Zajímavá astrofyzika s ICT

V gymnasiální výuce fyziky dochází k tomu, že vlivem nedostatečné hodinové dotace je pedagog nucen k zásahům do probírané látky, konkrétně k její redukci. Nějaké zásadní omezení „základních“ disciplín není dost dobře možné – mechanika, elektřina i téma kmitů, vln a optiky mají zásadní vliv na celkové přírodovědecké představy žáků a další disciplíny na nich více či méně stavějí a plynule navazují.

Vzhledem k zajímavosti a společenské aktuálnosti je téměř vždy poměrně rozumným způsobem zařazena také atomová fyzika. Daleko méně prostoru je pak věnováno teorii relativity a astrofyzice. Na tu poslední v klasickém gymnasiálním kurzu povětšinou ani nedojde řada. Nabízí se otázka, zdali lze něco z astrofyziky vměstnat do jednoho bloku nebo několika málo hodin. Odpověď je zřejmě záporná – žádnou fyzikální disciplínu není možné žáky gymnasií naučit během tak krátké doby. Mimo to je třeba říci, že astrofyzika je vědou poměrně komplikovanou a komplexní, do které patří otázky záření, struktury vesmíru, vývoje a charakteristik hvězd, HR diagram, otázky kosmologie nebo něco tak pozemského, jako jsou slapové jevy.

Na druhou stranu by bylo škoda, kdyby se s ohledem na přílišnou náročnost a komplexnost problematiky astrofyzice nevěnovala pozornost vůbec. Předně proto, že v rámci RVP pro základní školy je jí dán poměrně velký prostor, a je proto na čem stavět, a pak také z toho důvodu, že nabízí řadu partií, které mohou žáky zaujmout a pobavit současně a nabídnout jim cestu k hlubšímu poznání fyziky.

Jedním s příkladů může být pozorování noční oblohy – jedná o základní a nejstarší činnost této vědní disciplíny, která má zásadní resonance v oblastech literatury, výtvarného umění, astrologii, fyzice, religionistice a řadě dalších oblastí. Jde o činnost, která je pro téměř každého žáka zábavná a často má až nádech romantiky. Navíc nabízí to, po čem současná pedagogická tendence volá – sepětí praktického života a školních znalostí. Co může být krásnějšího než procházka žáka za horkých letních nocí a jeho pohled na oblohu, na níž rozpozná základní souhvězdí a planety?

Myslím, že látka pozorování hvězdné oblohy je natolik zajímavá, že i v období předmaturitním může zaujmout velkou část žáků k tomu, aby pro ně byly hodiny fyziky přece jen něčím přitažlivé a zajímavé. Samozřejmou součástí takovéto pedagogické činnosti by samozřejmě mělo být jak praktické pozorování v noci se žáky, tak i jeho určitá teoretická příprava. Jen pokud budou žáci vědět, co mají pozorovat, kde a čím je daný objekt zajímavý, mohou být s takového „terénního výcviku“ dostatečný přínos a zážitek.

V následujícím textu se tedy podíváme na tři programy, které jsou zdarma dostupné, a učitel je může použít pro tuto teoretickou přípravu na samotné pozorování. Nulová cena a snadné používání přitom nepředstavují jen výhodu pro školu, ale nabízejí také možnost pro žáky s těmito aplikacemi samostatně doma pracovat. První dva představují varianty domácího planetária s několika funkcemi navíc a třetí pak nabídne zajímavé cestování vesmírem.

Nabízejí tak společně s pozorováním reálné noční oblohy vytvořit z astrofyziky v minikurzu „show,“ která může žáky zaujmout, a nabídne jim současně základní odrazový můstek pro jejich případné další studium této krásné části fyziky.

Stellarium

Stellarium je graficky poměrně pěkně provedenou aplikací, která slouží jako simulátor noční oblohy. Je dostupná jak pro Windows, tak také pro Linux. Nabízí velice kvalitní grafické prostředí, které nabízí představu toho, jak bude vypadat pohled na noční oblohu ze zvoleného místa v daném čase. Aplikace si poradí s vykreslování souhvězdí, a to jak schematicky, tak také pomocí poměrně pěkných ilustrací. K dispozici jsou i jiné než jen naše antické souhvězdí, takže je možné žáky v rámci mezi předmětových přesahů upozornit na to, jak souhvězdí viděli Navajové, Lokotové, Číňané nebo třeba Egypťané či severské národy. Nabídka je ale podstatně bohatší.

Stellarium

Mimo samotnou noční oblohu je možné si nechat zobrazit souřadnice nebo si zadat, jakým způsobem mají být objekty vykreslovány – zda na základě zachování vzdáleností, úhlů atp., nebo zda promítáte například na kulový strop planetária. Vše opět může prohloubit geometrickou představivost žáků. Samozřejmostí je vykreslení řady důležitých křivek či rovníků.

Stellarium pracuje s katalogy Messier, Hipparcos či NGC objekty; možné je připojit také umělé družice. Celkem nabízí téměř 600 tisíc v základním provedení a po stažení všech doplňků až 210 miliónů hvězd. Didakticky cenná je pak možnost vytvořit si animovanou prezentaci, která poběží automaticky, a je možné ji kdykoli zastavit. Tato možnost nabízí snadný výklad toho, jak se mění obloha v průběhu času, na různých místech země atd. Samozřejmostí je možnost vyhledávat jednotlivé objekty. Práce s aplikací je celkově příjemná a poměrně intuitivní. Je možné ji provádět jednak myší, ale také pomocí klávesových zkratek. Po tomto nástroji se vyplatí sáhnout především tehdy, když potřebujte své diváky zaujmout a okouzlit krásnou grafikou, pohlednými animacemi nebo již vytvořenými procházkami, které můžete sdílet s dalšími vyučujícími.

Pro začínající uživatele bude jistě velkým pomocníkem kvalitně a obsáhle zpracovaný web, na kterém naleznete jak popis ovládání, tak také řadu zajímavých nápadů a informací. Aplikace je plně lokalizovaná do češtiny.

KStars

Poněkud robustnějším a méně na efekty zaměřeným nástrojem je další školní či domácí planetárium s názvem KStars. Hned na počátku si nastavíte místo vašeho pozorování. Osobně doporučuji zadat přesné souřadnice, které může zjistit například pomocí Google Maps, neboť pak se vám zobrazí pozorovací mapa právě pro vaše místo. KStars není ani tak určen pro nějaké poutavé prezentace jako spíše na seriózní činnost či přípravu na pozorování.

KStars

Pokud kliknete na některý objekt hvězdné oblohy pravým tlačítkem, zobrazí se vám nejen její jméno, ale dostanete se k celému spektru možností, co můžete získat za informace – od obrázků z teleskopů přes pozici na hvězdné obloze až po pozorovaná astrofyzikální data o objektu, spektrální charakteristiky a mnoho dalšího. Pokud tedy chcete dát žákům přístup k informacím, které lze opravdu odborně využívat, nabízí KStars poměrně dobrou cestu. Množství informací, které jsou k dispozici o jednotlivých objektech, je totiž opravdu vyčerpávající.

Pro výuku systematického pozorování je pak připraven „deník“ – tedy přehledný zápisník toho, co bylo pozorováno, za jakého počasí, kde, čím a s jakým výsledkem. Navolené kategorie vedou k získání dobrých pozorovacích návyků a pečlivou práci. Samozřejmostí je pak možnost tvorby plánů toho, jaké objekty byste chtěli pozorovat a možnost vyhodnocovat tuto činnost. Nechybí ani napojení na poloprofesionální teleskopy a řada dalších nástrojů, které pravidelné pozorování značně ulehčí a zpřehlední.

KStars nabízí také poměrně značné množství doplňkových nástrojů – od jednodušších kalkulaček, přes informace o sluneční soustavě, různé kalendáře, doplňkové mapy a přehledové tabulky. Nabízí se také možnost nechat animovat pohyb objektů ve zvoleném časovém měřítku, jednoduchý vyhledávač objektů nebo triviální nástroj, který vám řekne, co se dá dnes v noci z vaší pozice pozorovat a kde to uvidíte.

Pokud tedy chcete mít k dispozici kvalitní nástroj s podporou pozorování v noci (včetně např. módu pro pozorování venku, který nastaví barvy tak, aby vás neoslňovaly) nebo chcete získat podporu pro získání reálných astrofyzikálních údajů o jednotlivých objektech, pak lze říci, že KStars nabízí dostatek funkcí pro vaše potřeby. Na druhé straně nelze očekávat žádnou vizuálně krásnou „show.“

KStars je k dispozici v angličtině a je primárně určen pro operační systém Linux, ale lze jej provozovat i ve Windows.

Celestia

Nástrojem poněkud jiného zaměření je vesmírný simulátor Celestia. Zatímco předchozí dva programy se zaměřovaly na pozorování hvězdné oblohy, tento nástroj jde poněkud dále. Nabízí let vesmírem, což je, vzhledem k jeho kvalitám, opravdu mimořádný zážitek. Program se může pochlubit opravdu propracovanou grafikou a pokročilými nástroji na tvorbu „prohlídek“, můžete si tak dopředu stáhnout všechny potřené textury, naplánovat výklad, postupně nastavovat všechny parametry – jako je například rychlost plynutí času – a pak již jen před žáky předvést komentovaný let vesmírem, který si nemusí ve své poutavosti zadat ani s filmovou produkcí. Podporováno je totiž i HD rozlišení s OpenGL.

Celestia

Program díky propracovaným texturám v kombinaci s dobrým fyzikálním pozadím může posloužit jako zajímavá pomůcka při sledování asteroidů, komet nebo umělých satelitů. Právě spojení fyziky s esteticky propracovaným programem může být pro mnohé žáky poměrně zajímavé lákadlo. Nabízejí se totiž i základní fyzikální informace, jako je povrchová teplota objektů, jejich oběžné doby, velikosti atp.

Jistou nevýhodou programu je především potřeba stáhnout si všechny potřebné textury a doplnit si je do samotného programu. K dispozici je jich více než 10 GB, takže je zřejmé, že si je všechny (téměř) nikdo stahovat chtít nebude. Proto je potřeba dobře spolupracovat s webem, kde jsou rozděleny do jednotlivých kategorií a kde naleznete také praktické informace, jak máte s tímto nástrojem zacházet.

Program je určený pro Windows, Linux i Mac OS a jeho vývoj probíhal pod podporou ESA. Z tohoto důvodu také čerpá z katalogu Hipparcos. Pokud ještě váháte nad tím, zda má smysl se namáhat se začleněním této aplikace do výuky, pak vězte, že jej pro vzdělávací účely využívala (snad ještě využívá) i NASA. Myslím, že to samo o sobě již je určitou garancí alespoň minimální kvality.

Závěrem

Výběr aplikací samozřejmě není ani zdaleka úplný. Dalších nástrojů, které umožňují řadu podobných činností, je samozřejmě velké množství. Jedná se samozřejmě jen o jednu z mnoha možností, jak přiblížit žákům krásy vesmíru a během toho nenápadně nastínit některé fyzikální děje, které probíhají na pozadí vizuálně úchvatné scenérie, kterou před nás příroda předložila. Je zřejmé, že snaha učinit výuku zábavnou a zajímavou, nemůže být kladena nad požadavek její odborné kvality a vlastního fyzikálního obsahu. Na druhou stranu je právě astrofyzika oborem, který může naplno smysluplně využívat moderní prostředky ICT, tím dát žákům kvalitnější a úplnější představu o přírodních dějích, které probíhají kolem nás.

Takto koncipovaná výuka klade sice větší požadavky na pedagoga, co se týče jeho počítačových znalostí nebo časových možností. Výsledek ale může žáky získat pro samostatné pozorování nebo zájem o astrofyziku jako takovou, což je motivace, která jistě může nejednoho pedagoga inspirovat.