المپیاد نجوم و اخترفیزیک
مهدی موسوی
مدرس المپیاد نجوم مدارس سمپاد شهید دستغیب و فرزانگان شیراز
مقدمه
المپیادهای علمی دانش‌آموزی به مجموعه‌ای از مسابقات علمی گفته می‌شود که هرساله با شرکت و رقابت دانش‌آموزان برگزیده‌ی ده‌ها کشور مختلف از سراسر جهان برگزار می‌شود. این مسابقات در رشته‌های مختلفی از جمله ریاضیات، فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، نجوم و کامپیوتر برگزار می‌گردد. تیم‌های دانش‌آموزی برگزیده در هر رشته، به نمایندگی از کشور متبوع خود در این مسابقات به رقابت و کسب افتخار می‌پردازند.
قوانین کلی شرکت در مسابقات جهانی المپیادهای دانش‌آموزی ساده است. اعضای تیم‌های شرکت کننده که به نمایندگی از کشور خود روانه‌ی مسابقات جهانی می‌شوند، باید در بازه‌ی سنی کمتر از بیست سال باشند و دیگر اینکه وارد دانشگاه نشده باشند. اما برای گزینش تیم دانش‌آموزی هر کشور، سازوکار نسبتاً پیچیده و زمان‌بری درون آن کشور وجود دارد و لازم است دانش‌آموزان داوطلب از فیلترهای مختلفی عبور کنند تا صلاحیت عضویت در تیم ملی کشور خود را کسب نمایند.
در میان رشته‌های مختلف المپیادی، المپیاد نجوم و اخترفیزیک جوان‌ترین است. شیوه‌ی نوین این المپیاد در سطح جهانی از سال 2007 به میزبانی کشور تایلند، با الگو برداری از المپیاد دیرپا و محبوب فیزیک، آغاز شد. ایران یکی از کشورهای تأثیرگذار در بنیان‌گذاری این رشته‌ی المپیادی به شمار می‌رود. همچنین کشور ما در طول برگزاری مسابقات جهانی المپیاد نجوم جزو کشورهای برتر از نظر کسب مدال‌های رنگارنگ و مقام‌های تیمی در جهان به شمار می‌رود. چنان‌که در طی این سال‌ها در کسب نتایج جهانی همواره شاهد رشد روز افزون تیم ملی دانش‌آموزی کشورمان بوده‌ایم. به این دلیل در مسابقات جهانی، از میان کشورهای شرکت کننده، کشور ما وتعداد انگشت شماری از دیگر کشورها، مجاز به ارسال دو تیم در قالب تیم‌های الف و ب هستند. این موضوع برای دانش‌آموزان مستعد ما می‌تواند به عنوان یک مشوق ارزشمند برای انتخاب المپیاد نجوم به عنوان رشته‌ی اصلی المپیادی‌شان به شمارآید.
به رغم آن‌که جای عنوان درسی مستقل نجوم در محتوای آموزشی دبیرستان‌های کشور خالی است؛ اما علاقه‌ی وافر بسیاری از دانش‌آموزان به این حوزه‌ی جذاب و سرشار از شگفتی علوم طبیعی، باعث شده است که المپیاد نجوم و اخترفیزیک در مدت زمان نسبتاً کوتاه عمر خود، جای خود را در میان دانش‌آموزان سراسر کشور باز کند و بسیار مورد توجه و استقبال قرار گیرد. در ادامه، شرح کوتاهی از ساز و کار حاکم بر برگزاری آزمون‌های مختلف المپیاد نجوم در ایران ارائه می‌شود و مباحث مختلفی که محتوای برنامه‌ی المپیاد نجوم و اخترفیزیک را تشکیل می‌دهد به اختصار معرفی می‌گردد.
مراحل مختلف المپیاد نجوم و اخترفیزیک و شیوه‌ی انتخاب اعضای تیم ملی
انتخاب تیم ملی المپیاد نجوم در ایران از طریق یک سلسله مسابقات و آزمون‌ها بین دانش‌آموزان سراسر کشور که هرساله در چند مرحله برگزار می‌شود، انجام می‌شود. در مرحله‌ی اول این مسابقات که هرسال در اواخر بهمن ماه یا اوایل اسفندماه برگزار می‌شود تمام دانش‌آموزان دبیرستانی (پایه‌های دهم و یازدهم) می‌توانند شرکت کنند. در این مرحله حدود ۳۵ سؤال چند گزینه‌ای مطرح می‌شود که دانش‌آموزان باید در مدت زمان حدود ۴ ساعت به آن‌ها پاسخ دهند. دانش‌آموزان برگزیده در این مرحله به مرحله‌ی دوم راه می‌یابند که آزمون آن در اردیبهشت‌ماه هر سال برگزار می‌گردد. در آزمون مرحله‌ی دوم حدود 10- 12 سؤال تشریحی مطرح می‌شود که نسبت به سؤالات مرحله‌ی اول به مراتب دشوارتر و پیچیده‌تر است.
از بین تمام دانش‌آموزانی که به مرحله‌ی دوم راه می‌یابند حدود ۴۰ نفر موفق می‌شوند به مرحله‌ی بعد یعنی دوره‌ی تابستانه‌ی المپیاد راه پیدا کنند و بقیه از گردونه‌ی رقابت حذف می‌شوند[1]. دوره‌ی تابستانه عنوان یک دوره‌ی آموزشی فشرده است که هرسال تابستان توسط باشگاه دانش‌پژوهان جوان در تهران برگزار می‌شود و در طی آن در کنار آموزش مطالب پیشرفته، آزمون‌هایی نیز از شرکت کنندگان به عمل می‌آید که در نهایت پس از محاسبه‌ی امتیاز نهایی هریک از افراد، بر اساس میزان امتیاز دریافتی آن‌ها، مدال‌های کشوری المپیاد توزیع می‌شود.
مشابه المپیاد فیزیک، معمولاً به ده نفر برتر در دوره‌ی تابستانه مدال طلا تعلق می‌گیرد و سایرین مدال‌های نقره و برنز دریافت می‌کنند. ممکن است به تعداد معدودی نیز دیپلم افتخار داده شود. تمامی افراد راه پیدا کرده به دوره‌ی تابستانه، عضو بنیاد ملی نخبگان خواهند شد و از مزایای متعدد آن بهره‌مند خواهند گردید. علاوه بر آن کسانی که در این مرحله مدال طلا کسب نمایند اگر بخواهند در دانشگاه، در هریک از زیر شاخه‌های رشته‌ی ریاضی-فیزیک ادامه تحصیل دهند، از کنکور سراسری معاف می‌شوند و می‌توانند مستقیماً وارد دانشگاه شوند. همچنین دانش‌آموزان پسری که مدال طلای کشوری دریافت می‌کنند، از انجام خدمت سربازی نیز معاف می‌شوند. کسانی که مدال نقره و برنز کسب نمایند هم از سهمیه‌ی قابل توجهی در کنکور سراسری برخوردار می‌شوند که آن هم به شرط انتخاب رشته در زیر شاخه‌های رشته‌ی ریاضی-فیزیک اعطا می‌شود. همچنین دانش‌آموزان پسر در دوره‌ی خدمت سربازی معاف از رزم می‌شوند.
کسانی که موفق به اخذ مدال طلای کشوری می‌شوند، پس از دوره‌ی تابستانه به مدت حدود یک سال (تا تابستان سال بعد) زیر نظر باشگاه دانش‌پژوهان برای حضور در تیم ملی المپیاد نجوم و اخترفیزیک کشور، آموزش‌های پیشرفته‌ای را می‌گذرانند و آزمون‌های مختلفی نیز از آن‌ها گرفته می‌شود. در نهایت ۵ نفر که امتیازهای بالاتری کسب نمایند، مشابه المپیاد فیزیک، در قالب تیم ملی الف نجوم و اخترفیزیک جمهوری اسلامی ایران راهی مسابقات جهانی می‌شوند و ۵ نفر دیگر نیز در قالب تیم ملی ب کشور عازم این رقابت‌ها می‌گردند. همان‌طور که در بالا گفته شد، در بین تمامی رشته‌های المپیادی تنها المپیاد نجوم این مزیت را داراست که تمامی دانش‌آموزانی که موفق به کسب مدال طلای کشوری شده‌اند می‌توانند در قالب یکی از دو تیم ملی، راهی مسابقات جهانی شوند. این شانس مضاعف به دلیل حضور موفقیت آمیز و کسب شایستگی‌ها و افتخارات متعدد دانش‌آموزان مستعد ایرانی در تاریخ برگزاری المپیادهای جهانی نجوم و اخترفیزیک است.
مباحث تشکیل دهنده‌ی محتوای آزمون‌ها
آزمون‌های مختلف المپیاد نجوم و اخترفیزیک به طور کلی مباحثی را در بر می‌گیرد که عمدتاً در گرایش دانشگاهی اخترفیزیک و کیهان‌شناسی که زیر مجموعه‌ی رشته‌ی دانشگاهی فیزیک به شمار می‌رود، کمابیش مطالب پایه‌ای را تشکلیل می‌دهد. بنابراین دانش‌آموزان شرکت کننده در المپیاد نجوم و اخترفیزیک با توجه به سطح و نیاز خود باید بخش‌هایی از مباحث فیزیک پایه، مکانیک تحلیلی و پیشنیاز‌های ریاضیاتی مربوط به آن را نیز فرا بگیرند.
مباحث تخصصی این المپیاد را به صورت زیر می‌توان دسته بندی کرد:
اخترفیزیک: گسترده‌ترین بخش محتوای المپیاد نجوم را شامل می‌شود که حاوی زیربخش‌های مانند مبانی اخترفیزیک، جو ستارگان، ساختار و تحول ستارگان، محیط‌های میان‌ستاره‌ای، مرگ ستارگان، منظومه‌های چندستاره‌ای و ... است.
مکانیک سماوی: یکی از حوزه‌های زیبای مکانیک کلاسیک است که به کارکرد معادلات و اصول فیزیک مکانیک در حرکت اجرام سماوی مثل سیارات، دنباله‌دارها، سیارک‌ها، قمرها، ماهواره‌ها و منظومه‌های ستاره‌ای می‌پردازد.
نجوم کروی: در این بخش که از دیرباز مورد توجه و مطالعه‌ی منجمان بوده است، مفاهیمی مانند هندسه‌ی کره‌ی سماوی، دستگاه‌های مختصات و روابط بین آن‌ها، زمان‌های نجومی، و ... آموزش داده می‌شود و ابزار مهمی برای کار در رصدخانه‌ها به شمار می‌رود.
نورشناسی هندسی و ابزار نجومی: در این قسمت مبانی نور هندسی و تلسکوپ‌ها و دیگر ابزار نجومی مانند CCD ها و روابط حاکم بر آن‌ها معرفی می‌شود.
نجوم عمومی نجوم و رصد: این بخش مقدماتی که خیلی به حوزه‌ی نجوم آماتوری نزدیک است، شامل مفاهیم و اطلاعات عمومی درباره‌ی اخترشناسی، فارغ از روش‌های تخصصی است.
نجوم عملی و رصد: به جرأت می‌توان گفت یکی از جذاب‌ترین تجربه‌های علاقمندان به نجوم رصد آسمان است. این بخش شامل رصد با چشم غیر مسلح، کار با تلسکوپ، رصد اجرام عمق آسمان، تحلیل داده‌های رصدی و ... می‌شود.
دینامیک کهکشان‌ها: در این قسمت ساختار و تحول و دینامیک حاکم بر کهکشان‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد. که در سال‌های اخیر توجه طراحان سؤالات المپیاد نجوم را بیشتر به خود جلب کرده است. همچنین این حوزه در دنیای حرفه‌ای اخترشناسی نیز مورد توجه بسیاری قرار دارد.
کیهان‌شناسی: کیهان‌شناسی دانشی است که جهان را به صورت یک سیستم کلی فیزیکی مطالعه می‌کند و به سرچشمه، سرنوشت و تحول کل کیهان می‌پردازد و معادلات حاکم بر ساختار کلی جهان را بررسی می‌نماید. در المپیاد نجوم و اخترفیزیک، مدل‌های نیوتنی کیهان‌شناسی به اضافه‌ی کیهان‌شناسی رصدی، بیشتر مورد توجه طراحان سؤال است.
برخی از منابع مطالعاتی المپیاد نجوم و اخترفیزیک
منابع مورد نیاز برای آمادگی المپیاد نجوم بسیار متنوع است. این موضوع نه تنها مشکلی به حساب نمی‌آید، بلکه برعکس لذت مطالعه‌ی آن را مضاعف می‌کند و باعث تقویت خلاقیت و پایه‌های علمی دانش‌آموزان می‌شود. در اینجا برخی از منابع که پرکاربردترین آن‌ها را شامل می‌شود معرفی می‌گردد.
ریاضیات دبیرستانی (رشته‌ی ریاضی فیزیک): ریاضی دهم، هندسه‌ی دهم، ریاضی یازدهم (حسابان)، حساب دیفرانسیل و انتگرال (پیش‌دانشگاهی)، هندسه‌ی تحلیلی و جبر خطری (پیش‌دانشگاهی).
فیزیک دبیرستانی (رشته‌ی ریاضی فیزیک): فیزیک دهم، فیزیک یازدهم، فیزیک پیش‌دانشگاهی.
نجوم دینامیکی، رابرت دیکسون، ترجمه‌ی احمد خواجه نصیر طوسی، مرکز نشر دانشگاهی.
حساب دیفرانسیل و انتگرال، جیمز استوارت، ترجمه‌ی ارشک حمیدی، انتشارات فاطمی[2].
مبانی فیزیک، دیوید هالیدی، رابرت رزنیک، جرل واکر، ترجمه‌ی محمدرضا جلیلیان نصرتی و ...، انتشارات صفار.
مقدمه‌ای بر اخترفیزیک جدید، بردلی کرول، دیل استلای، ترجمه‌ی جمشید قنبری و سعیده سحابی، انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد[3].
آشنایی با مکانیک، دانیل کلپنر، رابرت کلنکو، ترجمه‌ی هوشنگ سپهری و ...، مرکز نشر دانشگاهی.
ستاره‌شناسی: اصول و عمل، رُی و کلارک، ترجمه‌ی سید احمد سیدی، انتشارات آستان قدرس رضوی.
نجوم کروی، اسمارت، ترجمه‌ی داوود محمدزاده‌ی جسور، مرکز نشر دانشگاهی.
سخن پایانی
المپیادهای دانش‌آموزی عرصه‌ای است برای رقابت جوانان با استعدادی که با پشت کار و خلاقیت خود را برای فراگیری دانشی فراتر از آن‌چه در محتوای دروس معمول دبیرستان‌ها ارائه می‌شود آماده می‌کنند و با شرکت و رقابت در مراحل مختلف آزمون‌های المپیاد، مهارت و خلاقیت خود را در یادگیری و هنر حل مسئله به نمایش می‌گذارند و در نهایت برای خود و وطن خود افتخار کسب می‌نمایند.
المپیاد نجوم به عنوان یکی از محبوب‌ترین المپیادهای دانش‌آموزی به طور روزافزون در بین دانش‌آموزان علاقمند و با استعداد کشور ما مورد توجه قرار می‌گیرد و این دانش‌آموزان با فراگیری دانش نجوم علاوه بر پیمودن مسیر موفقیت و افتخار، با ساختار و قوانین حاکم بر عالم بزرگ‌مقیاس از منظر دقت و موشکافی علمی آشنا می‌شوند و روش‌هایی را فرا می‌گیرند که در زمانی نه چندان دور انسان‌های دانشمند از این طریق رازها و معماهای شناخت کیهان را گشودند و دیدگاه ما را نسبت به جهان پیرامون‌مان به کلی تغییر دادند. هرکدام از این جوانان با استعداد و پر تلاش با یادگیری و پرورش استعداد و خلاقیت خود از طریق شرکت در رقابت‌های المپیاد نجوم به صورت بالقوه می‌تواند در آینده‌‌ی نزدیک جانشین همان دانشمندان شود و اسرار نامکشوف عالم را به روی آیندگان بگشاید.
[1] البته دانش‌آموزان دوم دبیرستان (سال دهم) فرصت دارند در رقابت‌های سال آینده شرکت نمایند.
[2] می‌توان به جای آن از هر کتاب مناسب دیگر حساب دیفرانسیل و انتگرال، از جمله کتاب جورج توماس استفاده کرد.
[3] ترجمه‌ای دیگری نیز از بخش اول این کتاب توسط آقایان احسان مهرجو و کامبیز خالقی انجام شده است و انتشارات دانش‌پژوهان جوان آن را منتشر کرده است.