и не только узнать, но и научиться чему-то новому. В этом году студенты слушали лекции и решали задачи по астрофизике релятивистских джетов и радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, космологии и галактикам с пылью.

Конечно, при проведении школы мы получили поддержку и содействие от многих людей и организаций. АКЦ ФИАН компенсировал все расходы лекторов, за счёт чего мы смогли отменить организационный взнос для участников. Пущинская РадиоАстрономическая Обсерватория предоставила помещения и оборудование для проведения занятий, а её директор Сергей Тюльбашев провёл замечательную экскурсию по телескопам. ЛФИ МФТИ, ГАИШ МГУ и СПбГУ поддержали приезд своих студентов, а Константин Степанов, исполнительный директор компании HFLabs, помог поддержать остальных. В итоге всё сработало отлично, и скоро можно будет планировать следующую школу. А пока, подробности о темах, задачах, отзывы студентов и мнения лекторов можно почитать ниже.

 

Активные ядра галактик

Активные ядра галактик — одни из самых интересных объектов во Вселенной. В области размером с нашу Солнечную систему может генерироваться в тысячу раз больше излучения, чем в целой галактике, и такая мощность может поддерживаться на протяжении миллионов лет. Их центральные чёрные дыры запускают потоки релятивистских частиц, которые преодолевают расстояния в миллионы световых лет. Активные ядра галактик не только излучают во всём диапазоне электромагнитного спектра, но также могут рождать нейтрино сверхвысоких энергий, а слияние их центральных чёрных дыр в ранней Вселенной могло привести к излучению недавно обнаруженных гравитационных волн низкой частоты. Сейчас многие проекты по изучению активных ядер используют метод интерферометрии со сверхдлинными базами, который позволяет рассматривать их центральные области в мельчайших подробностях. Самые известные наблюдательные проекты - это РадиоАстрон, Телескоп Горизонта Событий и планируемый Миллиметрон. Два из этих проектов - российские. Поэтому так важно накапливать опыт обработки интерферометрических наблюдений у нас в стране.

Магнитное поле играет важную роль при запуске и поддержании стабильности релятивистской струи активного ядра галактики. Направление и степень упорядоченности магнитного поля, а также распределение этих характеристик по струе можно получить из наблюдений линейной поляризации. Такие измерения с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) дают возможность изучить магнитное поле релятивистской струи на масштабах миллисекунд дуги. На занятии, посвященной этой теме, была показана связь магнитного поля с линейной поляризацией, рассмотрены наблюдения поляризации, указывающие на существование упорядоченной крупномасштабной компоненты и локальных неоднородностей магнитного поля.

На практической работе студенты проводили моделирование поляризационных наблюдений. Задавались физические параметры парсековой струи со спиральных магнитным полем, параметры РСДБ-наблюдений и на выходе были получены наблюдаемые карты распределения степени и направления поляризации по источнику.

 

Компьютерная симуляция релятивистских выбросов и направления линейной поляризации в них. Результаты студентов Екатерины Шишкиной и Артёма Чурилкина.

 

Космология

Значительная часть второй недели школы была посвящена космологии. Теоретики постоянно придумывают новые модели устройства Вселенной, и чтобы проверить их на соответствие наблюдениям, надо смоделировать, как будет выглядеть вселенная с теми или иными свойствами: какого размера будут пятна на карте реликтового излучения, когда возникнут первые галактики, как они распределятся в пространстве, сколько будет скоплений галактик, и т.д. Конечно, за неделю невозможно пройти весь путь решения столь сложной задачи, так что мы успели лишь прикоснуться к основным моментам наблюдательной космологии. Тем не менее, студенты школы научились считывать и анализировать карты анизотропии реликта, сами смоделировали образование ячеистой крупномасштабной структуры, построили теоретические предсказания количества скоплений галактик. Мы извлекли из содержащей петабайты информации базы данных больших общедоступных космологических симуляций нужные нам характеристики, и попытались воспроизвести процесс наблюдения модельных галактик.

Если правильно задать начальные возмущения плотности и скорости материи в ранней Вселенной, со временем материя собирается в “стенки”, между которыми расположены “пустоты”. Результат моделирования, полученный участником школы В. Черносовым.

Данные, собранные многочисленными экспериментами (WMAP, Planck,etc.), удобно анализировать при помощи специального программного обеспечения HEALPix и, в частности, пакетом healpy, разработанным специально для языка Python.

После введения, включавшего базовые манипуляции с картами реликтового излучения (смену режимов пикселизации, выбор индексов элементов массивов в кругу определенного радиуса, вращение карты), мы перешли к постройке спектров мощности и тонкостям разложения карты реликта по базису сферических функций.

Немного внимания было уделено алгоритмам отделения фоновых компонент от искомого сигнала (Internal Linear Combination vs. constrained ILC) при измерении частотного спектра реликта, а также некоторым способам генерации модельных фоновых компонент (пакет pysm).

 

 

Типы численных ошибок в астрофизических задачах

Понимание и умение устранять численные ошибки являются фундаментальными навыками во многих научных и инженерных областях, включая космологию и астрофизику. Например, численные ошибки могут исказить результаты симуляций и вычислений. Это может привести к неверным выводам и недостоверным данным – или вообще спутать численный эффект с реальным физическим процессом. С другой стороны, ошибки могут привести к необходимости использовать более мощные вычислительные ресурсы или увеличить время выполнения задачи. Эффективное управление ошибками позволяет сэкономить ресурсы и временные затраты.
В ходе нашего занятия мы разбирались с тем, как различные виды численных ошибок могут влиять на результаты симуляций. Студенты имели возможность ознакомиться с практическими примерами и случаями из реальных исследований, где эти ошибки могут играть существенную роль.

Численная ошибка в ±20 порядков, возникающая при округлении результата вычитания близких по значению чисел

Физика пыли

Чтобы вся вторая неделя не принадлежала только космологии и практике по численным ошибкам мы решили добавить курс лекций по физике пыли и её наблюдательным проявлениям. В инфракрасном диапазоне она является доминирующим источником излучения и наблюдается во множестве объектов. Различные механизмы нагрева, различная физика разрушения пылинок, особенности в поглощении и излучении квантов пылью – всё это даёт большой материал для изучения студентам. Всё в деталях, к сожалению, нельзя уместить в рамках 4-5 лекций, но основные важные аспекты этой науки были собраны в курс, который был прочитан в рамках нашей Летней школы по астрофизике. Практическая часть, из-за богатства теоретического материала, была немного вторична, но обучающиеся познакомились с некоторыми подходами моделирования эмиссионных спектров нагретой пыли, характерной для внутренних областей галактик и остатками сверхновых.

Вот так выглядело расписание Школы. А по ссылкам можно найти презентации.

 

 

 

лекции

практические занятия

организованный досуг

 

Первая неделя (14 - 18 августа 2023)

	Пн	Вт	Ср	Чт	Пт
09:30 - 11:00		Бескин Василий Семёнович Открытые вопросы физики релятивистских джетов	Лисаков Михаил Практикум по обработке и анализу РСДБ данных	Плавин Александр Gaia и РСДБ	Решение задач
11:30 - 13:00		Плавин Александр Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами		Плавин Александр Практикум	Тюльбашев Сергей Анатольевич Экскурсия по Обсерватории
	Обед
14:30 - 16:00	Лисаков Михаил Активные ядра галактик и их релятивистские выбросы	Плавин Александр Получение физических параметров АЯГ из наблюдений	Лисаков Михаил Практикум	Плавин Александр Практикум	Зобнина Дарья Исследование магнитного поля активных ядер галактик с помощью поляризации
16:30 - 18:00	Лисаков Михаил Преобразование Фурье	Кравченко Евгения Картографирование и моделирование джетов в Difmap			Зобнина Дарья Практикум

 

Вторая неделя (21 - 25 августа 2023)

	Пн	Вт	Ср	Чт	Пт
09:30 - 11:00	Михальченко Артём / Пилипенко Сергей Реликтовое излучение	Ткачёв Максим Типы численных ошибок в астрофизических задачах	Дроздов Сергей Астрофизика пыли	Пилипенко Сергей Создание и использование модельных каталогов галактик	Пилипенко Сергей Моделирование фоновых источников излучения Стратегии составления обзоров неба на астрофизических телескопах
11:30 - 13:00		Ткачёв Максим Практикум		Пилипенко Сергей Создание и использование модельных каталогов галактик	Пилипенко Сергей Язык программирования Julia в астрофизических задачах
	Обед
14:30 - 16:00	Михальченко Артём Практикум Работа с картами CMB, пакет healpy	Дроздов Сергей Инфракрасные источники излучения Астрофизика пыли	Пилипенко Сергей Численные модели Вселенной	Пилипенко Сергей Оценки чувствительности инструментов Планирование наблюдений на Миллиметроне и других субмиллиметровых обсерваториях
16:30 - 18:00

 

 

 

Такая у нас получилась насыщенная и интересная Школа. Как обычно, мы собрали анонимные отзывы от студентов, которые помогут нам сделать следующую Школу ещё лучше. А пока их просто приятно почитать.

Анонимные отзывы студентов о Школе:

1. Вначале, когда я увидела расписание, я подумала, что это будет тяжелыми 11-ю днями, и я буду очень сильно уставать. Но все было наоборот. Это были прекрасные 11 дней лета. Мало того, что ребята, с которыми я занималась, были хорошими и интересными, умными людьми, преподаватели были просто огонь! Михаил Лисаков и Александр Плавин очень энергичные, активные, харизматичные. Они очень круто рассказали темы про АЯГи и РСДБ. Особенно меня порадовала лекция про GAIA и РСДБ. В университете было много лекций про эту миссию, и, увидев лекцию про GAIA, я подумала: "Ну вот, опять лекция про эту миссию, сколько можно". Но это была ДЕЙСТВИТЕЛЬНО интересная лекция! Задачи были интересные и в меру сложные. На второй неделе была космология и астрофизика пыли. Это была более сложная неделя из-за тем, но было правда интересно. Сергей Дроздов рассказал нам, кажется, почти все про пыль, что просто отлично для старта работ в этой области. Я никогда до этого не интересовалась этой темой, но узнать про нее столько было полезным для общего развития. Во время лекций по космологии было очень интересно, поскольку мне интересна комология. Мне эта часть понравилась тем, что можно было вникнуть в нее, не зарываясь в очень сложные формулы, теории и модели, Сергей Пилипенко объяснял все доступным языком. Но задачи на этой неделе (кроме занятия по численным ошибкам и астрофизике пыли) были как мне показалось сложными. То-ли из-за того, что я не до конца понимала смысл их выполнения, какой у нас будет конечный результат, то-ли из-за плохого самочувствия на той неделе. Но была одна задача, на моделирование каталога галактик, которая мне очень понравилась, и с помощью преподавателя сделать ее было мне по силам. Отдельно хочется упомянуть творческую атмосферу на семинарах, совместные прогулки и походы на обед. Огромное спасибо организаторам и преподавателям школы за создание настолько гармоничного сочетания работы и отдыха. За то, что на школе были абсолютные разные возраста: кто-то был после 1-2 курсов, а кто-то уже в аспирантуре.
2. Школа получилась невероятно крутой. Темы лекций были очень интересными, на острие науки, а лекторы прекрасно подготовленными. Во многих лекциях использовались интерактивные штуки (анимации и расчеты с Julia -- круто), а после лекций нам отправляли все материалы, блокноты и дополнительные книжки. Какие-то вещи, которые были на лекциях, я слышала раньше в университете, но на школе многое "устаканилось" в голове в красивую картинку (особенно часть с космологией). На практических занятиях было много небольших задач. На мой взгляд, это идеальный формат для двухнедельной школы. Некоторые задачи были совсем маленькие (дописать куски кода или подёргать параметры), а некоторые имели настоящую научную ценность -- над такими задачами можно продолжить работать и после школы. К началу школы у меня уже была научная работа (как раз связанная с пульсарами и рсдб), поэтому новой я не искала, но задачи на школе дали мне практические навыки (тот же Difmap) и, что самое важное, веру в собственные силы и мотивацию работать. Было очень приятно думать над задачами в компании единомышленников, в условиях ограниченного времени появлялся настоящий азарт. На школе были ребята разных возрастов, так что определенно проходил обмен опытом. В том числе и из неформального общения я узнала вещи, которые пригодятся мне в моей научной работе. Спасибо всем причастным!
3. Рецепт хорошей выездной школы -- собрать в одном месте увлечённых студентов и не менее увлечённых своим делом преподавателей. Именно такая комбинация была реализована на прошедшей Летней Школе по Астрофизике в ПРАО. Она была разбита на две недели, первая из которых была посвящена активным ядрам галактик, а вторая -- космологии. Следует отметить, что большой упор делался на практическое применение получаемых знаний. Вслед за теорией сразу же шли лабораторные работы, материал для которых отбирался из реальных научных задач. Это позволяло не только узнать, с какими задачами сталкивается профессиональный астрофизик, но и, при наличии сил, развить то, что начиналось как обычная лабораторная, в полноценный проект, по итогам которого можно написать публикацию. Место проведения Школы -- Пущинская Радиоастрономическая Обсерватория -- напрямую соответствовало духу мероприятия. Участники не только столкнулись с реальными астрофизическими задачами, они также увидели непосредственно жизнь учёных-астрофизиков и побывали на радиотелескопах. Телескоп -- это то, с чего начинается астрофизика, и обсерватория, как место для школы, как нельзя лучше способствует полному погружению в науку. Одним из ключевых принципов Школы был принцип работы в команде. Это чрезвычайно важно, ведь большая наука не делается в одиночку. Пройдя через эту Летнюю Школу участники получили возможность создать научные связи, которые в дальнейшем необходимы любому учёному для успешной работы. Две недели Школы можно охарактеризовать одним словом: "восторг". Хочется выразить огромную благодарность организаторам и преподавателям за проделанную работу.
4. Прекрасные преподаватели, как в учебном плане, так и в личном, невероятно дружный состав учеников, красивые дневные и ночные виды, пешая доступность до мест досуга — всё это уместилось в маленьком, но уютном городе Пущино. Лекционный материал был подобран интересным и рассказан с душой, слушать — одно удовольствие. Практические занятия получились наглядными и веселыми, потому что работали в командах. Делать задания сообща в целом лучше, чем в одиночку. Расписание занятий получилось, как мне показалось, идеальным, так как мы с ребятами успевали и поработать вдоволь, и в меру отдохнуть. В итоге за всё время пребывания устать или соскучиться было некогда, а еще получилось постигнуть одну истину — лучше не спешить во избежание инцидентов, а то даже лестница может стать опасной) Отдельное спасибо за экскурсию по территории обсерватория! Астрошкола получилась замечательной! Ни разу не пожалел, что приехал.
5. Огромное спасибо организаторам и преподавателям школы, было очень круто и интересно! + Отлично подобрано соотношение лекции/практики, весь изученный материал можно сразу «потрогать руками» и применить к актуальным задачам. + Атмосфера школы, общение с преподавателями и студентами, которые действительно горят своим (и твоим! школа то под конкретные темы заточена) делом мотивирует двигаться дальше и достигать новых высот. Это особенно ценно для тех, кто выгорел или чувствует, что стоит на месте. + На мой взгляд, хорошо получилось выдержать баланс между разным уровнем знаний студентов. Были и студенты 2го курса, а аспиранты, и в среднем для студентов нагрузка была ок, но и аспирантам было интересно и не скучно. +- Долгие перерывы это хорошо, т.к. позволяют общаться и отдыхать, но перерывы между парами показались слишком долгими. +- Хотелось бы больше преподавателей на практические занятия:( В первую неделю у Михаила и Александра получалось контролировать всех студентов (сверхлюди просто :D) и вовремя кому-то что-то подсказывать, а на второй неделе иногда было тяжело поспевать за преподавателем. В такой ситуации либо вопросы студента останутся без ответа, либо преподаватель зависнет с одним человеком, оставив остальных без внимания. - В продолжение к предыдущему пункту: были моменты, когда у кого-то софт сразу встал и заработал, а у кого-то ооооочень долго не заводился. Таких людей по ощущениям было примерно 50/50, и это очень плохая ситуация, когда преподаватель один и вынужден выбирать: либо работать с теми, у кого уже всё работает, либо помогать тем, у кого ничего не работает. Но это почти полностью решается увеличением штата преподавателей, так что прямо так и публикуйте (пожалуйста)!!!!! + ^^^ Кстати, на лекции про поляризацию твист со спонтанным конкурсом показался довольно забавным и действенным)) + В целом, получилось почерпнуть очень много новой информации и НАВЫКОВ, офигенно!!!!
6. Спасибо организаторам Школы за эти две недели! Это была прекрасная возможность узнать, какие исследования проводятся в АКЦ ФИАН. Причем узнать не только на словах: лекторы рассказали физические основы той области, в которой они работают, и дали нам возможность самим поработать с реальными данными. Лекции было слушать очень приятно и сами лекторы рассказывали настолько интересно, что даже на первой паре не хотелось спать)
7. Атмосфера Летней Астрофизической Школы в Пущино непередаваема! За прошедшие две недели, мне удалось не только погрузиться в неизвестные доселе области астрофизики, но и познакомиться с очень разными людьми, насколько же заинтересованными в научном поиске. Формат лекций и практических занятий также был на высоте — интересные и достаточно понятные лекции активно перекликались с непосредственной работой с данными, а сам формат практических занятий — в подготовленных jupiter-ноутбуках с кодом и пояснениями — позволил быстро разобраться в технической реализации. В то же время, место проведения — город Пущино — позволил максимально влиться в атмосферу совместной научной работы, дав возможность вырваться из обыденной суеты, одновременно созерцая красоты местной природы. Спасибо за прекрасную возможность приобщиться к науке, обязательно приеду ещё!
8. Летняя школа по астрофизике оказалась увлекательным опытом. За две недели были окунуты в мир астрофизики и познакомились с единомышленниками, увлеченными научной карьерой в этой области. Особенно приятно было работать с данными РСДБ. Кроме того, мы запрограммировали много полезных вещей из космологии, которые смогут нам пригодиться в будущих научных исследованиях.
9. Безумно благодарна за бесценный опыт, который наработала не только я, но и другие участники школы! Очень нравилось то, что мы консолидировались вокруг задач, думали над ними, как-то распределяли функции. Организаторы помогали понять задачу, их решать было очень весело). Практический уклон очень полезен, сразу понятно к чему душа лежит больше.
10. У меня есть некоторый опыт посещения летних школ и я могу точно сказать, что эта школа была лучшей в плане соотношения теории-практики! Преподаватели очень внимательные и всегда помогали и отвечали на любые даже самые глупые и как могло оказаться очевидные вопросы. Понравилось, что были люди из разных институтов, с разным бэкграундом и разными научными интересами, нетворкинг на школе был феноменально хорош. Пущино -- потрясающий город, и работать на обсерватории было интересно и прикольно. Очень надеюсь, что следующие школы будут такими же увлекательными и полезными в плане усвоения новых навыков и знаний в различных областях астрофизики! В следующем году буду советовать всем студентам своего отделения её посетить)
11. Замечательная школа! Было очень интересно и полезно! Особенно понравилось то, что было много практических занятий. Использовали реальные данные, и не всегда было известно, какой должен получиться результат, но от этого задачи были еще интересней. И, конечно, было здорово пообщаться с людьми, разделяющими твои научные интересы. Спасибо большое организаторам и участникам за прекрасно проведенное время!
12. Хочу поблагодарить сотрудников обсерватории и организаторов за Школу. Я получил большой опыт и познакомился с замечательными людьми.
13. Мне очень понравилась прошедшая школа. Преподаватели были активными и заинтересованными в объяснении своей темы. Коллектив получился тоже достаточно приятным и дружелюбным. Приятно было найти близких по духу людей. Считаю, что таких школ должно быть больше!
14. Первая мысль после школы: "Как, уже всё? А можно ещё? Мало, хочу ещё!" Верный признак того, что школа вышла замечательной. Огромное спасибо организаторам и преподавателям за проделанную работу. Проводить грамотные выездные школы -- особое искусство, поскольку на них приезжают люди с разным уровнем подготовки и научными интересами, и мало того что стоит задача сделать школу максимально полезной для всех, так ещё и содержательный материал необходимо как-то уместить в сжатые по времени сроки. На мой взгляд, преподавателями эти задачи были решены на все 100%. Отдельно хочется поблагодарить за то, что делался упор на создание community. С первого дня было сказано: "вы, конечно, можете решать задачи по одному, но лучше -- в командах". Наука не делается в одиночку, в науке важно сообщество. По содержанию школы: мне показалось, что на первой неделе было мало физики и теорастрофизики. Была лекция Василия Семёновича, но на практике мы занимались почти только обработкой наблюдений (за исключением последней практики по моделированию поляризации, на которой вышел форс-мажор с долгой установкой софта). Это отнюдь не значит, что первая неделя мне не понравилась, просто лично у меня был запрос на большее количество теоретической астрофизики. Вторая неделя на мой субъективный взгляд была идеальной с точки зрения сбалансированности материала (да и просто идеальной). Также отдельной благодарности заслуживает то, что можно было обсуждать задачи с преподавателями вне рамок занятий, практически в режиме 24/7. Ещё хочется выделить момент с доступностью школы: за проживание нужно было заплатить всего 2400, оргвзноса не было вообще, а некоторым участникам была выделена финансовая поддержка. За 2400 рублей мы получили общежитие с образцовой чистотой (говорю как человек с достаточным опытом жизни в студенческом общежитии). Да, один душ на здание кому-то может быть не по нраву, но лично я не испытывал с этим каких-либо проблем. Хочется верить, что школа закрепится в статусе ежегодной. Если дорасту до приличного учёного, буду рад принять участие и как преподаватель. По длительности 2 недели представляются мне оптимальными. Кажется, что они пролетели как один день и хочется ещё, но, к сожалению, всё хорошее когда-то кончается, а дополнительное время потребует слишком большого вложения ресурсов.

Назад