همه چیز درباره المپیاد نجوم: پیش به سوی بی‌نهایت

برخی از انسان‌ها علاقه به تماشای آسمان دارند و سؤالات بسیاری درباره اجرام کیهانی دارند. دوست دارند ساعت‌ها به آسمان شب و ستارگان پرنور و کم‌نور آن چشم بدوزند و به شگفتی و عظمت عالم فکر کنند. شاید برخی از شما از کودکی علاقه داشتید که راز ستارگان و کهکشان‌ها را کشف کنید. دوست دارید فضانورد یا دانشمند شوید. شاید دوست داشته باشید کشف کنید که آیا ما انسان‌ها در این عالم تنها هستیم یا ساکنان دیگری در نقاط دیگر کهکشان و کیهان وجود دارند یا نه.

معمولا بهترین زمان فراگیری دانش و پرورش استعداد در دوران کودکی و نوجوانی است. دوره دانش‌آموزی یکی از بهترین فرصت‌ها برای پرداختن به علائق و رشد استعدادهاست. خوشبختانه راه‌های مختلفی برای پرورش استعداد دانش‌آموزان علاقمند به نجوم و کیهان‌شناسی وجود دارد. که یکی از آن‌ها «المپیاد نجوم و اخترفیزیک» است. المپیاد نجوم می‌تواند فرصت خوبی برای یادگیری مفاهیم مقدماتی و نسبتا پیشرفته نجوم به صورت اصولی باشد. دانش‌آموزان علاقمند به شرکت در المپیاد نجوم، دانش خود را در فیزیک و ریاضیات و دیگر زمینه‌ها بالا می‌برند و با دنیایی از شگفتی‌های نجوم آشنا می‌شوند. این المپیاد می‌تواند سکوی پرتاب خوبی برای هدایت استعدادها و علاقه‌های دانش‌آموزان به سوی پژوهش واقعی و کشف راز و رمزهای ناگشوده کیهان باشد.

تاریخچه مختصر المپیاد نجوم

المپیادهای علمی نوعی رقابت علمی بین دانش‌آموزان (یا دانشجویان) است که از چند دهه پیش در کشورهای مختلف دنیا برگزار می‌شوند. المپیادهایی مثل ریاضی، فیزیک، شیمی، کامپیوتر و زیست‌شناسی سابقه طولانی‌تری دارند. اما یکی از المپیادهای نسبتا جوان که از سال ۱۹۹۶ آغاز شده است المپیاد جهانی نجوم است. المپیاد جهانی نجوم (IAO) برای اولین بار در سال ۱۹۹۶، بین دو کشور روسیه و سوئد برگزار گردید و پس از دوازده دوره در سال ۲۰۰۷ این المپیاد با تغییراتی در اساسنامه‌، المپیاد جهانی نجوم و اختر فیزیک (IOAA) نام گرفت که  اولین دوره جدید این المپیاد در کشور تایلند، دومین دوره در اندونزی و سومین دوره آن (۲۰۰۹) در ایران برگزار شد. ایران برای اولین بار در سال ۲۰۰۳ میلادی (۱۳۸۲) به طور غیر رسمی و با حمایت سازمان ملی پرورش استعدادهای درخشان (سمپاد)، تیمی متشکل از یک دانش آموز دختر و دو دانش آموز پسر را برای شرکت در هشتمین المپیاد جهانی نجوم به کشور سوئد اعزام نمود که نتیجه این رقابت ها سه مدال برنز بود. سال ۱۳۸۴ کمیته علمی نجوم در ایران توسط باشگاه دانش پژوهان جوان تشکیل شد و این کمیته برگزاری المپیاد نجوم در کشور را به‌عهده گرفتند. همچنین از سال ۲۰۱۰ تا به امروز، ایران با دو تیم (الف و ب) در رقابتهای جهانی شرکت کرده و همواره جزء ۳ تیم برتر جهان بوده است.

شرایط کلی شرکت در المپیاد نجوم

دانش‌آموزان علاقه‌مند برای شرکت در المپیاد نجوم باید شرایط زیر را داشته باشند:

• محصل در پایه دهم یا یازدهم متوسطه باشند.
• نباید وقفه در تحصیل داشته یا ترک تحصیل کرده باشند.
• دانش‌آموزان واجد شرایط شرکت در المپیاد، می‌توانند همزمان در چند رشته المپیاد مختلف ثبت نام کنند.
• دانش‌آموزانی که سال قبل مدال آورده‌اند یا در یک یا چند مرحله شرکت کرده بودند، باید دوباره مراحل ثبت نام را از ابتدا طی کنند.

مراحل المپیاد نجوم و اخترفیزیک

المپیاد نجوم و اخترفیزیک در ایران در ۳ مرحله برگزار می‌شود و در پایان این سه مرحله نفرات برگزیده برای رقابت در المپیاد جهانی نجوم و اخترفیزیک که هر سال در یک کشور برگزار می‌شود به عنوان نمایندگان ایران اعزام می‌شوند.

مرحله اول المپیاد نجوم و اخترفیزیک

مرحله اول المپیاد نجوم بین دانش‌آموزان پایه دهم و یازدهم در کل کشور (معمولا) در اواخر بهمن ماه برگزار می‌شود. داوطلبان باید به ۳۵ سوال تستی این آزمون جواب بدهند و حداقل ۱۰% تا ۱۵% درصد کف قبولی را به‌دست بیاورند. در این مرحله بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ دانش‌آموز پذیرفته می‌شوند و به مرحله دوم المپیاد نجوم راه می‌یابند. هر سال وزن مباحث مختلف در سوالات آزمون مرحله اول متفاوت است و برای اینکه عدالت آموزشی بیشتری برقرار باشد بطور دقیق تعیین نمی‌کنند که از هر مبحث چند سوال مطرح می‌شود. طراحان و برگزار کنندگان المپیاد تلاش می‌کنند هر سال سوالات نو با ایده‌های جدید مطرح کنند و از این طریق دانش‌آموزان با استعداد و خلاقتری را جذب کنند.

مرحله دوم المپیاد نجوم و اخترفیزیک

دانش‌آموزانی که در مرحله اول پذیرفته شده‌اند باید برای شرکت در مرحله دوم المپیاد نجوم برنامه‌ریزی کنند. المپیاد مرحله دوم اغلب اوایل اردیبهشت با ۶ تا ۱۰ سوال تشریحی برگزار می‌شود. در این مرحله ۴۰ نفر از کسانی که حداقل ۲۸ تا ۴۰ درصد نمره‌‌ی کل آزمون را گرفته‌اند، پذیرفته می‌شوند. ۴۰ نفر پذیرفته شده تقریبا به‌ مدت دو ماه و نیم در دوره تابستانی فشرده در باشگاه دانش‌پژوهان جوان شرکت می‌کنند و مباحث پیشرفته و پیچیده‌ی مربوط به نجوم و اخترفیزیک را فرا می‌گیرند.

مرحله سوم المپیاد نجوم و اخترفیزیک

در مرحله سوم که در پایان دوره تابستانی برگزار می‌شود، ۴۰ نفر برگزیده­‌ی مرحله دوم، در آزمون‌های تئوری و عملی (برخلاف مراحل اول و دوم، در مرحله سوم آزمون عملی رصد، سهم عمده‌ای در نتایج و تعیین رنگ مدال دانش­‌آموزان دارد) شرکت می‌کنند و با توجه به نتایج به دست آمده به ۱۰ نفر اول مدال طلا و مابقی مدال‌های نقره و برنز اهدا می‌شود. لازم به ذکر است در صورتی که نمرات دانش‌پژوهی بسیار پایین باشد به ایشان مدالی تعلق نخواهد گرفت و با اهدای یک دیپلم افتخار از وی قدردانی به عمل می‌آید.

المپیاد جهانی نجوم و اخترفیزیک

پس از اهدای مدال طلا به ۱۰ نفر برتر در مرحله‌ی سوم (دوره تابستانه)، این افراد با توجه به برخورداری معافیت از کنکور سراسری، به جای شرکت در کلاس‌های سال دوازدهم به مدت ۶ ماه و هفته ای ۲ تا ۳ روز در کلاس‌های آمادگی برای المپیاد جهانی نجوم در باشگاه دانش‌پژوهان شرکت می کنند و پس از آن با توجه به نمرات کسب شده در آزمون‌های تئوری و عملی، ۵ نفر اول در قالب تیم «الف» و ۵ نفر دوم در قالب تیم «ب» به مسابقات جهانی المپیاد نجوم و اخترفیزیک (IOAA) اعزام می‌شوند.

المپیاد جهانی نجوم و اخترفیزیک در هر سال، به مدت ۱۰ روز در کشور میزبان برگزار می‌شود. هر کشور می‌تواند یک تیم حداکثر ۵ نفره شامل دانش‌آموزان و دو نفر بزرگسال به عنوان رهبر تیم به مسابقات بفرستد (بعضی کشورها مانند ایران، تیم دومی را تحت عنوان مهمان به مسابقات می‌فرستند). رهبران تیم (تیم لیدرها) می‌توانند سوالات را به زبان مادری دانش آموزان ترجمه کنند.

درباره چگونگی آزمون‌های المپیاد جهانی نجوم باید گفت که هر دوره از مسابقات جهانی معمولا شامل آزمون‌های زیر است:

• آزمون نظری یا تئوری که از دو بخش سوالات کوتاه و بلند تشکیل شده است. هر دوره معمولا شامل ۱۵ سوال کوتاه و ۲ یا ۳ سوال بلند است. نتیجه این آزمون تقریبا نصف نمره نهایی را تشکیل می‌دهد.
• آزمون تحلیل داده که به صورت کاغذی یا با کامپیوتر است که طی آن شرکت‌کنندگان به تحلیل داده‌های رصدی واقعی می‌پردازند. این آزمون ۲۵ درصد نمره کل را تشکیل می‌دهد.
• آزمون رصد (عملی) که می‌تواند شامل رصد آسمان واقعی یا آزمون با استفاده از آسمان‌نما (پلنتاریوم) باشد. این آزمون نیز ۲۵٪ نمره نهایی را به خود اختصاص می‌دهد.
• همچنین مسابقه‌ی تیمی نیز آزمون دیگری است که طی آن اعضای یک تیم به صورت مشترک سوالی طولانی یا سخت را حل می‌کنند. نمرات این آزمون تاثیری در نمره‌ی نهایی ندارد.

زبان رسمی مسابقات انگلیسی است اگرچه امکان ترجمه سوالات وجود دارد. کشور میزبان مسئول طراحی و تصحیح سوالات است اگرچه تیم لیدرها می‌توانند به نمرات اعتراض کنند.

نحوه مشخص کردن برندگان المپیاد جهانی نیز به شرح زیر است:

طبق اساسنامه مسابقات، برندگان مدال طلا، نقره، برنز و دیپلم افتخار بر اساس قاعده زیر تعیین می‌شوند:

• ابتدا میانگین نمرات سه نفر اول به عنوان ملاک در نظر گرفته می‌شود.
• افرادی که نمره‌شان بیش از ۹۰٪ میانگین سه نفر اول باشد، مدال طلا دریافت می‌کنند.
• افرادی که نمره‌شان بین ۷۸٪ تا ۹۰٪ میانگین سه نفر اول باشد، مدال نقره دریافت می‌کنند.
• افرادی که نمره‌شان بین ۶۵٪ تا ۷۸٪ میانگین سه نفر اول باشد، مدال برنز دریافت می‌کنند.
• افرادی که نمره‌شان بین ۵۰٪ تا ۶۵٪ میانگین سه نفر اول باشد، دیپلم افتخار دریافت می‌کنند.
• باقی افراد، گواهی حضور در مسابقات را دریافت می‌کنند.
• کسی که بیشترین نمره را در مسابقات کسب کرده باشد، به عنوان برنده مطلق شناخته می‌شود و جایزه ویژه‌ای دریافت می‌کند.
• جایزه‌های دیگری نیز ممکن است به سایر افراد داده شود. (برای مثال، بهترین نمره آزمون تئوری، تحلیل داده، رصد، خلاقانه‌ترین راه حل و…)

مزایای دریافت مدال در المپیاد نجوم

• برندگان مدال طلای المپیاد نجوم از کنکور معاف هستند و می‌توانند در رشته‌ مورد علاقه‌شان در هر دانشگاهی که بخواهند درس بخوانند.
• برندگان مدال نقره و برنز در رشته‌های مرتبط ۱۵درصد سهمیه‌ی کنکور خواهند داشت.
• برنامه‌ریزی برای المپیاد نجوم و تلاش برای دریافت مدال به‌خودی خود باعث پیشرفت‌های بعدی در دانشگاه و مسیر تحصیلی‌تان می‌شود.
• برخی از مباحثی که دانش‌آموزان در المپیاد نجوم فرا می‌گیرند در دانشگاه تدریس می‌شود و فرد در دانشگاه نیز نسبت به بقیه جلوتر خواهد بود.
• دانش‌آموزانی که در المپیاد مدال می‌آورند عضو بنیاد ملی نخبگان خواهند شد و از تسهیلات ویژه‌اش استفاده خواهند کرد. دریافت وام، حقوق ماهیانه، شرکت در کنفرانس‌ها و همایش‌ها، حمایت مالی و اعتباری بنیاد از تسهیلات خاصی است که نصیب مدال آوران می‌شود.
• دارندگان مدال المپیاد، با توجه به مهارت‌ و استعدادی که کسب می‌کنند برای ادامه تحصیل و استخدام در مراکز علمی معتبر دنیا، راه هموارتری دارند.
• اگر برنده مدال المپیاد نجوم و اخترفیزیک شوید موقعیت‌های شغلی بهتری خواهید داشت و راحت‌تر از بقیه در شرکت‌ها و نهادهای مورد نظرتان استخدام می‌شوید.
• پسرها می‌توانند از مزایای خدمت سربازی استفاده کنند و دوران خدمت‌شان را به‌عنوان یک نخبه بگذرانند. نخبه‌ها به صورت پروژه‌ای ۳ تا ۷ ماه خدمت می‌کنند.

مباحث المپیاد نجوم و اختر فیزیک

برای آمادگی شرکت در المپیاد نجوم لازم است که ۶ عنوان کلی را دقیق مطالعه نمائید:

• نجوم کروی

نجوم کروی علمی کهن است که با بحث مثلثات در ریاضی ارتباط تنگاتنگی دارد و دانشمندان و ریاضیدانان قدیمی با آن بسیار سر و کار داشته‌اند. ظاهرا مباحث مربوط به نجوم کروی از کارها و تحقیقات ابوریحان بیرونی بر روی مثلث کروی و روابطش شروع شده و روزبه‌روز گسترش پیدا کرده است. حرکت، طلوع و غروب، بررسی زمانی و موقعیت مکانی ستاره‌ها و سیاره‌ها در آسمان در این مبحث مورد بررسی قرار می‌گیرند. برای یادگیری نجوم کروی باید هندسه‌ی فضایی و درک سه‌بعدی‌تان را حسابی تقویت کنید و این احتیاج به تمرین زیاد و یادگیری کامل این سرفصل‌ دارد. اگر می‌خواهید برنامه‌ریزی برای المپیاد نجوم را شروع کنید بهتر است اول روی نجوم کروی متمرکز شوید؛ چرا که با تسلط روی نجوم کروی بعدا بقیه‌ی مباحث را هم بهتر و سریع‌تر یاد می‌گیرید.

برای شروع یادگیری نجوم کروی از مثلثات کتاب‌های دبیرستان شروع کنید و سعی کنید با مباحث مربوط به هندسه فضایی هم آشنا شوید. خلاقیت ریاضی و تجسم فضایی نقش زیادی در درک و یادگیری نجوم کروی دارد.

• اخترفیزیک

موضوع اصلی بحث اخترفیزیک مطالعه ستاره‌ها است؛ از ویژگی‌های ظاهری‌شان مثل سرعت، قطر، درخشندگی، جرم و دما گرفته تا مباحث مربوط به فیزیک درون ستارگان مثل نحوه تولید انرژی، این‌که چطور انرژی را انتقال می‌دهند، چطور تعادل هیدرواستاتیکی و ترمودینامیکی برقرار می‌شود، تحول ستارگان، همگی در مبحث اختر فیزیک مطرح می‌شوند. برای شرکت در مرحله اول المپیاد نجوم، آشنایی با ویژگی‌های ظاهری ستاره‌ها کافی است ولی از مرحله‌ی دوم به بعد باید تمام مباحث مربوط به اختر فیزیک را به‌طور کامل بلد باشید.

• مکانیک سماوی

علم مکانیک بطور جدی با کارهای گالیله و نیوتن شکل گرفت. در مکانیک سماوی، با استفاده از فیزیک نیوتنی حرکت اجرام سماوی در مدارها را بررسی می‌کنیم. این‌که مسیر حرکت یک جرم در  آسمان یا یک کاوشگر فضایی چگونه است از موضوعات مکانیک سماوی است. در مکانیک سماوی معادله مداری هر جسم را مشخص می‌کنند تا بتوانند موقعیت مکانی‌اش در زمان‌های دلخواه مختلف را پیش‌بینی کنند. پیش از تسلط روی مکانیک سماوی باید فیزیک مکانیک، مشتق، انتگرال و معادلات دیفرانسیل را خوب یاد بگیرید.

• کیهان‌شناسی

کیهان‌شناسی، عالم هستی را در مقیاس‌های بسیار بزرگ بررسی می‌کند و سعی می‌کند آغاز عالم، تحول و پایان هستی را واکاوی کند. در کیهان‌شناسی با اجزای کوچک‌مقیاس کیهان کاری نداریم و تنها ساختارهای بسیار بزرگ نظیر خوشه‌ها و ابرخوشه‌های کهکشانی و تهی‌جاها را در نظر می‌گیریم.

در المپیاد نجوم، مبحثی به نام «دینامیک کهکشانی» نیز مطرح می‌شود که معمولا (به اشتباه) همراه با کیهان‌شناسی توضیح داده می‌شود. در دینامیک کهکشانی، به مطالعه برهم‌کنش کهکشان‌ها بر روی یکدیگر، عمر کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی و تکامل کهکشان‌ها پرداخته می‌شود. بررسی دینامیک خوشه‌های ستاره‌ای نیز در این شاخه از نجوم انجام می‌شود. دانش پیشرفته‌ ریاضی به‌خصوص در مباحث دیفرانسیل و انتگرال این‌جا حسابی به کارتان می‌آید.

• ابزارشناسی و رصد

اخترشناسان با استفاده از ابزارهای رصدی مختلف اقدام به مشاهده و ثبت اطلاعات مربوط به اجرام آسمانی می‌کنند. برای موفقیت در المپیاد نجوم لازم است با برخی از ابزارهای رصدی نظیر دوربین‌های دوچشمی و تلسکوپ‌ها و اطلاعات اپتیکی مربوط به کارکردشان آشنا شوید. خواندن نقشه‌های آسمان و شناخت صورت‌های فلکی از دیگر الزامات موفقیت در المپیاد نجوم است.

• تحلیل داده‌

هر چند سهم سؤالات تحلیل داده در المپیاد نجوم زیاد نیست اما دانش‌آموزان شرکت کننده در این المپیاد لازم است که برخی روش‌های تحلیل داده‌های نجومی را فرا بگیرند. برخی از فرمول‌ها و روش‌های محاسبات کمیت‌های آماری برای داده‌ها و تفسیر داده‌ها و همچنین برازش خط با داده‌های رصدی از جمله مباحث مربوط به تحلیل داده است. همچنین دانش‌آموزان می‌بایست مهارت بالایی در کار با «ماشین‌ حساب علمی» داشته باشند و به سرعت ارقام و داده‌ها را در ماشین حساب وارد کنند و نتایج را درک کنند.