Астрономическое образование

 

Космонавтика и школьная астрономия

 

Земля и Вселенная №5/2007

 

Е. П. Левитан, доктор педагогических наук

Стремление людей узнать, что такое звезды и раскрывать тайны небесных явлений, привело много тысяч лет назад к зарождению астрономии. Накопляемые по крупицам знания древние астрономы передавали из поколения в поколение, от учителя к ученику (не это ли истоки астрономического образования?). Стремление людей полететь к звездам сначала было неистощимым предметом неосуществимых фантастических проектов, а в XX в. привело к рождению теоретической и практической космонавтики. Каким же было, каким стало и каким, возможно, станет астрономическое образование в нашей стране?

Пытаясь ответить на эти вопросы, автор вновь приглашает уважаемых коллег поделиться своим видением путей выхода из кризиса, в котором сейчас оказалась российское школьное астрономическое образование.

До космонавтики

Трудно точно указать, когда в России появилась «школьная астрономия». Задумываясь над этим, невольно вспоминаешь об актуальном сейчас факте из истории: в Киевской Руси (IX – начало XII в.) изучали семь греко-римских классических дисциплин – грамматику, риторику, арифметику, музыку, и астрономию. Отметим также, что при крестителе Руси князе Владимире и его сыне Ярославе Мудром образование было не церковным, а светским. В петровские времена астрономию преподавали в таких учебных заведениях, как школы и училища. В немалой степени это отражало личный интерес Петра I к астрономии. Одиннадцати лет от роду будущий великий правитель России познакомился с астрономией благодаря книге Я. Гевелия «Селенография», из которой он узнал, в частности, о телескопических открытиях. Спустя пять лет Петр научился работать с астролябией и имел представление о достижениях астрономии. В дальнейшем он немало способствовал развитию «математических и навигацких хитростно искусств учения», переводу книг о мироздании, изданию настенных карт и т.д.

Открытие Санкт-Петербургской Академии наук (1725) сделало возможным появление в России людей новой профессии – астрономов. Занятия астрономией, преподавание и распространение астрономических знаний – таким был круг обязанностей астрономов-профессионалов. В Уставах народных училищ и средних школ (1786, 1804) предусматривалось преподавание астрономии.

Хотя, конечно, не все было столь безоблачно. Достаточно вспомнить об «идеологических» ограничениях. Ведь еще в XIX в. Министерство духовных дел и народного просвещения предостерегало авторов учебников и учителей от распространения «богопротивных» идей о «вращении Земли и происхождении мира». Требовалось усвоить, что в основу народного просвещения должны быть положены Закон Божий и христианское благочестие (невольно вспоминаются нынешние дискуссии, проводящиеся под флагом необходимости изучения «Основ православной культуры» в нашей светской и многоконфессиональной школе, а также начавшийся в 2006 г. широко известный петербургский «обезьяний» процесс…).

Какой же была школьная астрономия в начале XX в., то есть всего за несколько десятилетий до начала космической эры? На преподавание астрономии отводилось один или два часа в неделю в зависимости от типа учебных заведений. В дореволюционной России учителя имели возможность выбрать учебник из многих существовавших в то время (их общее число примерно на порядок превосходило нынешнее!). Известностью пользовались, например, учебники космографии (или математической географии) М. Попруженко (1904) и С. Щербакова (1909). Анализ этих учебников (Земля и Вселенная, 1999, № 6) показывает следующее.

Во-первых, авторы стремились сосредоточиться на главных и особенно интересных вопросах предмета.

Во-вторых, под космографией М. Попруженко понимал изучение Земли как небесного тела и «сверх того» излагал краткие сведения о «небесных тела вообще». С. Щербаков тоже выделял в космографии две части – математическую географию и астрономическую («описательную» и «объяснительную»). В соответствии с этими установками на «математическую географию» приходилась львиная доля курса космографии.

В-третьих, включенные в учебники краткие сведения о природе и эволюции небесных тел, строении Солнечной системы и Вселенной отражали уровень достижений астрономии того времени, а потому сегодня во многом кажутся наивными.

В-четвертых, вполне понятно, что, говоря о методах исследования небесных тел, авторы даже не упоминают о возможности исследования Вселенной с помощью запускаемых с Земли космических аппаратов. Ведь в то время космонавтика была еще сферой научной фантастики. Тогда еще не пришло время астрофизики, внегалактической астрономии и, конечно, космологии. Эпохальные телескопы-рефлекторы появились значительно позже: 2.5-метровый в 1919 г., 5-метровый в 1949 г., 6-метровый в 1975 г. До вступления в строй радиотелескопов астрофизика оставалась «оптической». В итоге астрономическая картина мира начала XX в. была еще бесконечно далека от той, которая сформировалась через сто лет. Это и зафиксировало содержание школьного образования того времени.

После 4 октября 1957 г.

Запуск I ИСЗ означал, что Человек от пассивного наблюдения Вселенной (астрономия всегда была наблюдательной наукой) перешел к активному (экспериментальному) исследованию, открывающему путь к последующему освоению околоземного космического пространства и близлежащих к Земле небесных тел. Многих простых людей охватил не только неописуемый восторг, но и прилив невиданного ранее интереса к Вселенной и ее тайнам. Это особенно ярко проявлялось в Московском планетарии, куда устремились взрослые и дети, чтобы в переполненном Звездном зале, затаив дыхание, слушать лектора, восхищаться искусственным звездным небом и, главное, восхищенно следить за тем, как среди звезд быстро перемещается самая главная «звездочка» – I ИСЗ… Казалось, что на волне такого всенародного интереса к астрономии на родине практической космонавтики начнется подлинная эпоха Ренессанса в школьном образовании…

К сожалению, ничего подобного не произошло. Очень жаль, потому что запуск I ИСЗ мог бы стать «пусковым механизмом» для такого Ренессанса, подготовленного в середине XX в. прогрессом астрономической науки, и прежде всего астрофизики. Тем не менее, благодаря огромным усилиям астрономической общественности удалось в начале 60-х гг. добиться утверждения новой программы по астрономии, в основном разработанной Б.А. Воронцовым-Вельяминовым, С.Б. Пикельнером и автором этих строк. Главное отличие этой программы от предыдущих известно. Акцент в ней делается не на вопросы сферической и практической астрономии (то есть не на «математическую географию»), а на астрофизику и внегалактическую астрономию. В соответствии с этой программой и некоторыми ее модификациями совершенствовался классический учебник астрономии Б.А. Воронцова-Вельяминова.

История этого учебника началась с учебника М.Е. Набокова, превратившегося в учебник М.Е. Набокова и Б.А. Воронцова-Вельяминова. Затем начали появляться новые учебники (первый из них, «пробный» учебник автора, – в 1985 г.; 1-е издание в качестве «стабильного» –1994 г., 11-е издание – 2006 г.). В новых учебниках, к числу которых относятся учебники А.В. Засова и Э.В. Кононовича, В.В. Порфирьева, уже были, естественно, элементы космонавтики. Без этого было невозможно, например, излагать вопросы, связанные с открытием радиационных поясов Земли, фотографированием обратной стороны Луны и доставкой на Землю образцов лунного грунта. Кроме того, авторы некоторых новых учебников включили в Приложения к ним информацию об основных достижениях мировой и отечественной космонавтики. Ясно, что сегодня этого недостаточно, поскольку в настоящее время космические исследования преобразили всю астрономию – от астрометрии до космологии. Принципиально изменились возможности астрономических наблюдений, астрофизика стала всеволновой, способной получать информацию из Космоса во всех диапазонах длин волн – от коротковолнового гамма- и рентгеновского излучения до длинноволнового радиоизлучения. Получено множество новых важнейших данных о небесных телах Солнечной системы, Галактике и Мегагалактике. Речь идет не о «добавках» к наземным наблюдениям. Последние, разумеется, не утратили своей актуальности и, более того, получили дальнейшее развитие благодаря созданию гигантских оптических и радиотелескопов, а также объединению отдельных телескопов в глобальные системы. Данные космических наблюдений (и экспериментов!) очень существенно изменили наши представления не только о природе различных типов небесных тел и их систем различной сложности, но и о Вселенной в целом.

Таблица 1

Космонавтика – астрономии

Основные объекты исследования	Основные космические аппараты	Примеры важнейших результатов и проводимых исследований
1. Земля как планета	Первые советские ИСЗ; «Explorer-1, -3, -6» (США). ИСЗ серии «Метеор», «Ресурс», «Метеор-Природа», «Прогноз», «Океан», «Электро», «Алмаз», «Эталон», «Молния», «Радуга», «Экран», «Горизонт», «Луч», «Экспресс», «Глонасс» (СССР), «Tiros», «ОGО» «Geos», «Landsat», «Seasat», «Aqua», «NОАА», «Intelsat», «Navstar» (США), «Meteosat», «Metop», «ЕRS», «Envilsat», «Eutelsat», «Marecs» (ESA), «SPOT» (Франция), «Radarsat» (Канада), «GMS» (Япония), «IRS» (Индия).	Открытие радиационных поясов и магнитосферы. Рождение и становление космической метеорологии, геофизики, океанологии, геодезии, картографии, связи, телевещания, навигации.
2. Луна	АМС серии «Луна» (СССР), «Lunar Orbiter», «Surveyor», экспедиции по программе «Аполлон» (США). «Луноход-1 и -2» (СССР). АМС «Clementine» (США).	Глобальные карты видимой и обратной стороны Луны. Данные о свойствах лунного грунта и внутреннем строении Луны (появление лунной сейсмологии). Исследование Луны с помощью передвижных лабораторий. Открытие водяного льда на полюсах.
3. Меркурий	«Mariner-10» (США).	Карта части поверхности планеты. Дока-зательство отсутствия магнитного поля.
4. Венера	АМС серии «Венера», «Вега» (СССР), «Mariner-5», «Pioneer Venus» (США), «Venus Express» (ESA). «Венера-15 и –16» (СССР), «Magellan» (США).	Уточнение физических условий в атмосфере и на поверхности планеты, панорамы поверхности. Глобальное картографирование поверхности с помощью радаров, установленных на ИСВ.
5. Марс, Фобос	АМС серий «Марс» (СССР), «Mariner» и «Viking» (США). АМС «Viking», «Mars Odyssey» (США), «Mars Express» (ESA), «Фобос-2» (СССР). АМС «Mars Global Surveyor» (США). «Mars Pathfinder», «Spirit» и «Opportunity» (США).	Открытие кратеров и других деталей на поверхности планеты. Глобальное картографирование планеты. Экспериментальные данные о грунте, картографирование части поверхности Фобоса. Открытие огромных запасов водяного льда на Марсе. Исследования планеты с помощью марсоходов.
6. Планеты-гиганты, их  спутники и кольца	АМС «Pioneer-10 и –11», «Voyager-1 и –2», «Galileo» (США), «Cassini – Huygens» (NASA – ESA).	Открытие магнитосфер, уточнение физических условий в атмосферах, данные о строении колец и спутников Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Картографирование поверхности спутников Юпитера и Сатурна. Открытие атмосферы, морей и озер из метана или этана на Титане, вулканов и гейзеров на Ио и Энцеладе. Открытие подповерхностного океана на Европе. Осуществление первой посадки на Титан.
7. Астероиды	АМС «Galileo», «NEAR», «Deep Space-1» (США), «Хаябуса» (Япония).	Первые фотографии с близкого расстояния Гаспры, Иды, Матильды и Брайль. Посадка на астероиды Эрос и Итокава, изучение их поверхности.
8. Кометы	АМС «Вега» (СССР), «Giottо» (ESA), «Deep Space-1», «Stardust»  (США).   АМС «Stardust» (США). АМС «Deep Impact» (США).	Фотографирование ядер комет Галлея, Григга – Скьеллерупа, Боррелли, Вильда-2, Темпеля 1, уточнение характеристик и особенностей строения ядер этих комет. Захват частиц кометы Вильда-2 и возвращение их на Землю. Изучение свойств ядра кометы Темпеля 1 при ударном воздействии.
9. Солнце	Орбитальная станция «Skylab-4», ИСЗ «ОSО», «Wind», «Polar», «TRACE», «АСЕ», «WIRE» (США), «Интербол» (СССР), «Магион» (Чехия), «Cluster» (ESA), АМС «Ulysses» (NASA – ESA), солнечные космические обсерватории «SOHO» (ESA), «Коронас-Ф» (Россия – Украина), «Yohkoh», «Hinode» (Япония), «СТЕRЕО», «THEMIS» (США).	Данные о различных проявлениях активности Солнца, солнечной короне, корональных выбросах и солнечно-земных связях. Фотографирование Солнца (в том числе стереосъемка) с помощью обладающей высоким разрешением аппаратуры космических обсерваторий.
10. Звезды, галактики, Вселенная	Космические обсерватории «Коперник» («ОАО-3»), «Энштейн» («HEAO-2»), КТХ, «Сhandra», «RHESSI», «GALEX», «Spitzer» (США), «Астрон», «Рентген», «Гранат», «Гамма»  (СССР), «IUE-1», «ISO», «XMM-Newton», «Integral» (ESA), «Astro», «VSOP» (Япония), «Corot» (Франция). ИСЗ «Прогноз-9» (эксперимент «Реликт», СССР), «СОВЕ» и «WMAP» (США).	Новые данные о природе различных типов звезд, туманностей, обычных и активных галактик, черных дыр и квазаров по наблюдениям в оптическом, ИК-, УФ-, гамма- и рентгеновском диапазонах. Исследование гамма-всплесков, рентгеновских источников и свойств межзвездной среды. Гравитационное линзирование. Открытие и исследование экзопланет. Открытие анизотропии и поляризации реликтового излучения, уточнение космологических параметров. Новые эксперименты по исследованию «темной материи» и «темной энергии».

Без преувеличения можно сказать, что прогресс в области наземных и космических наблюдений привел к формированию новой астрономической картины мира, включающей основанные на наблюдениях данные об экзопланетах, рождении и эволюции звезд, всемирной антигравитации и даже о возможном существовании ансамбля вселенных. Можно предположить, что мы уже являемся свидетелями «четвертой» революции в астрономии (первую обычно связывают с утверждением идей гелиоцентризма, вторую – с открытием Галактики, третью – с открытием расширения Вселенной). Все это дает основание поставить вопрос о дальнейшей модернизации содержания школьного астрономического образования, программ и учебников. Такую модернизацию имеет смысл осуществить в ближайшие годы.

Заглядывая в будущее

Заглядывать в будущее и стараться делать сколь-нибудь долгосрочные прогнозы считается делом весьма неблагодарным. И все-таки рискнем, ибо, как показывает опыт последних нескольких десятилетий, некоторые идеи удалось реализовать. Это в первую очередь относится к выдвижению в школьной астрономии на первый план интересного и важного в мировоззренческом отношении астрофизического материала, активно разрабатываются идеи гуманизации и гуманитаризации школьной астрономии (Земля и Вселенная, 1983, № 5), казавшиеся в 80-х гг. надуманными, ненужными и неосуществимыми…

Если в первые десятилетия космической эры заявления о начале освоения космоса были в значительной степени «фигурой речи», то в XXI в. это уже не так. Земляне действительно начнут осваивать Луну и Марс, где в обозримом будущем могут появиться первые базы. Во всяком случае, в настоящее время ученые приступают к решению соответствующих медико-биологических проблем, а конструкторы и инженеры занимаются ракетно-техническими и многими другими проблемами, связанными с доставкой экспедиций на Луну и Марс и созданием баз на этих ближайших к Земле небесных телах. Вместе с тем не останутся в стороне и проблемы, связанные с астероидно-кометной опасностью, о которой в последнее время все чаще и чаще напоминают астрономы. Нельзя не обращать внимания на то, что в настоящее время астрономы классифицируют более 800 астероидов как наиболее опасные (четвертая часть их числа – довольно большие астероиды, размером около 1 км). Некоторые специалисты не исключают, что опасный астероид Апофис придется, быть может, сталкивать с орбиты, воспользовавшись средствами ракетно-космической техники…

Учитывая блестящий многолетний опыт работы на околоземной орбите «Астрона», «Интеграла», КТХ, «SOHO», «Чандры» и других космических обсерваторий, в еще большей степени, чем сейчас, будет уделяться внимание созданию космических астрономических обсерваторий нового поколения.

Иными словами, узы, связывающие астрономию с космонавтикой, будут крепнуть и множиться. Как это отразить в школьном астрономическом образовании XXI в., когда космизация астрономии неизмеримо возрастет? Празднуя 50-летие космической эры, не хочется рыдать о судьбе школьной астрономии в современной России. Передо мной Приказ Министерства образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки России) от 14 декабря 2006 г. «Об утверждении федеральных перечней учебников, рекомендованных (допущенных) к использованию в общеобразовательном процессе в образовательных учреждениях, реализующих общеобразовательные программы общего образования и имеющих государственную аккредитацию на 2007/2008 учебный год». Перечень учебников очень большой – 1120 наименований. Из них в списке для обычных общеобразовательных школ – 963 учебника, для школ, где обучают на языках народов России, – 87, 70 учебников – для коррекционных образовательных учреждений. Считается, что в среднем учителю и ученику предлагаются на выбор пять учебников. Все включенные в документ учебники проходили тщательную авторитет-экспертизу (в РАН даже есть специальная комиссия по анализу и экспертизе учебной литературы). Некоторые учебники проходили экспертизу неоднократно (2–4 раза). Нелегко в огромном перечне найти учебники астрономии, но всё-таки они там есть. Цитирую: «Соответствуют федеральному компоненту государственного стандарта общего образования 2004 г. … элективные курсы Левитан Е.П. «Астрономия» 11 кл., Порфирьев В.В. «Астрономия» 11 кл.». Кроме того, удалось найти и не очень внятное упоминание о «Воронцове-Вельяминове Б.А. и др., 11 кл.», но, похоже, в связи не с учебниками, а с методическими материалами и программами. Итак, к концу первого десятилетия XXI в. мы имеем не так уж много учебников по элективным курсам астрономии (вспомните, сколько учебников существовало в дореволюционной России, когда еще не было стремительно развивающейся и тесно связанной с физикой астрономии и уж конечно никакой космонавтики!). Хочется быть оптимистом и сметь надеяться, что нынешняя ситуация – временное явление, правда не столь краткое, как полное солнечное затмение, но, главное, и не вечное. Космизация различных сфер народного хозяйства и производства, науки, культуры и повседневной жизни людей не может оставаться незамеченной вершителями судеб образования (хотя, впрочем миллионы или даже миллиарды людей, пользуясь «мобильниками», могут и не подозревать о спутниковой связи?).

Думаю, что заслуживает внимания идея о четырех ступенях детского и юношеского познания Вселенной («Вселенная дошкольника», «Вселенная младшего школьника», «Вселенная подростка» и «Вселенная старшеклассника»; Земля и Вселенная, 2006, № 3). Конечно, мы вынуждены учитывать современную ситуацию и прежде всего разрабатывать систему факультативных курсов, позволяющую хотя бы самым любознательным детям узнать об астрономии и космонавтике больше, чем об этом сказано в существующих учебниках по различным предметам [1]. В старших классах с углубленным изучением физики совершенно необходим хотя бы общеобразовательный курс астрономии, буквально «насыщенный» космонавтикой. Соответствующий учебник может либо иметь привычное название («Астрономия»), либо в самом названии подчеркивать органическую связь современной астрономии с космонавтикой.

Хорошо помню, как много лет назад мы с профессором В.В. Радзиевским обсуждали его идею разработки школьного курса «Астрономия и космонавтика». В настоящее время уместно вернуться к этой идее, рассматривая курс «Астрономия и космонавтика» в качестве одного из вариантов курса астрономии, завершающего, как мы считаем, физико-математическое образование и даже философское образование выпускников российской школы. Основной круг понятий и вопросов космонавтики, которые было бы полезно рассмотреть в таком обзорно-мировоззренческом курсе, обозначен в книжке автора «Космонавтика от А до Я» (М.: «Аргументы и факты», 2000). Поскольку в таком курсе космонавтика показана в роли одного из важнейших методов изучения Вселенной, желательно дать представление о том, как осуществляются полеты к различным небесным телам, какой астрофизической аппаратурой оснащаются автоматические межпланетные станции и орбитальные обсерватории. Здесь наверняка возникнет необходимость в обсуждении вопроса о роли людей и автоматов в осуществлении космических миссий. Не останется в стороне и проблема ВЦ, в частности проблема SETI. В основе курса (и учебника!) «Астрономия и космонавтика» должны быть достижения космонавтики, обогатившие астрономию важными открытиями. Однако молодежь интересуют не только достижения, но и перспективы космонавтики. Поэтому в курс «Астрономия и космонавтика» полезно включить хотя бы краткую информацию о научных проектах, разрабатываемых в России (прежде всего в ИКИ РАН), Европейском космическом агентстве и США. Важно подчеркнуть, что в ходе реализации этих проектов ученые надеются получить ответы на многие интересующие их фундаментальные вопросы, касающиеся, например, возможности жизни вне Земли (Марс, Европа) или природы «темной энергии». Сегодня, когда, откровенно говоря, «Вселенную выгнали из школы», сказанное выше во многом представляется несбыточным. Но время летит быстро. Пролетят и следующие полвека космической эры. И тогда, подводя итоги содеянному, наши потомки и последователи будут обсуждать совсем другие аспекты школьного астрономического образования. Как, впрочем, и совсем другую общеобразовательную школу, в которой астрономия, неразрывно связанная с физикой и космонавтикой, станет играть фундаментальную, системообразующую роль в обучении подрастающего поколения.

Эффективность качественно нового уровня преподавания астрономии и космонавтики в школе будущего окажется в прямой зависимости прежде всего от квалификации учителей астрономии (именно астрономии!) и надлежащей учебно-материальной базы. Как известно, ни первую, ни вторую проблему до сих пор не удалось решить. В десятках советских пединститутов готовили учителей по специальностям «физика – астрономия» и «физика – математика», только в очень редких случаях преподавать астрономию в школе приходили профессиональные астрономы. Лишь в немногих школах удавалось оборудовать хорошие кабинеты астрономии, построить школьные обсерватории и школьные планетарии. Поскольку ситуация сейчас не улучшилась, а ухудшилась, решать обозначенные проблемы в будущем придется практически с нуля. Вероятно, что какое-то время роль центров преподавания астрономии будут играть специально выделенные для этой цели школы, а также планетарии с их астрономическими площадками, с оборудованными народными обсерваториями, демонстрационными угломерными инструментами и т.д. Впрочем, пока еще рано обсуждать эти «детали». Между тем уже сейчас есть основания предполагать, что, во-первых, в обозримом будущем откроется, наконец, Московский планетарий, который станет не только Московским и Всероссийским Центром популяризации астрономии и космонавтики, но и Центром дополнительного образования в этих очень важных для общества областях знаний. Во-вторых, пора возродить былую активность астрономической общественности, одной из основных задач деятельности которой должна стать борьба за изменение отношения к астрономическому образованию школьников.

Астрономическая общественность могла бы уже сейчас оказывать более действенную помощь в развитии различных форм астрономического образования как составной части дополнительного образования. Представляется, что система дополнительного образования в современной школе, а тем более в школе будущего, станет важным компонентом обучения и воспитания школьников в российских школах.

Вместо постскриптума

Перечитав только что написанную статью, я задумался: а надо ли было ее писать? Нужно ли в который раз доказывать необходимость школьного астрономического образования, тратя много сил, нервов и времени? И словно в ответ на эти вопросы появились новые данные Всероссийского центра изучения общественного мнения (ВЦИОМ). В их результаты трудно поверить. Оказалось, что почти треть респондентов (28%) считают, шокируя экспертов, что… Солнце – спутник Земли. Опрос проводился 14–15 апреля 2007 г. Астрономический тест был одним из нескольких. Использовалась стандартная общенациональная выборка (1600 респондентов из 153 населенных пунктов в 46 регионах России). Статистическая погрешность составляла не более 3.4%. (В ходе опроса также выяснилось, что среди интересующихся наукой и техникой 65% верят в Бога, 42% – в судьбу, 16% – в сверхъестественную силу, 10% – в гороскопы…) Едва ли нужно драматизировать подобные ошеломляющие данные о знаниях наших соотечественников в области астрономии (опрашивали людей в возрасте от 18 до 65 лет). Очевидно, потребуются более масштабные и глубокие социологические исследования. Однако игнорировать тревожный сигнал тоже не следует. А наша озабоченность состоянием школьного астрономического образования на родине К.Э. Циолковского, С.П. Королёва и Ю.А. Гагарина становится еще более актуальной…