Obrazek wyróżniający: Ania Olechowska via AstroNET

Olimpiada Astronomiczna to jeden z najstarszych i najbardziej prestiżowych konkursów w Polsce z zakresu astronomii. Co roku w marcu finaliści tego turnieju zjeżdżają się do Planetarium Śląskiego w Chorzowie, aby przez kilka dni walczyć o tytuł laureata czy zwycięzcy Olimpiady Astronomicznej. Takie honorarium umożliwia wolny wstęp na większość uczelni w Polsce i za granicą, w tym te najlepsze. Piątka najlepszych finalistów uzyskuje możliwość wyjazdu na Międzynarodową Olimpiadę z Astronomii i Astrofizyki (IOAA), która co roku wyłania najlepszych młodych astronomów na świecie.

Ten artykuł to pomocnik dla wszystkich przyszłych adeptów astronomii. W tekście zawarte są wskazówki, z jakich źródeł korzystać w przygotowaniach do Olimpiady Astronomicznej, jakich metod nauki używać, jak zaplanować czas oraz jak podejść do każdego z etapów OA.

Źródła merytoryczne

Kilkadziesiąt lat temu podstawowym podręcznikiem każdego młodego astronoma, poza szkolnym podręcznikiem do owego przedmiotu, była pozycja autorstwa Jerzego Marka Kreinera Astronomia z Astrofizyką wydana w latach 80. ubiegłego wieku. Tworzyła ona wraz ze zbiorem zadań autorstwa Kreinera i Henryka Chrupały komplet potrzebny do nabycia podstawowej wiedzy z zakresu astronomii i astrofizyki. Jednak Olimpiada wymagała więcej – zawodnicy sięgali zatem po podręczniki akademickie. Głównie legendarną już pozycję Astronomia ogólna Eugeniusza Rybki, która wykształciła wiele pokoleń polskich astronomów. Do niej można dodać zbiór zadań z olimpiad astronomicznych wydany z okazji jej dwudziestej piątej odsłony, zredagowany przez Chrupałę i Marka Tadeusza Szczepańskiego. To zestaw bardziej zaawansowany, który wprowadzał czytelnika w świat niezwykle ciekawej astrofizyki oraz zagadnień, do których opisu jest wymagana bardziej zaawansowana matematyka oraz fizyka.

Podręcznik Rybki jest genialny pod względem pedagogicznym. Ma doskonale przemyślaną kolejność rozdziałów, szczegółowo opisane i wyjaśnione każde zagadnienie oraz ćwiczenia do samodzielnego wykonania na koniec każdego rozdziału. Patrząc z czasów współczesnych, Rybka wiedział o astronomii mało. Pierwsze wydanie podręcznika to rok 1953, a od tamtego czasu astronomia dokonała mnóstwa odkryć, a jej przyrządy i metody stały się niewyobrażalnie dokładniejsze. Z tego względu podręcznik ten polecany jest jedynie do nauki astronomii klasycznej, czyli z pominięciem nowoczesnej fizyki gwiazd, galaktyk oraz kosmologii (nauki o Wszechświecie jako całości).

Potem długo było nic. Każdy był ukontentowany Rybką – do czasu. W 2020 roku ukazało się pierwsze polskie wydanie świetnego fińskiego podręcznika zatytułowanego, a jakże, Astronomia ogólna. Hannu Karttunen wraz ze swoimi kolegami z Uniwersytetu w Turku na podstawie własnych wykładów popełnili podręcznik, który z pewnością pokryje większość programu merytorycznego Olimpiady Astronomicznej. Niestety niektóre zagadnienia z astronomii klasycznej są wyprowadzone przy użyciu bardzo zaawansowanej matematyki i fizyki, a także stosowane, z punktu widzenia OA, dosyć naokoło. Z tego względu zaleca się ten podręcznik do nauki fizyki gwiazd, promieniowania, obiektów zwartych (czarne dziury, białe karły, gwiazdy neutronowe), astronomii galaktycznej, pozagalaktycznej i zjawisk niebieskich lepiej poznanych w niedalekiej przeszłości przy użyciu nowoczesnych przyrządów jak gwiazdy zmienne czy zmienne kataklizmiczne. Podręcznik ten też dobrze wprowadza do kosmologii.

Obie Astronomie ogólne doskonale się uzupełniają. Po lekturze rozdziałów związanych z astronomią klasyczną w Rybce warto przeczytać również te odpowiadające im w czarnej książce, jak zwykle mawia się na tę pozycję. Dobrze jest równolegle rozwiązywać zadania ze zbiorów Kreinera oraz 25 lat olimpiad astronomicznych.

Imponującym podręcznikiem jest też Fundamentals of Astronomy: A guide for Olympiads autorstwa Włocha Flavia Salvatiego, wydany w równonoc jesienną w roku 2020. Został wydany tylko w językach angielskim i włoskim, a ukierunkowany jest głównie na przygotowania do olimpiad astronomicznych. Jako skondensowane kompendium wiedzy pokrywa najważniejsze z punktu widzenia Olimpiady działy: astronomia sferyczna, optyka, mechanika nieba, fizyka promieniowania. Koryguje też wadę wszystkich wymienionych wcześniej podręczników – rozbieżność stosowanych formuł metod, algorytmów, wzorów z formułami stosowanymi powszechnie na OA. W dodatku praktycznie połowa książki to zadania z obszernymi rozwiązaniami, które na pewno pomogą zobaczyć, jak teorię stosuje się w praktyce.

Do szlifowania swojego astronomicznego angielskiego przydać się może IOAA Book, zbiór zadań z dotychczas przeprowadzonych zawodów międzynarodowych. Choć brzmi strasznie, zadania są na poziomie naszej lokalnej olimpiady (a często na niższym) i doskonale wprowadzają w świat zadań olimpijskich. Zaletą jest to, że większość zadań da się rozwiązać na maksymalnie połowie kartki A4. Są to ćwiczenia krótkie, w przeciwieństwie do zadań serwowanych przez polską Olimpiadę Astronomiczną. Publikacja jest dostępna za darmo w Internecie.

No dobrze, a czy istnieje zbiór zadań z tej polskiej olimpiady? Naturalnie – nawet jest wydawany przez Klub Astronomiczny Almukantarat. To tzw. niebieska książka, która zbiera zadania i ich rozwiązania z olimpiad od XXXVI do LX (1992-2017) ze wszystkich trzech etapów. Posiada oficjalny patronat czasopisma Urania – Postępy astronomii. To jest z kolei bardzo wartościowy dwumiesięcznik dla przyszłego olimpijczyka: można w nim przeczytać o najnowszych odkryciach astronomicznych oraz fizyce za nimi stojącej. Zawsze istnieje spore ryzyko, że autorzy zadań olimpijskich zainspirują się którymś z takich doniesień – a Wy możecie być już na taki problem przygotowani. W tym czasopiśmie jest też sekcja Kącik olimpijczyka, w której zawsze można znaleźć rozwiązanie jednego z najświeższych olimpijskich zadań. Autorami treści Kącika są Olimpijczycy. Kto wie – może Ty, drogi Czytelniku, droga Czytelniczko, będziesz w przyszłości pisać rozwiązanie zadania ze zwycięskiej dla Ciebie olimpiady. Archiwalne numery Uranii – Postępów astronomii są dostępne za darmo na stronie periodyku.

Dla bardziej zaawansowanych osób jest przeznaczony podręcznik Wstęp do astrofizyki (autorzy: Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie). Każde zagadnienie w nim jest opisane bardzo szczegółowo i jest to dobra pozycja do dalszego rozwoju, po przerobieniu wcześniej wymienionych podręczników.

Pod kątem obserwacji wspaniałą pozycją jest podręcznik Andrzeja Branickiego Obserwacje i pomiary astronomiczne, który przedstawia mnóstwo propozycji obserwacji dających się wykonać gołym okiem albo przy użyciu taniego sprzętu. Oprócz literatury naukowej wartościowe będzie sięgnięcie po literaturę popularnonaukową. Na czele z Błękitną kropką Carla Sagana, która dla mnie jest swego rodzaju manifestem filozofii astronomii, warto sięgnąć po pozycje wymienione w pliku Literatura z oficjalnej strony Olimpiady Astronomicznej. Warto również regularnie sprawdzać sekcję Dla zawodników tej strony. Są tam niekiedy publikowane przydatne materiały jak np. zbiór zadań z astronomii sferycznej z rozwiązaniami, zbiór zadań Ewy Bohusz czy ćwiczenia obserwacyjne.

Na koniec warto wspomnieć o serii Przygotowanie do Olimpiady Astronomicznej publikowanej tutaj, na AstroNET. Tworzą ją laureaci i finaliści Olimpiady, a artykuły mają przemyślaną treść pod jej kątem.

Obserwacje

Astronomia to nie tylko długopis i kartka papieru. Trzeba najpierw coś zaobserwować, aby później móc to opisać. Od wieków podstawowym przyrządem astronoma jest oko, z czym zgadza się Olimpiada. Do rozwiązań zadań pierwszego etapu należy dołączyć własne obserwacje i wyciągnięte z nich wnioski, a na finale zawsze jest przeprowadzane zadanie pod kopułą planetarium, gdzie uczestnicy mają do dyspozycji, oprócz narzędzi do notowania, tylko parę swoich oczu. Zadanie pod prawdziwym niebem jest wykonywane przy użyciu teleskopów (Dobson 8″), a w okular patrzy się nawet tylko jednym okiem. Dlatego warto ćwiczyć swój wzrok astronoma: ogólną spostrzegawczość i rozumienie widzianego obrazu, ale również odnajdywanie na niebie planet, gwiazd i gwiazdozbiorów oraz ważnych punktów sfery niebieskiej, które przecież nie są niczym oznaczone. Akomodacja ludzkiego oka, czyli dostosowywanie się parametrów optycznych do zmieniających się warunków, jest powolna. Najczęściej niebo w pełnej jego okazałości można dopiero zobaczyć dopiero po 20-30 minutach od wyjścia w bardzo ciemny teren. Słabo świecące obiekty, np. Galaktyka Andromedy czy ciemne gwiazdy należy obserwować, patrząc się nie wprost na nie, a delikatnie obok.

Warto w pogodne noce wychodzić na zewnątrz i obserwować niebo, zapoznawać się z nim (a także wyciągnąć wniosek, że nocą jest zimno i wilgotno, więc trzeba się ciepło ubrać i nie da się używać długopisu). Różne gwiazdozbiory są widoczne podczas różnych pór roku lub w innych godzinach. Planety przemieszczają się po niebie. Księżyc ma swój cykl. To wszystko warto znać dokładnie – jakie pory roku umożliwiają obserwację jakich gwiazdozbiorów, jak przebiega cykl faz Księżyca oraz w jaki sposób planety się przemieszczają. Pomocna może się okazać darmowa aplikacja Stellarium, w której można wyświetlić obraz nieba wraz z opisanymi obiektami na dowolną datę i godzinę. Kiedy nakierujemy telefon na konkretny fragment sklepienia, aplikacja automatycznie zaznaczy i nazwie wszystkie widoczne obiekty, więc jest to fantastyczna metoda nauki nieba. Najłatwiej będzie zacząć od gwiazdozbiorów zodiaku (tych, które są wpisywane w kalendarz) oraz tych położonych niedaleko Gwiazdy Polarnej, gdyż są one widoczne z Polski przez większość roku. Finał Olimpiady Astronomicznej zawsze wypada w połowie marca, a jeśli pogoda pozwala, zazwyczaj pomiędzy godziną 19 a 20 uczestnicy wychodzą na taras planetarium wykonać zadanie. Przygotowując się do niego, dobrze jest rzucić okiem do Stellarium na ten konkretny dzień i godzinę oraz zapamiętać bieżące położenie planet. Położenie gwiazdozbiorów powinno się już odtwarzać z pamięci 🙂

Analogowymi odpowiednikami Stellarium są obrotowa mapa nieba oraz atlas nieba. Są one często potrzebne na finale olimpiady do wykonania jakiegoś zadania (są zapewnianie przez Planetarium), dlatego warto nauczyć się ich używać.

Jeśli chodzi o konkretne gwiazdy i planety, należy zapamiętać ich cechy charakterystyczne oraz położenie w gwiazdozbiorach. Dla przykładu – na Syriusza wskazuje pas Oriona, głowy Bliźniąt to Kastor i Polluks, a najjaśniejszą gwiazdą w Lutni jest Wega. Merkury i Wenus są zawsze blisko Słońca, czyli widoczne wyłącznie o zmierzchu lub poranku, z czego Wenus jest jaśniejsza. Jowisz jest bardzo jasny i można go spotkać w dowolnym gwiazdozbiorze zodiakalnym, a Saturn jest od niego trochę ciemniejszy. Mars natomiast ma czerwonawy odcień (zresztą jak niektóre gwiazdy). Planety nie migoczą, bo nie są źródłami punktowymi światła, w przeciwieństwie do gwiazd.

Na odnajdywanie ważnych punktów jak punkt równonocy wiosennej, biegunów nieba czy wyznaczanie kół na sferze niebieskiej jak ekliptyka, równik niebieski, koło precesji też znajdą się różne techniki. Warto, aby znaleźć taką, która najbardziej odpowiada – każdy uczestnik Olimpiady może wybrać inną lub opracować własną.

Szacowanie odległości kątowej na niebie klasycznie odbywa się przez wyciągniętą dłoń, ale każda dłoń jest inna i nie należy się sugerować utartymi przelicznikami. Dlatego warto odnaleźć pary jasnych gwiazd i zapamiętać ich wzajemne odległości, a przy dokonywaniu szacunkowego pomiaru używać wyciągniętego przed siebie przedmiotu lub dłoni. W ten sposób za każdym razem nasz przyrząd pomiarowy jest kalibrowany. Ta metoda nie działa pod sztucznym niebem, bo obserwator nie jest w środku sfery – dach planetarium jest oddalony bardziej lub mniej w zależności od fragmentu nieba.

Na AstroNET jest też opublikowany Poradnik obserwacji, który na pewno przyda się w zgłębieniu astronomii od strony praktycznej.

Zadania i etapy

Astronomia, podobnie jak fizyka, to dziedzina zadaniowa. Dlatego warto w ramach przygotowania się robić dużo różnorodnych zadań, podczas czego wykształcą się odruchy związane ze stosowaniem wzorów i schematów. Dzięki temu nie będzie potrzeby na półfinale czy finale rozmyślać nad poprawną formą jakiegoś wzoru albo szczegółami dotyczącymi postępowania ze schematu. Zadania warto robić u siebie na kartkach A4, czyli takich, jak na konkursie. Większość zadań wystarczy zrobić na brudno, ale niektóre z nich warto przepisać również na czysto, aby nauczyć się samej tego techniki oraz odnajdywania się we własnych zapiskach. Sztuką – zresztą do jakiej należy próbować dążyć – jest przeczytanie treści zadania i rozpoczęcie rozwiązywania go na czysto, z gotowym planem w głowie. Problemy olimpijskie mają to do siebie, że są w nich ukryte nieoczywiste pułapki, które trudno odnaleźć przez samo, nawet kilkukrotne, przeczytanie treści. Dlatego też wykonując zadania na brudno trzeba je robić od początku do końca, bez omijania bardziej oczywistych kroków oraz doprowadzając rozwiązanie do ostatecznego wyniku. Może się tak zdarzyć, że niezauważony haczyk ujawni się dopiero pod koniec. Zadania olimpijskie to nie zadania na sprawdzian z matematyki – każde należy traktować indywidualnie, nie podchodzić do tematu tak, aby zrobić jak najwięcej zadań. Dokładne przerobienie jednego problemu jest bardziej wartościowe niż pobieżne kilku. I co najważniejsze – przyzna to chyba każdy – nie należy się uczyć bezpośrednio dzień przed etapem! To jest już czas wyłącznie na odpoczynek i przygotowanie się od strony emocjonalnej.

Pierwszy etap to zadania rozwiązywane w domu. Wtedy warto jak najwięcej z nich czerpać i dokształcać się na bazie ich treści. Ciekawość jest tutaj kluczem – ciągłe zadawanie pytań odnośnie do zadania, gdybanie, a potem poszukiwanie odpowiedzi – w podręcznikach, w Internecie, u astronomów – to świetna metoda nauki. Ten etap to też idealna okazja do nauczenia się swojego kalkulatora naukowego. Sprawne posługiwanie się konkretnym modelem pozwoli zaoszczędzić mnóstwo czasu podczas kolejnych etapów. Najważniejsze, aby ten kalkulator zabrać ze sobą. Olimpiada nie zapewnia kalkulatora na półfinale, natomiast na finale jest to model Casio fx-82ES PLUS. Zazwyczaj można używać swojego, który jest zgodny z wymaganiami maturalnymi co do kalkulatora naukowego. Na wszystkie etapy polecam Casio fx-991CE X.

Drugi etap to cztery zadania rozwiązywane w warunkach egzaminacyjnych, a czas na to przeznaczony to cztery godziny. W tym momencie, oprócz przygotowania merytorycznego, dla uczestnika zaczyna mieć znaczenie obrana strategia. Kiedy zadanie porzucić i przejść do następnego? Czy najpierw rozwiązać zadanie trudniejsze, czy łatwiejsze? Jak zaplanować czas? Odpowiedź na te pytania to kwestia ściśle indywidualna. Ja zawsze, gdy długo stałem w miejscu z jakimś zadaniem, np. 20-30 minut, odpuszczałem i przechodziłem do kolejnego. Gdy starczyło czasu, wracałem i próbowałem je rozwiązać na różne sposoby. Często też spojrzenie na problem po chwili oderwania się od niego daje nam nowe pomysły, które mogą okazać się trafne. Zadania rozwiązywałem zawsze po kolei, od pierwszego do czwartego, i nie czytałem na początku treści wszystkich zadań. Taki manewr może dodatkowo przytłoczyć i rozproszyć, bo podczas rozwiązywania jednego zadania możemy podświadomie myśleć o drugim, które nas zaniepokoiło.

Aby dobrze pracować nad zadaniami, warto się wyspać i zjeść dobrze zbilansowane śniadanie przed etapem olimpiady. W trakcie można również jeść, a przekąski na każdy etap są dostarczane przez organizatora. Mimo tego warto przynieść swoje ulubione przekąski, których konsumpcja nie jest głośna, aby dodatkowo polepszyć sobie nimi humor i zyskać motywację do rozwiązywania. Liczy się każdy punkt i z takim właśnie podejściem, walecznym, bez odpuszczania niczego, polecam się na olimpiadę wybrać. Nie ma przecież punktów ujemnych – a nuż napiszecie coś, co sędzia uzna.

Finał jest rozłożony na cztery dni. Uczestnicy zjeżdżają się do Planetarium w czwartek po południu. Następuje meldunek w miejscu noclegu i zapoznanie się z gmachem Planetarium – salą egzaminacyjną, stanowiskami pracy, kopułą, tarasem oraz sprzętem używanym podczas zadań obserwacyjnych. W piątek są dwie sesje rozwiązywania zadań – poranna, typowo w godzinach 9-12, i popołudniowa, typowo w godzinach 17-20. W tej drugiej właśnie wykonywane jest zadanie obserwacyjne pod rozświetlonym niebem Chorzowa. A jeśli pogoda na to nie pozwoli, pod ręką komisja ma zawsze zadanie zastępcze, które jest zwykłym zadaniem olimpijskim. W sobotę jest tylko sesja poranna. Na każdą taką sesję przeznaczone są dwa zadania, co daje łącznie sześć zadań rozwiązywanych na finale. Niedziela to czas gali finałowej – ogłoszenia wyników i przyznania nagród.

Taka przygoda potrafi być sporym wyzwaniem psychofizycznym dla organizmu, dlatego warto dbać o swoją dietę i sen w trakcie finału, aby dać z siebie wszystko.

W grupie raźniej

Astronomia ma niezwykle sympatyczną społeczność. Klub Astronomiczny Almukantarat (przypominam o dociekliwości, o której pisałem wcześniej – czym też jest ten almukantarat z punktu widzenia astronomii?) jest organizatorem wielu bardzo ciekawych wydarzeń, na których można się dużo dowiedzieć z astronomii. Głównym są letnie obozy, na których w dzień można się nauczyć teorii, a w nocy przeprowadzić obserwacje, wszystko to z doświadczoną kadrą młodych astronomów.

Warto spytać się swojego nauczyciela fizyki, czy może umie astronomię i nie pomógłby w przygotowaniach. A może ma jakiegoś znajomego astronoma, który z chęcią pomoże. Jeśli w szkole organizowane jest kółko astronomiczne, to jak najbardziej polecam w nim uczestniczyć. Jeżeli nie jest – warto sprawdzić, czy w okolicznych szkołach jest organizowane. Na pewno nie będzie problemem uczestnictwo kogoś spoza danej placówki.

Nie bójcie się też pisać do byłych laureatów i finalistów Olimpiady, często powiązanych z Klubem. Są to ludzie mili i pomocni – na pewno będą służyć radą w kwestiach astronomicznych.

Korekta – Tosia Kościelniak