Астрономія. 11 КЛАС

УРОК № 29

ЛЮДИНА У ВСЕСВІТІ. АНТРОПНИЙ ПРИНЦИП

ФОРМУВАННЯ КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ:

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Немає нічого більш хвилюючого, ніж пошуки життя і розуму у Всесвіті. Людина не заспокоїться, поки не розгадає загадку свого походження. Для цього потрібно дізнатися таємницю народження Всесвіту, вирішити проблему походження життя і зрозуміти природу розуму. Астрономи і фізики вивчають Всесвіт, досліджують його походження та еволюцію. Біологи і психологи вивчають живі істоти та розум.

А походження життя хвилює всіх: астрономів, фізиків, біологів, хіміків. На жаль, ми знаємо тільки одну форму життя та місце де це життя існує - планета Земля.

1. Як виникло життя на Землі?

2. Які умови необхідні для виникнення та розвитку життя?

3.     Що чекає на людську цивілізацію?

Сьогодні на уроці ми дізнаємося відповіді на ці запитання та багато іншого не менш цікавого.

■ ІІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ ІV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Життя — це високоорганізований стан речовини, здатний до самовідтворення за допомогою певним чином кодованих молекул, а також до обміну з навколишнім середовищем інформацією, речовиною і енергією.

ЖИВИЙ ОРГАНІЗМ - складна відкрита система з хімічних і біологічних сполук, яка має великий ступінь впорядкованості та зберігає величезну інформацію про себе і світ.

Відкрита система обмінюється з навколишнім середовищем енергією та інформацією

Уся хімічна розмаїтість життя на Землі вичерпується 28 речовинами: 20 видів амінокислот, 5 основ, 2 вуглеводів й 1 фосфат. Їхній елементарний хімічний склад визначається співвідношенням водню (37,5 %), вуглецю (29,8 %), кисню (18,3 %), азоту (11,3 %), фосфору (3,1%).

Відкрита система обмінюється з довколишнім середовищем енергією та інформацією. Усі живі істоти за допомогою генів створюють величезний об'єм інформації, яка зберігається і передається нащадкам.

Об'єм інформації, який зберігає тільки одна клітина живого організму, оцінюється в 1022—1023 біт. Для порівняння - об'єм інформації, яку зберігають сучасні комп'ютери, у мільярди разів менші.

Біологічна еволюція живих організмів відбувається у напрямку збільшення обсягу інформації, який передається нащадкам. Наприклад, загальна маса усіх живих істот 100 млн років тому була неменша, ніж маса сучасних живих істот, але обсяг нової інформації, якою володіє наша цивілізація, у мільярди разів більший, ніж інформація, що зберігалася у велетенських тілах динозаврів.

Гігантський стрибок у збільшенні потоку інформації відбувся 100 тис. років тому з появою розумної людини — Homo sapiens. Біологи доводять, що тоді на Землі паралельно існували два види розумних людей — кроманьйонці та неандертальці. Хоча неандертальці були фізично сильні та могутні, але під час льодовикового періоду вони загинули.

Вижили кроманьйонці, які навчилися не тільки добувати та зберігати вогонь, а й передавати свої знання нащадкам, тобто передавати інформацію з минулого в майбутнє не тільки за допомогою генів. Майже всі тварини для обміну інформацією користуються звуками, але тільки розумна людина для збереження інформації почала застосовувати різноманітні знаки і символи, які з часом перетворилися на писемність.

Завдяки комп’ютерам на сучасному етапі розвитку нашої цивілізації теж спостерігається значне збільшення потоку інформації, якою володіє людство. За допомогою АМС ми почали збирати інформацію на далеких планетах та приступили до безпосередніх пошуків позаземних форм життя.

Прогнози еволюції людської цивілізації

Час існування окремої цивілізації теж впливає на визначення загальної кількості цивілізацій у Галактиці. Скільки часу може існувати окрема цивілізація, ми не знаємо, адже спостерігаємо тільки за розвитком людства. Існують кілька наукових оцінок тривалості життя цивілізації. За так званою песимістичною точкою зору середня тривалість існування окремої ізольованої цивілізації не перевищує 10 000 років. Відповідно до цієї шкали земна цивілізація наближується до смерті, адже людство зіткнулося з цілим рядом проблем, які можуть призвести до катастрофічних наслідків.

Основи« причини, які можуть викликати загибель нашої цивілізації:

1. Екологічна катастрофа, яка може виникнути внаслідок забруднення навколишнього середовища промисловими відходами наших підприємств.

2. Зміна клімату на Землі через збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері, збільшення парникового ефекту та підвищення температури.

3. Збільшення озонових дір в атмосфері може викликати підвищення частки ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке досягає поверхні Землі, внаслідок чого можуть загинути флора і фауна нашої планети (окрім живих організмів у воді та під поверхнею Землі).

4. Катастрофічне зіткнення з астероїдом або кометою може призвести до різкого зниження температури та виникнення нового льодовикового періоду.

5. Цивілізація може покінчити життя самогубством через атомну війну. Події останніх років показують, що така загроза існує, поки атомна зброя поширюється серед держав, які не спроможні належним чином контролювати.

6. Інтелектуальна деградація людства.

7. Пандемія за участі стійких до антибіотиків бактерій, пріону або антивірусних можливостей вірусу. У практичному плані це навряд, чи не всі люди і громади, ймовірно, будуть піддані хвороби, і не всі люди будуть вмирати, коли піддадуться інфекції.

Учені, які мають іншу, не таку безнадійну точку зору, вважають, що всі ці проблеми в майбутньому можуть бути вирішені, тому оптимістична оцінка тривалості існування нашої цивілізації — 100 000 років.

 Тобто за цією шкалою наша цивілізація тільки народжується, і в майбутньому нас чекає розквіт, освоєння міжзоряного простору та зустрічі з інопланетними цивілізаціями.

2. Антропний принцип

Усі живі істоти на Землі народжують дітей, а потім рано чи пізно вмирають, тобто перетворюються на неживу матерію. Але на Землі ніхто не спостерігав безпосереднє зародження живих біологічних клітин із неживих хімічних сполук.

Із цього приводу англійський біолог Ф. Крік висловився так: «Ми не бачимо шляху від первісного бульйону до природного добору. Можна дійти висновку, що походження життя - диво, але це свідчить лише про наше незнання.»

Сучасна наука вважає, що необхідною передумовою життя, подібного земному, є утворення складних органічних сполук.

Для цього необхідно:

•         наявність хімічних елементів, які входять до складу живого;

•         наявність ультрафіолетового проміння;

•         відповідний температурний режим.

Тож, напевне, початок життя на Землі був цілком закономірним, а подальший перехід від переджиття до життя, а також його існування стало можливим завдяки:

•         вдалому розміщенню планети у Сонячній Системі, що забезпечило на ній необхідний і стабільний температурний режим. Наявність же планет-гігантів стабілізує орбіту Землі, захищає її від потоку метеоритів;

•         унікальному співвідношенню розмір-маса. За більших розмірів і маси її атмосфера нагадувала б атмосферу планет-гігантів, менші розміри та маса - не змогли б утримати атмосферу;

•         наявності масивного супутника, що стабілізує орієнтацію осі обертання Землі, викликає припливи і відпливи на морському узбережжі (це могло зіграти основну роль для утворення мікросередовищ, придатних для умов життя).

•         стабільне Сонце, яке протягом кількох мільярдів років майже не змінювало своєї світності.

•                      розширення Всесвіту теж сприяє існуванню життя, адже у фазі стискування смертельне короткохвильове фонове випромінювання могло б знищити все живе.

Виникає таке враження, що все в космосі існує для того, щоб на Землі існувало життя. Саме тому у 1974 р. фізик Б. Картер вперше проголосив принцип, який відомий як антропний: “Ми існуємо, тому що Всесвіт такий, який він є”. Тобто, властивості Всесвіту забезпечують наше існування.

Антропний принцип - науковий принцип, який стверджує, що існування життя значно залежить від найзагальніших властивостей Всесвіту.

 Фундаментальні ж властивості Всесвіту визначають чотири види взаємодії (гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка) і співвідношення: між масою протона і електрона; між масою нейтрона і протона; розмірність фізичного простору.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1. За допомогою чого живий організм зберігає і передає інформацію?

2. Як розшифровується абревіатура ДНК?

3. Які хімічні елементи є основою живих організмів? (гідроген, оксиген і карбон)

4. Який об’єм інформації передає людина своїм нащадкам за допомогою генів?

5. Поясніть що таке відкрита система та наведіть приклад такої системи?

6. У чому полягає сутність антропного принципу?

7. Що потрібно для виникнення розумного життя схожого до земного?

8.  Які песимістичні і які оптимістичні прогнози існування нашої цивілізації?

9. Сформулюйте причини, які можуть викликати загибель нашої цивілізації.|

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати тему,

ВИКОНАТИ ТЕСТ

Завдання необхідно виконати до  27 квітня 10:00год

Код доступу 8348089

використати цей код,відкривши посилання

join.naurok.ua

Або перейдіть за посиланням

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=8348089

УРОК № 28 Захист навчальних проектів та презентація творчих завдань.

Мета  уроку:

Навчальна  Визначити рівень оволодіння учнями знаннями за темою, обраною для навчального  проекту

Розвивальна. Розвивати   уміння правильно розподіляти час; самостійність у навчанні; вміння самостійно   застосовувати правила, закони.

Виховна.  Виховання дисципліни, чесності, відповідальності.

Тип   уроку: урок контролю та корекції навчальних  досягнень.

Наочність  і обладнання: презентації проектів, моделі, установки.

Хід уроку

І.  ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Орієнтовні   критерії оцінювання навчального проекту

1.   Актуальність -1 бал.

2.   Оформлення роботи (паперові носії) - 2 бали.

3.   Достовірність - 1 бал.

4.   Науковість - 2 бали.

5.   Представлення - 2 бали.

6.   Презентація (малюнки) - 2 бали.

7.   Обговорення - 2 бали.

II. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

III. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Орієнтовне  оформлення проекту (паперові носії та презентація)

1.  Назва проекту.

2.  Тип проекту.

3.  Керівник проекту (вчитель).

4.  Виконавці проекту.

5.  Проблема.

6.  Мета.

7.  Очікуваний результат (для дослідження).

8.  Завдання проекту.

9.    Хід роботи.

10.  Висновки.

11.  Використані  джерела інформації.

IV.  ЗАХИСТ ПРОЕКТІВ   

Орієнтовні теми

1.  Чи є Всесвіт у значному масштабі однорідним?

2.  У чому суть гравітаційного космологічного парадокса?

3.  Поясніть, у чому полягає парадокс «теплової смерті»? Чим можна його спростувати?

4. Поясніть фотометричний парадокс безмежного і нескінченного Всесвіту (парадокс Ольберса): «Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?».

5.В якому фізичному стані знаходиться речовина на Сонці?

6. Для визначення світності Сонця потрібно знати… Чому її так важливо обчислювати?

7. Які з хімічних елементів найпоширені на Сонці? Які спостереження дозволяють це визначити?

8.Складовими внутрішньої частини Сонця є…

9.У результаті якого процесу виділяється енергія в надрах Сонця?

10.Перенесення енергії із надр Сонця до його поверхні здійснюється шляхом…

11.Атмосферу Сонця можна умовно розділити на…

12. Яка область Сонця є основним джерелом видимого випромінювання?

13.Грануляція у фотосфері Сонця є проявом…

14.   Що таке сонячний вітер? Як він виникає?

15. Чи є серед них ті зорі, які «миготять» або розміщені близько одна до одної?

16.Скільки планет в Сонячній системі

17. Чи існуюють планети навколо інших зір?

V. ПІДСУМОК УРОКУ

VI.  Домашнє завданняПідготувати   творчі завдання до 19.04 відправити на н.з

УРОК №27

Контрольна робота №2 з теми: Зорі. Еволюція зір. Наша галактика. Будова і еволюція всесвіту.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

■ III. КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ

▪ Інструктаж щодо оформлення контрольної роботи

▪ Виконання завдань

Контрольна робота 2

Тестові завдання по 0,5б    

1. (0,5б) Скільки зір можна побачити неозброєним оком?

А) близько 3000;  Б) близько 9000;В) близько 6000; Г) близько 12000.

2.  (0,5б)  Найяскравіша зоря нашого нічного неба…

А) Сонце; Б) Арктур; В) Вега; Г) Сиріус.

3.  (0,5б)  Який тип календаря використовується в Україні?

А) місячний; В) сонячно-місячний;Б) сонячний; Г) і сонячний, і місячний.

4 . (0,5б)  Як називається розташування планет у космічному просторі відносно Землі і Сонця?

А) Елонгація; В) Конфігурація;Б) Протистояння; Г) Сходження.

5 . (0,5б) Як називається точка орбіти, де планета розміщується на найбільш віддаленій відстані від Сонця? А) Афелій; В) Перигелій;Б) Перигей; Г) Апогей.

6 . (0,5б)  Телескопічна ера в астрономії розпочалась у …

А) 1668р.; В) 1781 р.;Б) 1609 р.;  Г) 1924 р.

7 . (0,5б) Найбільша планета Сонячної системи…

А) Венера; В) Юпітер; Б) Уран;  Г) Земля.

8 . (0,5б)  Найвища гора в Сонячній системі знаходиться:

А) На Марсі;  В) На Меркурії; Б) На Землі ;  Г) На Венері.

9 . (0,5б)  Пояс астероїдів міститься між орбітами… А) Землі і Марса;

 В) Нептуна і Плутона; Б) Юпітера і Сатурна; Г) Марса і Юпітера.

10 . (0,5б)  Температура поверхні Сонця приблизно становить…

А) 4000 К; В) 8000 К; Б) 6000 К; Г) 12 000 К.

11 . (0,5б)  Який із супутників має густу азотну атмосферу з домішками аміаку… 

А) Ганімед,  В) Каллісто; Б) Титан; Г) Оберон.

12 . (0,5б) Згідно із загальноприйнятою теорією походження Сонячної системи, її вік становить …

А) 4,6 млрд. років.;  В) 5 млрд. років; Б) 4,4 млрд. років;  Г) 4,5 млрд. років.

13. (1,5б)  Встановіть відповідність між типом зорі і її  температурою

1.         Блакитні зорі

2.         Жовті зорі

3.         Червоні зорі

4.         . Білі карлики

А)7 500К -10 000 К

Б) 30 000 К- 60 000К.

В)6 000 К- 7 500К

Г)5 000К -6 000К

Д).2 000 К- 3 500 К 

14. (1,5б) Встановіть відповідність між типом Галактики та її описом 

1.       Спіральні галактики

2.       Лінзоподібні галактики

3.       Галактики неправильної форми

4.   Еліптичні

a)       Галактики, що не можуть бути віднесені до жодного з перерахованих класів.

b)      Галактики, які складаються з балджа і зовнішнього диска, що містить рукави.

c)       Галактики дископодібної форми із чітко вираженим центральним балджем

d)      Галактики, мають відносно рівномірний розподіл зір без чіткого ядра

Дати розгорнуту  відповідь на запитання ( по 2 б)  

15. (2б) Що знижує енергію  всередині сонячних плям?

16. (2б)  Який об’єкт розміщений у центрі нашої Галактики?

■ IV. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

■ V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Виконати к.р. відправити на н.з. не пізніше 13.04

Виконати самоаналіз контрольної роботи

дослідити, яким буде майбутнє нашої цивілізації (можливі сценарії)

УРОК № 25

Тема: СПОСТЕРЕЖНІ ОСНОВИ КОСМОЛОГІЇ

Обладнання: підручник, презентація із демонстраціями та відеоматеріалами, ноутбук, екран (мультимедійний проектор), зошит для конспектів.

Тип уроку: комбінований.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1. Найближчу до Землі галактику можна спостерігати…

2. У переважної більшості галактик спектральні лінії зміщені в ділянку спектра…

3. Найближчою до нас галактикою у північній півсфері неба є…

4. Те, що наш Всесвіт розширюється, установив із спостережень…

5. В якому сузір'ї спостерігається найбільше скупчення галактик?

6. Чи існує центр розширення Всесвіту?

7. Які існують типи галактик у Всесвіті за зовнішнім виглядом?

8. Що визначає закон Габбла?

9. Що астрономи розуміють під терміном «галактичний канібалізм»?

10. Чим пояснюють велику яскравість ядер більшості галактик?

11. Який спостережний факт є підтвердженням розширення Всесвіту?

12. З якою характеристикою галактики пов’язане явище фіолетового зміщення ліній у її спектрі?

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

1. Що є предметом вивчення космології?

2. Хто створив загальну теорію відносності?

3. Які фізичні закони ви знаєте, котрі діють у всьому Всесвіті?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

 Космологія - наука про Всесвіт у цілому, про найзагальніші закони його будови і розвитку. Сучасна космологія ґрунтується на загальній теорії відносності для певної моделі Всесвіту. А саме: Всесвіт є однорідним та ізотропним у даний момент часу, тобто його властивості для кожного заданого моменту часу однакові в усіх його точках і напрямках.(космологічний принцип).

Така модель є наближеною, оскільки в невеликих об’ємах (наприклад, в об’ємі 10 пк у околицях Сонця) може бути кілька зір і міжзоряна розріджена плазма, а у сусідній ділянці простору такого ж об’єму взагалі може не бути жодної зорі. Але у великих масштабах (наприклад, у кубі зі стороною 100 млн. пк) число галактичних і зоряних об’єктів є майже однаковим у будь-якій частині видимого Всесвіту. Це приводить до важливого висновку: у великих масштабах Всесвіт однорідний.

Космологічні парадокси

У разі поширення законів фізики на Всесвіт загалом або досить великі його області, виникають утруднення, які було названо космічними парадоксами.

Існують три найбільш відомі космологічні парадокси: фотометричний (Шезо-Ольберса), гравітаційний ( парадокс Неймана – Зелігера) та «теплової смерті» Всесвіту.

Фотометричний парадокс.

«Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?». Класична фізика говорить, що якщо в нічному небі світить безліч зір, які випромінюють нескінченну кількість енергії, тому освітлення від зір і галактик повинно бути не меншим за освітлення, яке створює Сонце. Проте з власного досвіду ми бачимо, що вночі небо набагато темніше, ніж удень. Пояснення цьому надає релятивістська космологія - через червоне зміщення яскравість далеких об’єктів знижується і Всесвіт може бути безмежним, але скінченним.

Математики запропонували таку модель Всесвіту, в якій можна спростувати фотометричний парадокс. В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ — це звичайне коло або будь-яка інша замкнута крива.

Замкнутий двовимірний простір — поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні сфери є скінченною величиною.

Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий замкнутий Всесвіт, який немає межі, але має скінченний об’єм і, отже, обмежену кількість зір і галактик. У такому Всесвіті немає центру, всі точки в ньому рівноправні й у всіх напрямках простір однорідний. Як перевірити, що простір скінченний?. Якщо простір замкнутий, то мандрівник, подорожуючи в одному напрямку, може здійснити навколосвітню подорож і повернутися в точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож здійснив Маґеллан, який довів, що поверхня Землі є замкнутим двовимірним простором. У тривимірному Всесвіті космонавти ніколи не зможуть завершити таку навколосвітню подорож, тому перевірку можна зробити тільки за допомогою теоретичних міркувань.

Гравітаційний парадокс — космологічна проблема, яка виникає із класичної теорії тяжіння і яку можна сформулювати таким чином: «У нескінченному Всесвіті з евклідовою геометрією і ненульовою середньою густиною речовини гравітаційний потенціал усюди набуває нескінченних значень». (зі збільшенням масштабу у Всесвіті його середня густина повинна стрімко зменшуватися і прямувати до нуля. Що суперечить моделі однорідного та безмежного Всесвіту. На даний момент цей парадокс не виникає, оскільки Ньютонівську теорію всесвітнього тяжіння, як з’ясувалося на початку XX ст.,не можна застосовувати для опису сильних гравітаційних полів тяжіння і, зокрема, розподілу нескінченної кількості речовини у безмежному просторі. У цих випадках треба використовувати теорію відносності Айнштайна.

Парадокс теплової смерті.

Теплова смерть термін, що описує кінцевий стан будь-якої замкнутої термодинамічної системи. При цьому ніякого направленого обміну енергією спостерігатися не буде, оскільки всі види енергії перейдуть в теплову. Термодинаміка розглядає систему, що перебуває в стані теплової смерті як систему, в якій термодинамічна ентропія максимальна.

Висновок про теплову смерть Всесвіту був сформульований Р. Клаузіусом 1865 р. на основі другого закону термодинаміки. За цим законом, будь-яка фізична система, що не обмінюється енергією з іншими системами (для Всесвіту в цілому такий обмін, очевидно, виключений), прагне до найбільш вірогідного рівноважного стану — до так званого стану з максимумом ентропії. Такий стан відповідав би тепловій смерті Всесвіту.

Ще до створення сучасної космології були зроблені численні спроби спростувати висновок про теплову смерть Всесвіту. Найбільш відома з них флуктуаційна гіпотеза Л. Больцмана (1872), відповідно до якої Всесвіт одвічно перебуває в рівноважному ізотермічному стані, але за законом випадку то в одному, то в іншому його місці інколи відбуваються відхилення від цього стану; вони відбуваються тим рідше, чим більшу область захоплюють і чим значнішим є ступінь відхилення.

VI. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.  Чи є Всесвіт у значному масштабі однорідним?

2.  Що вивчає наука космологія? Сформулюйте її принцип.

3.  У чому суть гравітаційного космологічного парадокса?

4.  Поясніть, у чому полягає парадокс «теплової смерті»? Чим можна його спростувати?

5.  Поясніть фотометричний парадокс безмежного і нескінченного Всесвіту (парадокс Ольберса): «Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?».

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·  Історія космології

·  Фотометричний парадокс

·  Парадокс теплової смерті

·  Гравітаційний парадокс

УРОК № 26

ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ УЯВЛЕНЬ ПРО ВСЕСВІТ. ПОХОДЖЕННЯ Й ЕВОЛЮЦІЯ ВСЕСВІТУ

Обладнання: підручник, презентація із демонстраціями та відеоматеріалами, ноутбук, екран (мультимедійний проектор), зошит для конспектів.

Тип уроку: комбінований.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1.  Чи є Всесвіт у значному масштабі однорідним?

2.  У чому суть гравітаційного космологічного парадокса?

3.  Поясніть, у чому полягає парадокс «теплової смерті»? Чим можна його спростувати?

4.  Поясніть фотометричний парадокс безмежного і нескінченного Всесвіту (парадокс Ольберса): «Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?».

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

1. Що є предметом вивчення космології?

2. Сформулюйте космологічний принцип?

Сучасна космологія ґрунтується на загальній теорії відносності для певної моделі Всесвіту. А саме: Всесвіт є однорідним та ізотропним у даний момент часу, тобто його властивості для кожного заданого моменту часу однакові в усіх його точках і напрямках

У разі поширення законів фізики на Всесвіт загалом або досить великі його області, виникають утруднення, які було названо космічними парадоксами.

Для їх вирішення було розроблено ЗТВ та певну модель Всесвіту – безмежного, але скінченного.

3. Чи є справедливою дана модель?

4. Який вік Всесвіту?

5. Як зародився наш Всесвіт і що чекає його у майбутньому?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.Походження  та Еволюція Всесвіту

Аналізуючи космологічну теорію Ейнштейна, російський вчений О. Фрідман приходить до висновку, що Всесвіт не є стаціонарним і на даному етапі повинен розширюватися. У 1929 р. Е. Габбл підтвердив цей факт. Всесвіт не залишається сталим у часі — він змінює свої параметри.

Але, якщо Всесвіт розширюється, то в якийсь момент часу у минулому відстань між сусідніми об’єктами Всесвіту мусила бути рівною нулю, тобто Всесвіт повинен бути точкою, яку математики називають сингулярною.

В теоретичному плані сингулярність відображає “особливий” стан, у якому густина речовини, кривизна “простір - час” і температура нескінченні: вся надгаряча космічна матерія буквально зібрана в точку. У сингулярній точці всі сучасні закони фізики втрачають свою дію. У рамках цієї моделі час життя Всесвіту вважають таким, що минув від моменту існування нескінченно великої густини. (модель «гарячого» Всесвіту – всесвіт на початку існування мав дуже високу температуру і з розширенням температура знижувалась.)

Процес переходу космічної матерії з цього “точкового” стану на стадію розширення називають Великим Вибухом. Вперше цю модель висунув у 1949 році американський фізик Гамов, вважаючи, що розміри Всесвіту у сингулярній точці були меншими за 10-33 см.

За сучасними даними, стала Габбла Н=70 км/(с • Мпк), вік Всесвіту обчислимо за формулою T=1/Н, маємо, що Великий Вибух міг відбутися приблизно 15 млрд років тому. Якщо врахувати, що вік нашої Галактики не може бути більший за вік найстаріших кулястих зоряних скупчень, що існують уже понад 13 млрд років, то цю цифру можна також вважати за нижню межу віку нашого Всесвіту.

Сценарій народження і розвитку Всесвіту такий:

•       В першу мить (від 10-43с до 10-35с) відбулося стрімке розширення Всесвіту і його охолодження. Гравітаційне відштовхування матерії переважало гравітаційне тяжіння. За цей інтервал часу розміри Всесвіту зросли (від 10-33см до розмірів апельсина). Стан, у якому перебувала матерія в цей інтервал часу, фізики називають фізичним або квантовим вакуумом. На думку вчених, квантовий вакуум має дивовижні властивості. Наприклад, він в змозі мати необмежену кількість енергії, мати від’ємний тиск;

•       надалі Всесвіт розширювався з інертності й за певного значення температури ( 1027 К) почали народжуватися спочатку важкі частинки (протони, нейтрони), пізніше легкі (електрони, нейтрино) та їх двійники-античастинки (антипротони, антинейтрони, позитрони, антинейтрино та ін.);

•       одночасно з народженням частинок і античастинок відбувалася їх анігіляція. Всесвіт заповнювався випромінюванням;

•       характерним було-те, що у процесі народження Всесвіту утворилося більше частинок, ніж античастинок, і через 10 с після початку Великого Вибуху випромінювання вже переважало над речовиною (1 частинка речовини на 106 квантів випромінювання);

•       за температури 106 К почався космологічний нуклеосинтез —утворення ядер гелію, другого після водню за поширеністю у Всесвіті хімічного елемента. Цей процес тривав 200 хвилин. Настала ера речовини, яка триває і дотепер.

Надалі, внаслідок виникнення випадкових неоднорідностей, утворилися ущільнені хмари речовини, відбулося відокремлення їх однієї від іншої, дроблення, подальше ущільнення. З таких скупчень через 1 млрд. років утворилися у Всесвіті окремі галактики, а в галактиках — окремі зорі.

Звичайно, до такого сценарію утворення і розвитку Всесвіту є багато запитань без відповіді, але й дуже багато незаперечних доказів його реальності, а саме:

•       наявність космічного випромінювання, яке виникло на ранніх стадіях утворення Всесвіту і існує у вигляді радіохвиль, що йдуть на Землю з різних ділянок, незалежно від доби, пори року. Це випромінювання названо реліктовим (слабким залишком випромінювання, що збереглося від Великого Вибуху. Первинне ядро, як бомба, що вибухнула, в усіх напрямках випромінювало потужні потоки коротких хвиль (відповідає температурі приблизно 10 млн К). з часом це випромінювання мало розсіятися, охолонути й рівномірно заповнити весь Всесвіт, що розширюється. У наш час воно приходило б на землю у вигляді мікрохвиль (коротких радіохвиль), що відповідають температурі всього лише в кілька кельвінів. Подібний мікрохвильовий фон, випромінюваний джерелом температурою приблизно 2,7 К, що однаково надходить з усіх напрямків, було зафіксовано 1965 року.)

•       найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті є гідроген, йому поступаються по черзі: гелій, оксиген, карбон, нітроген;

•       ізотропність і однорідність простору у великих масштабах;

•       наявність неоднорідностей у невеликих масштабах, як наслідок флуктуацій щільності речовини на початковому етапі народження Всесвіту;

співвідношення між кількістю фотонів і окремих атомів у Всесвіті.

2. Еволюція Всесвіту. Його майбутнє

Аналізуючи космологічну теорію Ейнштейна, російський вчений О.Фрідман приходить до висновку, що Всесвіт не є стаціонарним, і його подальша доля залежить від густини речовини, яка його заповнює.

Гравітаційна взаємодія речовини в майбутньому може зменшити швидкість розширення Всесвіту. Виявляється, якщо середня густина Всесвіту має критичне значення  кг/ , а стала Габбла Н = 70 км/(с  Мпк), розширення може відбуватися вічно. Розрахунки показують, що майбутня доля нашого Всесвіту залежить від значення справжньої середньої густини щодо критичної густини .

Згідно теорії Фрідмана, Всесвіт може бути відкритим, закритим або пульсуючим.

1)  Випадок = . Всесвіт є плоским, геометрія Всесвіту є евклідовою: сума кутів трикутника дорівнює 180 градусів, а паралельні лінії ніколи не перетинаються.

Якщо темна енергія відсутня, плоский Всесвіт буде розширюватися завжди, але повільніше з кожною секундою. Врешті-решт, швидкість розширення буде наближатися до нуля. За наявності темної енергії, швидкість розширення Всесвіту спочатку сповільниться через сили тяжіння, але потім зросте. Доля Всесвіту в такому випадку аналогічна до теорії Відкритого Всесвіту.

2)  Якщо ( ), розширення Всесвіту рано чи пізно зупиниться і зміниться його стисненням. У такій моделі Всесвіт пульсує, тобто досягнувши найбільших розмірів, знову стискається. До того ж він є замкненим, геометрія у такому Всесвіті подібно до сфери. Сума кутів трикутника перевищує 180 градусів, а паралельні лінії врешті-решт перетинаються. Геометрія Всесвіту, принаймні у великих масштабах, є сферичною. Замкнутість Всесвіту означає, що світловий промінь, відлетівши у зоряні простори, має зрештою повернутися туди, звідки стартував.

Деякі сучасні теорії припускають, що у космосі є неймовірно велика кількість темної енергії, сили відштовхування якої вистачить, аби розширення Всесвіту тривало вічно — навіть при .

3)  Якщо ( < ), то Всесвіт відкритий, нескінченний геометрія простору є відкритою, нагадуючи поверхню сідла (див. малюнок). Сума кутів трикутника менша за 180 градусів, а поверхні мають від'ємну кривину. Геометрія такого Всесвіту гіперболічна.

Навіть без темної енергії такий Всесвіт буде розширюватися завжди, сила тяжіння у такому випадку майже не впливає на швидкість розширення, а з темною енергію воно навіть прискориться. У такому випадку Всесвіт спіткає теплова смерть.

Якою буде майбутнє Всесвіту?

Із астрономічних спостережень випливає, що останніми роками отримали ряд прямих доказів на існування у Всесвіті темної невидимої речовини, яка нічим себе, окрім гравітації, не проявляє. Маса цієї речовини, яку астрономи називають “прихованою”, у багато разів перевищує масу видимої. Яка природа цієї “прихованої” речовини вченим достеменно невідомо. Можливо, це поки що невідкриті елементарні частинки, а, можливо, вакуум має такі властивості, що робить свій внесок у повну густину матерії. Це можуть бути і “чорні” дірки, і звичайні несамосвітні тіла невеликої маси (проміжні між зорями і планетами), а, можливо, це маса великої сукупності нейтрино у Всесвіті, які з погляду сучасної фізики не мають маси. Астрономи, які займаються проблемами космології, запропонували гіпотезу щодо існування нового класу елементарних частинок, яким дали таку умовну назву — Слабко Взаємодіючі Масивні Частинки (СВМЧ).

За сучасними спостереженнями складовими Всесвіту є темна енергія - 70 %, невидима темна матерія - 25 %, видима речовина, яку можна реєструвати, різноманітні поля і випромінювання – 5 %.

VI. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.  Що означає в астрономії термін Великий вибух?

2.  Чи існує центр розширення Всесвіту?

3.  Чому дорівнює середня температура Всесвіту?

4.  У якому стані перебував Всесвіт у момент Великого Вибуху?

5.  Що таке вік Всесвіту, яке його значення у земних роках?

6.  Що таке реліктове випромінювання? Доказом якого явища воно виступає?

7.  Назвіть хімічні елементи, що а поширеністю у Всесвіті займають три перших місця. Розставте ці елементи в порядку зменшення кількості у Всесвіті.

8.  Нині наслідком Великого Вибуху є спостережний факт – розбігання галактик. Чому не розбігаються також зорі в межах однієї, цілком конкретної галактики?

9.  Останніми роками астрономи отримали ряд прямих доказів на існування у Всесвіті темної невидимої речовини, яка нічим себе, окрім гравітації, не проявляє. Що це а речовина? Чи залежить від неї подальша доля Всесвіту?

10.           Назвіть три можливих варіанти розвитку Всесвіту відповідно до теорії Фрідмана. Який з варіантів найбільш можливий?

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати §39, с. 263 рис. 39.1 ,с. 264  рис. 39.2 перемал.

Виконати ТЕСТ Завдання необхідно виконати до 6 квітня 10:00 год  Код доступу 4143165 Використайте цей код, відкривши посилання join.naurok.ua

Або перейдіть за посиланням:

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=4143165

УРОК № 23

ПІДСИСТЕМИ ГАЛАКТИКИ ТА ЇЇ СПІРАЛЬНА СТРУКТУРА. НАДМАСИВНА ЧОРНА ДІРА В ЦЕНТРІ ГАЛАКТИКИ. Самостійна робота.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1.  Перші дослідження Галактики як зоряної системи розпочав…

2.  Тривалість (у земних роках) галактичного року становить…

3.  До якого виду зоряних скупчень належать Плеяди?

4.  Який рік довший тропічний чи галактичний?

5.  Де наше місце в нашій Галактиці?

6.  У чому полягає відмінність між сузір’ям і зоряним скупченням?

7.  Що таке галактичний рік і який вік Сонця в галактичних роках?

8.  У чому полягає відмінність у розташуванні кулястих та розсіяних скупчень?

9.  На зоряному небі ми спостерігаємо темні туманності. Завдяки чому ми їх бачимо, адже такі туманності не випромінюють видимого світла?

10. У яких утвореннях Галактики значний відсоток зір мають близький вік та близький початковий хімічний склад? Чому? Чи й надалі хімічний склад цих зір буде близьким?

11.Якщо порівняти фотографії неба в синіх та червоних променях, то виявиться, що плоска складова Галактики в синіх променях більш яскрава, ніж у червоних, а сферична складова – навпаки. Про які особливості Галактики свідчить цей факт?

12. Наведіть докази того, що Сонце розміщене близько до галактичної площини.

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Наша Галактика з ребра (із Землі)  має вигляд диска чи двоопуклої лінзи.

Смуга яку ми бачимо - диск Галактики який складається з молодих зір, його окутує гало. Навколо ядра й центрального потовщення (балдж) міститься велика кількість кулястих зоряних скупчень, утворених старими холодними червоними зорями. Такий поділ дає підставу говорити про дві підсистеми Галактики

·        Які підсистеми можна виділити в нашій Галактиці?

·        Чому у диску Галактики переважають молоді зорі?

·        Що знаходиться в центрі нашої галактики і де він знаходиться?

·        Чи можемо говорити, що наше положення в Галактиці є привілейованим?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

 У Галактиці є дві підсистеми Галактики – сферична ( гало, кулясті скупчення) та плоска (диск та його спіральні рукави)

У структурі Галактики виділяють: ядро (у напрямі сузір’я Стрільця), яке приховане від нас товстим шаром поглинаючої матерії. За спостереженням ядра, вчені виявили компактний об’єкт із великою масою - Стрілець А, було встановлено значення його маси — 3,7 млн мас Сонця, радіусом не більш ніж 6,25 світлових годин (45 а. о.). Аналізуючі дану інформацію, більшість вчених вважають, що Стрілець А пов’язаний з надмасивною «чорною» діркою в центрі ядра.

В його околицях виявлено велика концентрація зір, два плоских газові акреційні диски (переважно іонізованого водню), потужні джерела рентгенівського, інфрачервоного випромінювання (свідчить про процес активного зіркоутворення із газу акреційних дисків). Вчені вважають, що зорі на відстані 10 пк від чорної діри (S – зірки) є ядрами червоних гігантів, які утворилися у віддалених районах Галактики і мігрували до її центру, де припливні сили чорної діри зірвали з них зовнішні шари. Наявні зорі навколо ядра утворюють так зване сферичне населення центра;

•диск - ділянка простору в околицях галактичної площини діаметром 100 тис. св. р. і товщиною центральної зони біля 10 тис. св. р., у якій міститься понад 400 млрд. зір.

В диску Галактики наявні так звані спіральні рукави, які зароджуються десь біля її центру. В них розміщені зорі розсіяних скупчень, молоді зорі, вік яких кілька мільярдів років. Всі ці об’єкти було названо населенням І типу. Швидкість обертання зір галактичного диска навколо центра Галактики зростає в міру віддалення від нього;

Спіральні рукави виникають у деяких галактиках як дивні хвилі густини, де формуються нові покоління зір. Ці хвилі густини створюються під час стискування хмар міжзоряного газу на початковому етапі формування зір. У свою чергу, при виникненні зір у міжзоряних хмарах газу та пилу виникають ударні хвилі, що призводить до утворення молодих зір. Коли масивні зорі спалахують як Наднові, то теж утворюються нові туманності, й нові ударні хвилі поширюються у міжзоряному просторі.

Вважається, що в нашій Галактиці існують чотири основні спіральні рукави, які беруть свій початок у галактичному центрі Кожному з них надана власна назва: Рукав Лебедя, Рукав Кентавра, Рукав Стрільця, Рукав Персея. Сонце розташовується на периферії одного з таких рукавів, що закручений у площині галактичного диска — невеликий Рукав Оріона, саме в ньому й розташована Сонячна система.

Таке розташування є неординарним і привілейованим, причиною є те, що швидкість обертання рукавів і Сонця майже збігаються, внаслідок чого воно ні разу не попадало у спіральний рукав і не зазнавало, на відміну від інших зір, впливу смертоносного потужного випромінювання об’єктів галактичного диска. І це треба враховувати, обмірковуючи можливість життя в інших частинах нашої Галактики.

Поза межами основних спіральних рукавів розташоване Зовнішнє Кільце, або Кільце Єдинорога. Воно складається із газу та зір, що були запозичені від інших галактик мільярди років тому.

Кільце Єдинорога — протяжний кільцеподібний ланцюг із зір, тричі обернений навколо Чумацького Шляху. Припускається, що структура сформувалася внаслідок виривання частини зір із галактики-супутника Великий Пес припливними силами в ході її довготривалого поглинання Чумацьким Шляхом. Вага Кільця Єдинорога становить 100 млн сонячних мас, завдовжки воно сягає 200 тис. св. років.

гало або корона, яка складається переважно з газу, газових хмар, старих неяскравих зір, кулястих скупчень (вік 10-12 млрд.р.) і, очевидно, білих карликів, нейтронних зір, “чорних” дірок. Зорі гало відносять до населення II типу. Радіус гало, який окреслює межі Галактики, сягає 300000 св. р. Зорі і скупчення гало за хімічним складом, на відміну від зір диска, бідні на важкі елементи, що свідчить про те, що населення І типу значно молодше, ніж населення II типу.

VI. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.  В якому сузір’ї розташоване ядро Галактики?

2.  Який об’єкт розміщений у центрі нашої Галактики? Які спостереження на це вказують?

3.  Чи можемо ми спостерігати ядро нашої Галактики? Чому?

4.  Де наше місце в нашій Галактиці?

5.  Як утворюються спіральні рукави Галактики і як це пов’язано із процесом зоряного саморозмноження?

6.  Чому зорі сферичної складової Галактики містять менше важких хімічних елементів, ніж зорі плоскої складової?

7.  Чому розташування Сонця у Галактиці є привілейованим?

8.  В який спосіб, ми можемо спостерігати ядро нашої Галактики?

9.  Як сформувалась структура кільце Єдинорога?

10. Зобразіть на малюнку схематично зображення нашої галактики (вид зверху) та вкажіть положення ядра, Сонця та основних спіральних рукавів.

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати § 38,

Запитання для самоперевірки с. 261 №1-3

Підготувати повідомлення, доповідь на одну із тем:

·  Сферичні та плоскі складові Галактики

·  Об’єкт Стрілець А – центр Галактики

·  Спіральна рукави нашої галактики

·  Кільце Єдинорога

УРОК № 22

МОЛОЧНИЙ ШЛЯХ. БУДОВА ГАЛАКТИКИ. ЗОРЯНІ СКУПЧЕННЯ ТА АСОЦІАЦІЇ. ТУМАННОСТІ. МІСЦЕ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ В ГАЛАКТИЦІ.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

Ще у далекій давнині люди помічали на нічному небі світлу смугу, що простягнулася через весь небосхил. Вона нагадувала їм пролите молоко. По легенді, у цьому заслуга Гери, що спускалася на Землю.

Яку назву має Галактика в якій ми знаходимося?

Світлу смугу назвали Молочним Шляхом (Чумацький Шлях).

Українці здавна мали багато назв нашої Галактики. Чумацький шлях - найпоширеніша з них. Згідно з легендою чумаки їздили до Криму по сіль, орієнтуючись вночі на світлу смугу на небі. Божа дорога - давня українська назва Чумацького Шляху. Цією дорогою нібито у золотій колісниці їздить пророк Ілля (християнський наступник праукраїнського і праслов'янського Перуна) і гримить, метаючи золоті стріли блискавиць у демонів Арідника, Тринрода, Триюду, Чортів, Бісів, Чугайстрів та інших.

 Потім, набагато пізніше, завдяки спостереженням Галілея, стало відомо, що Чумацький Шлях - це основна частина зір, що утворюють Галактику, спостерігається із Землі як біляста, слабосвітна смуга неправильних обрисів, що оперізує все небо, у якому зливається сяйво мільярдів слабосвітних зір. Тоді, виникла гіпотеза про те, що Сонце, всі видимі зорі, у тому числі і зорі Чумацького Шляху, належать до однієї величезної системи. Таку систему назвали Галактикою.

·        Де наше місце в Галактиці?

·        Яка її форма, структура та фізичні характеристики?

·  Які об’єкти населяють нашу Галактику?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Молочний шлях. Будова галактики. Зоряні скупчення та асоціації

Галактика - гравітаційно пов'язана система зір, зоряних скупчень, планет, міжзоряного газу і пилу, темної матерії, які обертаються навколо спільного ядра. Молочний Шлях проходить через сузір’я Близнят, Тельця, Візничого, Кассіопеї, Цефея, Лебедя.

Будова галактики Молочний Шлях

Ще у кінці XVIII ст. В.Гершель за підрахунками кількості зір у різних ділянках простору побудував першу модель Галактики.

Ми спостерігаємо свою Галактику зсередини, що утруднює визначення її форми, структури й деяких фізичних характеристик. Телескопічним спостереженням доступно до 1 % всіх зір Галактики. Спостереження за іншими галактиками та в різних діапазонах ЕМ хвиль дозволили визначити будову нашої Галактики.

Наша Галактика має добре виражену спіральну структуру з нерівномірним розподілом зір стосовно галактичної площини, яка проходить через середину Молочного шляху.

З ребра вона має вигляд диска чи двоопуклої лінзи.

Диск Галактики (діаметр 100 тис. св. р.) окутує гало, хмара розрідженої рідини ( радіус якого не менше 150 тис. св. р). Навколо ядра є центральне потовщення (балдж).

Вік Галактики 14,4  1,3 млрд років. Більша частина зір Галактики утворилася понад 9 млрд років тому.

Галактичне населення

 Більша частина маси Галактики міститься не у зорях і міжзоряному газі, а в темному гало із темної матерії.

85-95 % маси видимої Галактики зосереджено в зорях, 5-15 % — у міжзоряному дифузійному газі. Масова частка важких елементів у хімічному складі Галактики становить 2 %. В Галактиці наявні поодинокі зорі, зорі, які пов’язані взаємним тяжінням і рухаються у просторі як єдине ціле (зоряні скупчення) та міжзоряний газ і пил, які, концентруючись, утворюють різного роду туманності.

Зоряні скупчення та асоціації

•Розсіяні - скупчення декількох десятків, сотень, а іноді й тисяч зір, які мають неправильну форму (в діаметрі (10-20 св.р.). Найвідоміші з них Плеяди та Гіади. Серед них багато масивних яскравих зір, змінних, спалахуючих, розташованих на головній послідовності з середнім віком 2-3 млрд.років. Протяжність розсіяних скупчень 200-300 св.р.; Усі вони концентруються в галактичній площині і обертаються навколо центра галактики як одне ціле.

•кулясті — мають сферичну або злегка сплюснуту форму, діаметром до 300 св.р. Вони налічують сотні тисяч і навіть мільйони, у більшості випадків, маломасивні холодні червоні зорі на пізніх етапах еволюції (10-12 млрд.р.). Як правило, ці скупчення розміщені сферично-симетрично відносно центра Галактики, обертаються навколо нього о витягнутих орбітах у різних площинах.

•асоціації- групи найбільш молодих зір (не більше одного мільйона років), не завжди повязаних гравітаційним полем. Асоціації за космічними мірками існують недовго: за 10-20 млн.років, внаслідок руху зір, видиме скупчення зникає.

Туманності

Галакти́чна тума́нність — внутрішньогалактична хмара розріджених газів та пилу.

Галактичні туманності поділяють за зовнішнім виглядом на дифузні і планетарні, а за фізичною природою - на газові, пилові та газопилові. Усі планетарні туманності й частина дифузних є газовими. Пилові туманності спостерігаються як світлі, так і темні.

Дифузні туманності - великі за розмірами (10-100 пк) хмари пилу та газу неправильної форми. Їх в свою чергу поділяють на темні, які поглинають світло зір, що перебувають за їх межами, і світлі, які відбивають (розсіюють) світло яскравих зір, що знаходяться поблизу (наприклад туманність Оріона). З дифузними туманностями пов’язують утворення зір в майбутньому;

Волокнисті і планетарні туманності - туманності правильної форми, які формуються на заключних стадіях розвитку зір зі скинутих ними оболонок. Вони поділяються на волокнисті (Крабовидна туманність у сузір’ї Тельця) і планетарні - кільцеподібної форми, які здалека мають вигляд слабких кілець або дисків.

2. Місце Сонячної системи в галактиці

Відстань від Сонця до центра Галактики становить 22-33 тис. св. р. Стосовно найближчих зір Сонце рухається з швидкістю 16 км/с у напрямі сузір’я Геркулеса. Разом з усіма близькими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики з швидкістю 230 км/с і періодом, який вважають галактичним роком приблизно 250 млн. років.

VI. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.  Перші дослідження Галактики як зоряної системи розпочав…

2.  Тривалість (у земних роках) галактичного року становить…

3.  До якого виду зоряних скупчень належать Плеяди?

4.  Який рік довший тропічний чи галактичний?

5.  Де наше місце в нашій Галактиці?

6.  У чому полягає відмінність між сузір’ям і зоряним скупченням?

7.  Що таке галактичний рік і який вік Сонця в галактичних роках?

8.  Які два типи зоряного населення можна спостерігати у нашій Галактиці?

9.  У чому полягає відмінність у розташуванні кулястих та розсіяних скупчень?

10.           На зоряному небі ми спостерігаємо темні туманності. Завдяки чому ми їх бачимо, адже такі туманності не випромінюють видимого світла?

11.           Якщо порівняти фотографії неба в синіх та червоних променях, то виявиться, що плоска складова Галактики в синіх променях більш яскрава, ніж у червоних, а сферична складова – навпаки. Про які особливості Галактики свідчить цей факт?

12.           Наведіть докази того, що Сонце розміщене близько до галактичної площини.

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Повторити вивчений матеріал, підготуватися до перевірочної роботи.

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·  Зоряні скупчення та асоціації

·  Туманності

·  Чумацький шлях – наша Галактика

·  Спальний галактичний район (місце Сонячної системи у галактиці)

УРОК № 21

ЕВОЛЮЦІЯ ЗІР. НЕЙТРОННІ ЗОРІ. ЧОРНІ ДІРИ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Поміркуємо

1. Яку назву отримали групи зір, що обертаються не лише навколо центра Галактики, а й навколо спільного для них центра мас?

2. Термін «нова зоря» означає молодий вік чи зростання блиску зорі?

3. Які зорі змінюють кількість випромінюваного світла: фізично-подвійні чи фізично-змінні?

4. Як змінюється сумарний блиск подвійної зоряної системи, коли одна зоря закриває іншу: збільшується чи зменшується?

5. Залежність яких характеристик цефеїд є головною особливістю цих зір?

6. У подвійної зоряної системи, компоненти якої не закривають один одного для земного спостерігача, ми можемо спостерігати лише одну із цих зір, а другу не видно через її малу світність. Які спостереження видимої зорі можуть підтвердити її подвійність?

7. Поясніть чому у спектрі спектрально-подвійної зоряної системи спостерігається розщеплення ліній.

8. Як має бути розташована площина обертання подвійної зоряної системи відносно Землі, щоб ця система була затемнювано-подвійною?

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Відео урок https://www.youtube.com/watch?v=m9pjmvjdaMM

Проблемна бесіда

Кожен із нас залюбки спостерігає за зоряним небом. Ми бачимо безліч зір на небі.

1. Чому зоря «живе» без істотних змін протягом мільярдів років? Чи справедливе це твердження для всіх зірок? Від чого це залежить?

2. Як зароджуються зорі, живуть і завершують своє життя? Від чого це залжить?

3. Яким буде наше Сонце у майбутньому?

4. Що таке чорна діра? Як вона утворюється?

Сьогодні на уроці ми дізнаємося відповіді на ці запитання та багато іншого не менш цікавого.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Дослідження показують, що у міжзоряному середовищі є газово-пилові хмари, до складу яких входять гідроген (70%), гелій (27%) та атоми інших елементів. Такі комплекси є гравітаційно-нестійкі і згідно з теоретичними розрахунками можуть за певних умов зазнати гравітаційного стиснення. Надалі такі хмари дробляться на окремі фрагменти, які продовжують зменшуватися в об’ємі.

В процесі гравітаційного стиснення температура фрагмента починає зростати (початкова температура біля 10 К). Нагрітий згусток, який називають протозорею, стає потужним джерелом інфрачервоного проміння.

З часом утворюється ядро, густина якого є більшою густини навколишнього середовища. Температура надр протозорі починає стрімко зростати, і коли досягне біля 10 млн. градусів, починаються термоядерні реакції, внаслідок яких водень перетворюється у гелій. Протозоря досягає стану гравітаційної рівноваги і перетворюється на молоду зорю, місце серед інших і подальшу долю якої визначає її маса.

Народившись, зоря в залежності від маси, «попадає» на головну послідовність. Причому, чим більша маса, тим вище її положення на головній послідовності.

У лівій верхній частині цієї залежності перебувають так звані молоді зорі — білі гіганти (БГ). Світність і температура цих зір відповідає спектральним класам О, В. У правій нижній частині послідовності знаходяться найбільш холодні маломасивні зорі-червоні карлики (ЧК). Зорі типу Сонця відносять до жовтих карликів (ЖК).

Теоретично доведено, що тривалість фази в житті зорі, коли її параметри довгий час залишаються сталими, залежить від її маси. Розрахунки показують, що такі зорі, як Сонце, у стані рівноваги світять не менше, ніж 10 млрд років. Більш масивні зорі спектральних класів О, В, у надрах яких термоядерні реакції протікають інтенсивніше, у рівновазі світять 100 млн років, а найдовше «мерехтять» маленькі червоні карлики — їхній вік може перевершувати 1010 років.

Отже, положення зорі на головній послідовності визначає не тільки її маса, а й вік від народження.

Перебування зорі на головній послідовності завершується, коли вичерпується ядерне паливо - водень. За цих умов в ядрі зірки збільшується маса гелію, що приводить до наступного стиснення ядра. В ядрі починається синтез більш важких елементів - вуглецю, кисню, неону та ін. Навколо ядра утворюється зовнішня газово- пилова оболонка, яка під дією тиску випромінювання зсередини починає збільшуватися у розмірах, а температура поверхні знижується. Зірка зміщується у правий кут діаграми. Залежно від маси зорі, подальша еволюція зорі може бути різною:

• у маломасивних зір (т<1,4тʘ) утворюється вуглецево-кисневе ядро. Оболонка розширюється до розмірів червоного гіганта (ЧГ). На діаграмі такі зорі розміщуються вправо від середини головної послідовності. З часом їх оболонка розсіюється, а ядро, що залишилося, стає білим карликом (БК), які на діаграмі займають лівий нижній кут (зорі малої світності та високої температури). Поступово така зоря охолоджується і стає невидимою (можлива еволюція Сонця);

• якщо 1,4тʘ <т< 2,5тʘ, розширення газово-пилової оболонки приводить зірку на діаграмі в стадію червоного надгіганта (ЧНГ), а скидання оболонки такої зорі спостерігається спалах наднової. В ядрі зорі внаслідок гравітаційного стискання тиск сягає значень, за якого в її речовині електрони вдавлюються всередину ядра, об’єднуються з протонами, утворюються нейтрони. Зірка стає нейтронною зорею, густина речовини якої сягає 1 млрд.т /см3. Зорі мають потужне магнітне поле, яке розганяє вільні електрони на поверхні зорі до швидкостей, близьких до швидкостей світла. (Згідно закону збереження імпульсу). Електрони стають джерелами потужних радіохвиль різних діапазонів. Причому випромінювання здійснюються у вигляді вузьких пучків через магнітні полюси. Якщо напрям цього пучка лежить у площині земної орбіти, його можна зафіксувати на Землі. Такі нейтронні зорі названі пульсарами.

Нейтронні зірки з часом слугують матеріалом для утворення зір нового покоління.

Якщо т > 2.5тʘ,  після стадії надгіганта, відбувається також спалах наднової, після скидання зовнішніх шарів зорі, стиснення ядра триває до розміру, за якого гравітаційне поле стає таким потужним, що зі своїх “обіймів” не випускає навіть світло. Зоря перетворюється у дивовижний об’єкт Всесвіту - “чорну” дірку.

Щоб перетворитися на чорну діру, зоря має стиснутися до радіуса, який називають гравітаційним радіусом ( ), або радіусом Шварцшильда. Його можна визначити за формулою: , де G - гравітаційна стала; М - маса зорі; с - швидкість поширення світла.

Межу чорної діри називають горизонтом подій. Якщо чорні діри безпосередньо спостерігати не можливо, то пошуки їх становлять великі труднощі. Найчастіше чорну діру виявляють так: 1) якщо діра утворилася в подвійній системі зір, то її положення можна визначити за обертанням другого компонента навколо «порожнього місця»;

2) під час падіння речовини на чорну діру має виникати потужне рентгенівське випромінювання. Джерела такого випромінювання (зокрема Лебідь Х-1, Скорпіон Х-1 тощо) зареєстровані як «кандидати» в чорні діри. Чорні діри також можуть існувати й спостерігатися як постійно взаємодіючі з речовиною і в ядрах галактик, і в квазарах. Інтенсивне гравітаційне поле чорної діри спотворює світло фонових зір, утворюючи кільцеві зображення прямо за темними краями горизонту подій чорної діри.

VI. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1)     В яких місцях народжуються зорі?

2)    За випромінюванням у якому діапазоні відкрили пульсари? Які зорі з ними ототожнюють? Чому вони мають таку назву?

3)    Якою буде кінцева стадія еволюції Сонця?

4)    Яка зоря молодша: нова зоря чи протозоря?

5)    Які зорі світять найдовше?

6)    Як гинуть зорі великої маси?

7)    Зоря в процесі своєї еволюції проходить такі стадії: протозоря, звичайна зоря, наднова зоря, нейтронна зоря. У якій стадії зоря має найбільшу яскравість?

8)    Розташуйте у порядку відповідно до еволюційного шляху зорі вказані об’єкти: стаціонарна зоря, наднова зоря, протозоря, нейтронна зоря.

9)    Поясніть, яка з планет Сонячної системи матиме найбільший граничний радіус, характерний для чорної діри (гравітаційний радіус).

10)    Чому в нейтронної зорі малий період обертання навколо осі?

11)   Відомо, що всередині білих карликів та нейтронних зір не відбуваються термоядерні реакції. Поясніть звідки такі зорі беруть енергію для світіння.

12)   Поясніть, чому зорі більшої початкової маси менше часу перебувають у стадії звичайної зорі, ніж зорі з меншою початковою масою.

Додаткові завдання

1.     Підрахуйте, яким буде період обертання Сонця навколо осі, коли в кінці своєї еволюції воно стиснеться до розмірів Землі.

2.     Існує звичайна(не тісна) подвійна зоряна система. Одна зоря – спектрального класу В, масою, що дорівнює 8 масам Сонця, інша зоря – спектрального класу О, масою, що дорівнює масі Сонця. Опишіть і поясніть, який вигляд матиме ця система через 1 млрд.років.

Додаткові завдання

1.     Зобразіть якісну картину зміни блиску затемнено-подвійної системи, коли одним з компонентів є чорна діра масою, що дорівнює 3 масам Сонця, а іншим – зоря типу Сонця?

2.     Блиск зірки δ Цефея в максимумі і мінімумі дорівнює 3,5m і 4,4m, а температура - 6800 і 

5400 К відповідно. Коли розмір зірки більше і у скільки разів?

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати параграф 37  с 250-253 , с. 253 рис. 37.7

Запитання для самоперевірки  (1-5) С. 253

ТЕСТ!! Завдання необхідно виконати до 24 лютого 10:00 год  Код доступу 7181903 використайте  цей код, відкривши посилання  join.naurok.ua   Або перейдіть за посиланням : https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=7181903

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·  Життя зір: від народження до кінцевих стадій еволюції

·  Що таке магнетар?

·  Біла та чорна діра.

·  Майбутнє Сонця та Сонячної системи.

УРОК № 20

ПЛАНЕТНІ СИСТЕМИ ІНШИХ ЗІР

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

Кожен із нас залюбки спостерігає за зоряним небом. Ми бачимо безліч зір на небі.

1. Чи є серед них ті зорі, які «миготять» або розміщені близько одна до одної?

2. Чи спостерігали ви їх?

3. Що є причиною зміни їх блиску?

4. Скільки планет в Сонячній системі?

5. Чи існуюють планети навколо інших зір?

6. Якими методами можна їх знайти?

Сьогодні на уроці ми дізнаємося відповіді на ці запитання та багато іншого не менш цікавого.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Планетні системи інших зір

Наша планетна система — це чотири кам’янисті планети (одна з них Земля) у внутрішній частині Сонячної системи і чотири газові планети у зовнішній.

Чи існують планети навколо інших зір?

Спостерігаючи за іншими зорями, досліджуючи їх спектри, астрономи із Женевського університету в грудні 1995 р. виявити в зорі 51 у сузір’ї Пегаса, супутник масою в половину маси Юпітера. Так і було відкрито першу планету поза межами Сонячної системи, вони отримали назву екзопланет.

Екзопланета (від грец. єсо - «поза», «зовні»), або позасонячна планета, — планета, що обертається навколо зорі, тобто за межами нашої Сонячної системи.

Планети надзвичайно малі й тьмяні порівняно із зорями, а самі зорі перебувають украй далеко від Сонця (найближча - на відстані 4,22 св. року). Тому спостерігати їх візуально, навіть у найпотужніші телескопи неможливо.

А як тоді відкривати нові планети або планетні системи?

Для їх виявлення використовують різні непрямі методики: астрометричний, метод перехідної фотометрії, спектрометричне визначення радіальної швидкості зорі, гравітаційне мікролінзування як з поверхні Землі, так і з космічних обсерваторій. Цими методами у наш час астрономами відкрито понад 800 екзопланет. Для їх пошуку астрономи за останнє десятиліття обстежили понад 3000 зір, біля деяких зір знайдено по 2, 3 і навіть 4, 5 планет.

Найбільш відому на сьогодні планетну систему (не враховуючи Сонячну систему) має зоря HD 10180. Навколо неї обертаються сім планет, зоря віддалена від нас на відстань 127 св. років і розташовується у сузір’ї Південної Гідри. Достовірно відомо про п’ять планет, а для доведення присутності ще двох планет потрібні додаткові спостереження.

Головний напрямок пошуку екзопланет — це пошук планет земного типу. На вирішення цієї задачі спрямовані різні космічні проекти. Серед відомих можна назвати проекти KEPLER (NASA) — космічний телескоп Шмідта, здатний одночасно відслідковувати 100 тис. зір; COROT (ESA) спеціалізований 30-см космічний телескоп, здатний відкривати планети земного типу. Сучасні астрономи вважають, що відкриття подібних до Землі планет є актуальним науковим питанням, вирішення якого може бути досягнуто в недалекому майбутньому.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1. Яку назву отримали групи зір, що обертаються не лише навколо центра Галактики, а й навколо спільного для них центра мас?

2. Термін «нова зоря» означає молодий вік чи зростання блиску зорі?

3. Які зорі змінюють кількість випромінюваного світла: фізично-подвійні чи фізично-змінні?

4. Як змінюється сумарний блиск подвійної зоряної системи, коли одна зоря закриває іншу: збільшується чи зменшується?

5. Залежність яких характеристик цефеїд є головною особливістю цих зір?

6. У подвійної зоряної системи, компоненти якої не закривають один одного для земного спостерігача, ми можемо спостерігати лише одну із цих зір, а другу не видно через її малу світність. Які спостереження видимої зорі можуть підтвердити її подвійність?

7. Поясніть чому у спектрі спектрально-подвійної зоряної системи спостерігається розщеплення ліній.

8. Як має бути розташована площина обертання подвійної зоряної системи відносно Землі, щоб ця система була затемнювано-подвійною?

Додаткове завдання

1.     Зобразіть якісну картину зміни блиску затемнено-подвійної системи, коли одним з компонентів є чорна діра масою, що дорівнює 3 масам Сонця, а іншим – зоря типу Сонця?

2.     Блиск зірки δ Цефея в максимумі і мінімумі дорівнює 3,5m і 4,4m, а температура - 6800 і 5400 К відповідно. Коли розмір зірки більше і у скільки разів?

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·  Цефеїди – «маяки» Всесвіту

·  Земля – 2. Чи можливо це?

·  Ми – діти зірок?

·  Звідки взялося золото?

УРОК № 19

ЗВИЧАЙНІ ЗОРІ. ПОДВІЙНІ ЗОРІ. ФІЗИЧНО- ЗМІННІ ЗОРІ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

Кожен із нас залюбки спостерігає за зоряним небом. Ми бачимо безліч зір на небі.

1. Чи є серед них ті зорі, які «миготять» або розміщені близько одна до одної?

2. Чи спостерігали ви їх?

3. Що є причиною зміни їх блиску?

4. Скільки планет в Сонячній системі?

5. Чи існуюють планети навколо інших зір?

6. Якими методами можна їх знайти?

Сьогодні на уроці ми дізнаємося відповіді на ці запитання та багато іншого не менш цікавого.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.     Подвійні Зорі.

Вивчаючи зоряне небо, вчені помітили, що є багато зір, розташованих близько одна від одної, або утворюють складні системи.

 Їх поділяють на:

Оптично подвійні зорі - зорі, які рознесені у просторі на великі відстані і лише проектуються на близькі точки небесної сфери. Класичним прикладом таких зірок є Міцар і Алькор у сузір'ї Великої Медведиці.

Фізично-подвійні - системи зір, які під дією сил взаємного тяжіння обертаються навколо спільного центра мас. Для цих зірок вдається визначити зміну з часом позиційного кута й оцінити період обертання. Такими зірками є Міцар, Сиріус, 𝛼 Гончих Псів (серце Карла), що складаються з компонентів A і B, що легко розрізняються в звичайний телескоп.

Кратні - системи зір, які під дією сил взаємного тяжіння обертаються навколо спільного центра мас і налічують від трьох до десяти компонентів. Такою зіркою є Кастор, що складається з 6 компонентів, Глізе 667 – з 3 компонетів та ін.

Зоряні скупчення - кратні системи, які налічують більше десяти зоряних компонентів. Якщо компоненти кратної зорі видно в телескоп нарізно, її називають візуально кратною зорею.

Компоненти більшості подвійних систем занадто близькі одна до одної або ж занадто віддалені від Сонячної системи, через що їх неможливо розрізнити навіть за допомогою найпотужніших телескопів. В цьому випадку їхню подвійність можливо виявити за деякими іншими ознаками.

• Затемнювано-подвійні або затемнювано-змінні -. Це спостерігається для таких систем, для яких Земля перебуває у площині їх взаємного руху або недалеко від неї. Прикладом такої системи є зорі типу Алголя ((𝛽 Персея, з араб, - “диявольська”). Залежність зоряної величини такої системи відображено на малюнку. зорі, видима величина яких ритмічно змінюється внаслідок затемнення одного компонента іншим

Спектрально-подвійні зорі - зорі, подвійність яких можна встановити за допомогою спектральних спостережень.

Якщо об’єкт випромінювань віддаляється від спостерігача, лінії у спектрі зміщуються в область червоної ділянки, при наближенні - в область фіолетової ділянки (ефект Доплера-Фізо). Періодичне ж роздвоєння ліній у спектрі відносно середнього положення внаслідок різних напрямів руху об’єктів вздовж променя зору спостерігача свідчить про обертання об’єктів навколо спільного центра мас. Таким методом, який називається методом променевих швидкостей, можна визначати наявність у системі невидимих супутників, до яких належать і планети.

Тісні подвійні системи - пари зір, відстані між якими співмірні з їх розмірами. Внаслідок припливних ефектів поверхні зір набувають еліпсовидноїформи, а іноді й дотикаються. Як правило, починається перехід речовини з однієї зорі на іншу. Ця речовина утворює навколо неї широкий диск, зоря розширюється, поступово перетворюючись у червоний гігант. Пізніше речовина у диску гальмується, нагрівається, світиться і зрештою осідає на поверхню “сусідки”.

2.     Фізично змінні зорі.

Фізично-змінні зорі -зорі, зміна блиску яких зумовлена процесами, що відбуваються у їх надрах.

Перші дев’ять змінних зір у кожному із сузір’їв позначають літерами латинського алфавіту від R до Z і додають назву сузір’я, наприклад Т Тельця. Зорі, відкриті пізніше, позначають двома літерами того самого алфавіту (від RR до QZ). За такою схемою позначають 334 зорі в кожному сузір’ї. Наступні відкриті змінні зорі позначають літерою V і додають номер та назву сузір’я, наприклад V335 Лебедя

Залежно від процесів, що відбуваються всередині зорі фізично-змінні зорі поділяють на пульсуючі та еруптивні (нові та наднові зорі).

Пульсуючі змінні зорі-зорі, протяжні атмосфери яких здатні нагромаджувати енергію, що йде з глибин зорі, а потім віддавати її. Зоря періодично стискується, розігріваючись, і розширюється, охолоджуючись. Тому енергія то поглинається атмосферою, то виділяється. Внаслідок цього світність цих зір змінюється у кілька разів з періодом від кількох до сотень діб (класичні або довгоперіодичні) та від години до доби (короткоперіодичні). Найвідоміші серед пульсуючих зір є цефеїди, які отримали назву від однієї з найтиповіших їх представників - зорі δ Цефея, зорі типу RR Ліри — ліриди, зорі типу W Діви — віргініди.

Аналіз показав, що пульсувати можуть тільки зорі-гіганти і надгіганти класів F і G з великими світностями, внаслідок чого їх можна спостерігати далеко за межами нашої Галактики. Цефеїди, ліриди та віргініди - це свого роду “маяки” Всесвіту.

Тривалий час усі ці групи об’єднували під назвою цефеїди. Проте і раніше їх поділяли на довгоперіодичні (або класичні цефеїди, прототип — зоря δ Цефея) і короткоперіодичні (прототип — зоря RR Ліри). Виділення окремих типів — лірид і віргінід — супроводжувалося змінами в наукових уявленнях щодо масштабів галактики і галактичного світу в цілому.

Нові зорі - фізично змінні зорі, блиск яких за кілька діб зростає у тисячі, а то й мільйони разів, після чого повільно, роками зменшується до початкового значення. Згодом на місці нової залишається карликова зоря з оболонкою, яка розширюється зі швидкістю понад 1000 км/с.

З’ясовано, що всі нові зорі - це компоненти тісних подвійних систем, виникнення спалахів яких пов’язане з особливостями обміну речовини. Осідаючи на поверхні “сусідки”, речовина із диска збільшує масу і температуру, що може призвести до виникнення термоядерних реакцій у поверхневому шарі і раптового вибуху зорі.

Наднові зорі-фізично змінні зорі, блиск яких зростає за кілька діб ще більше, ніж у нових. Зоря спалахує внаслідок колапсу свого масивного ядра. Відбувається це так. На різних етапах життя масивної зорі в її ядрі проходять термоядерні реакції, під час яких спочатку водень перетворюється на гелій, потім гелій на вуглець і т. д. до утворення ядер елементів групи заліза (Fе, Ni, Со). Поступово зоря ще більше «розшаровується» /

Ядерні реакції з утворенням ще більш важких хімічних елементів відбуваються з поглинанням енергії, тому зоря починає охолоджуватися й стискатися. Внутрішні шари немов обвалюються до центра зорі; виникає ударна хвиля, що рухається назад від центра зорі, унаслідок чого зовнішні шари зорі викидаються з величезною швидкістю. У результаті катастрофічної зміни структури зорі відбувається спалах наднової. Під час вибуху звільняється енергія приблизно 1046 Дж. Таку енергію наше Сонце здатне випромінювати мільярди років. Від величезної зорі залишаються тільки газова оболонка, що розширюється з великою швидкістю ( від 5000 до 20000 км/с) і спостерігаються у вигляді газо-пилової туманності (прикладом є Крабовидна туманність у сузір’ї Тельця). Ця оболонка у подальшому слугує матеріалом для утворення зір другого покоління. Є думка про те, що Сонце і Сонячна система утворилися в околицях такої газопилової туманності.

3.            Планетні системи інших зір

Наша планетна система — це чотири кам’янисті планети (одна з них Земля) у внутрішній частині Сонячної системи і чотири газові планети у зовнішній.

Чи існують планети навколо інших зір?

Спостерігаючи за іншими зорями, досліджуючи їх спектри, астрономи із Женевського університету в грудні 1995 р. виявити в зорі 51 у сузір’ї Пегаса, супутник масою в половину маси Юпітера. Так і було відкрито першу планету поза межами Сонячної системи, вони отримали назву екзопланет.

Екзопланета (від грец. єсо - «поза», «зовні»), або позасонячна планета, — планета, що обертається навколо зорі, тобто за межами нашої Сонячної системи.

Планети надзвичайно малі й тьмяні порівняно із зорями, а самі зорі перебувають украй далеко від Сонця (найближча - на відстані 4,22 св. року). Тому спостерігати їх візуально, навіть у найпотужніші телескопи неможливо.

А як тоді відкривати нові планети або планетні системи?

Для їх виявлення використовують різні непрямі методики: астрометричний, метод перехідної фотометрії, спектрометричне визначення радіальної швидкості зорі, гравітаційне мікролінзування як з поверхні Землі, так і з космічних обсерваторій. Цими методами у наш час астрономами відкрито понад 800 екзопланет. Для їх пошуку астрономи за останнє десятиліття обстежили понад 3000 зір, біля деяких зір знайдено по 2, 3 і навіть 4, 5 планет.

Найбільш відому на сьогодні планетну систему (не враховуючи Сонячну систему) має зоря HD 10180. Навколо неї обертаються сім планет, зоря віддалена від нас на відстань 127 св. років і розташовується у сузір’ї Південної Гідри. Достовірно відомо про п’ять планет, а для доведення присутності ще двох планет потрібні додаткові спостереження.

Головний напрямок пошуку екзопланет — це пошук планет земного типу. На вирішення цієї задачі спрямовані різні космічні проекти. Серед відомих можна назвати проекти KEPLER (NASA) — космічний телескоп Шмідта, здатний одночасно відслідковувати 100 тис. зір; COROT (ESA) спеціалізований 30-см космічний телескоп, здатний відкривати планети земного типу. Сучасні астрономи вважають, що відкриття подібних до Землі планет є актуальним науковим питанням, вирішення якого може бути досягнуто в недалекому майбутньому.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1. Яку назву отримали групи зір, що обертаються не лише навколо центра Галактики, а й навколо спільного для них центра мас?

2. Термін «нова зоря» означає молодий вік чи зростання блиску зорі?

3. Які зорі змінюють кількість випромінюваного світла: фізично-подвійні чи фізично-змінні?

4. Як змінюється сумарний блиск подвійної зоряної системи, коли одна зоря закриває іншу: збільшується чи зменшується?

5. Залежність яких характеристик цефеїд є головною особливістю цих зір?

6. У подвійної зоряної системи, компоненти якої не закривають один одного для земного спостерігача, ми можемо спостерігати лише одну із цих зір, а другу не видно через її малу світність. Які спостереження видимої зорі можуть підтвердити її подвійність?

7. Поясніть чому у спектрі спектрально-подвійної зоряної системи спостерігається розщеплення ліній.

8. Як має бути розташована площина обертання подвійної зоряної системи відносно Землі, щоб ця система була затемнювано-подвійною?

Додаткове завдання

1.     Зобразіть якісну картину зміни блиску затемнено-подвійної системи, коли одним з компонентів є чорна діра масою, що дорівнює 3 масам Сонця, а іншим – зоря типу Сонця?

2.     Блиск зірки δ Цефея в максимумі і мінімумі дорівнює 3,5m і 4,4m, а температура - 6800 і 5400 К відповідно. Коли розмір зірки більше і у скільки разів?

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Параграф 37, запитання для самоперевірки  с. 254 №1-4

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·  Цефеїди – «маяки» Всесвіту

·  Земля – 2. Чи можливо це?

·  Ми – діти зірок?

·  Звідки взялося золото?

Тема: ЗОРІ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

Кожен із нас залюбки спостерігає за зоряним небом. Ми бачимо безліч зір на небі.

1. Що ми знаємо про такі далекі, і на перший погляд, холодні зорі?

2. Назвіть найближчу до нас зорю та її вік?

3. Чому зоря «живе» без істотних змін протягом мільярдів років?

4. Чому одні яскраві і добре помітні неозброєним оком, а інші ледь помітні в потужні телескопи?

5. Що в них є спільного та відмінного?

6. Якими методами можна їх дослідити?

Сьогодні ми дізнаємося відповіді на ці запитання та багато іншого не менш цікавого.

■ ІІІ. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ ІV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Особливості зір як класу небесних об'єктів.

Зорі, також Зірки (грец. hoi Asteres) — велетенські розжарені, самосвітні небесні тіла, у надрах яких відбуваються (відбувались) і будуть відбуватись термоядерні реакції.

Особливості зірок:

ü Зорі — один із найпоширеніших (можливо, найпоширеніший) тип космічних тіл. ( до 90 % видимої речовини, в тій частині Всесвіту в якій ми живемо і яка доступна для досліджень)

ü Всі основні характеристики зір (розміри, світність, енергетика, час «життя» і кінцеві етапи еволюції) взаємозалежні й обумовлені значенням маси зір.

ü Зорі майже цілком складаються з водню і гелію (до 98 % хімічного складу зір)

ü Існування зір обумовлено рівновагою сил тяжіння й променевого (газового) тиску.

ü Основним, найбільш продуктивним методом дослідження зір є спектральний аналіз їх випромінювання.

2.     Вимірювання відстаней до зір

Щоб порівнювати зорі між собою та із Сонцем, потрібно знайти методи визначення відстаней до них. Зорі розташовані в мільйони разів далі, ніж Сонце, тому горизонтальні паралакси зір відповідно в мільйони разів менші, і виміряти такі малі кути ще нікому не вдавалося. Для вимірювання відстаней до зір астрономи змушені визначати річні  паралакси, які пов’язані з орбітальним рухом Землі навколо Сонця.

Кут під яким із зорі буде видно середній радіус орбіти а, розміщений перпендикулярно до напряму на зорю, називають річним паралаксом зорі і позначають π або р. Річний паралакс визначають за зміною положення зорі на фоні інших, більш далеких зір із двох протилежних точок земної орбіти. Відстань до зорі r (рис.1),

визначають зі співвідношення: .

Відстані до найближчих зір

Зазвичай відстань до зір вимірюють в астрономічних одиницях (a. о.), світлових роках (св.р.), проте використовують в астрономії таку одиницю як парсек(пк) – відстань, для якої річний паралакс ”.( 1пк = 3,26 св. року = 3 ).

Враховуючи співвідношення між цими величинами, можна записати

Найближча до нас зоря Проксима має річний паралакс 0,762”, а найяскравіша зоря Сіріус 0,376”. Метод дозволяє визначити відстані не більші за 200 пк. Для більших відстаней використовують інші менш точні методи.

Спектральні дослідження дають змогу визначити відстані до далеких зір методом спектральних паралаксів (згадайте метод річних паралаксів для визначення відстаней до близьких зір).

3.     Класифікація зір за фізичними характеристиками

За своїми характеристиками зорі різноманітні. Розрізняють різні зорі: велетні і карлики, одинокі, подвійні і кратні, затемнено-кратні, змінні зорі і нові.

Розглянемо класифікацію зір за такими фізичними характеристиками:

•    За світністю;

•    За спектром (за температурою)

•    За розмірами;

За світністю:

Абсолютні Зоряні величини

Ще в давнину люди помітили, що одні зорі яскраві, а інші ледь помітні на небесній сфері.

Однак це не означає, що одна зоря випромінює більше енергії ніж інша, тому вона не дає інформацію про справжню потужність джерела світла (зорі). Із курсу фізики відомо, що освітленість залежить від відстані, тому з двох однакових зір більший блиск дає та зоря яка знаходиться ближче. Для визначення світності зір було введено абсолютну зоряну величину (М).

Абсолютна зоряна величина M – це така зоряна величина, яку мала б зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 пк. Наше Сонце з такої відстані мало б вигляд зорі 5 зіркової величини, тобто для Сонця M 

Зв'язок між абсолютною і видимою зоряними величинами зорі та відстанню до неї R (в парсеках) виражається формулою .

Важливою характеристикою зорі є її світність L – повна енергія, яку випромінює зоря з усієї поверхні за одиницю часу в усіх напрямках. Як правило, світність зорі виражається в одиницях світності Сонця (L0).

За світністю ( порівняно з Сонцем)

ü В 100, 1000, 1000 000 разів сильніші за Сонце. (Денеб, Бетельгейзе, Полярна)

ü Аналогічні. (Альтаїр, Проціон)

ü З малими і дуже малими світностями. (𝛼 Центавра).

Температура і колір зір

Дивлячись на небо, ми бачимо, що зорі різні за кольором. Колір яскравих зір можна визначити неозброєним оком, проте чутливість нашого ока дуже мала та ненадійна. Тому основним, найбільш продуктивним методом визначення кольору зір та інших характеристик є спектральний аналіз їх випромінювання. Під час розглядання спектрів, основні відмінності зір полягають в кількості й інтенсивності спостережуваних спектральних ліній, а також у розподілі енергії в безперервному спектрі. Колір зір залежить від інтенсивності випромінювання тіла в певній ділянці спектру, в якій ділянці спектру зоря виділяє більше енергії, такою буде і її колір. Зі зростанням температури інтенсивність випромінюваня зміщується в короткохвильову частину спектру. (закон зміщення Віна)

Із урахуванням видів спектральних ліній та їх інтенсивності побудована спектральна класифікація зір.

 Оскільки кольорів 7, тому зорі за температурою розділили на 7 спектральних класів, які позначили літерами латинської абетки О,В,А,F,G,K,M. Найвищу температуру мають зорі спектрального класу О, які мають синій колір. Найхолодіші – червоні зорі спектрального класу M, Сонце – жовта зоря, спектрального класу G. Кожний спектральний клас поділяється на 10 підкласів: А0, А1…А9.

Температура більшості зір знаходиться в межах від 2 500 К до 60 000 К, хоча відомі й такі зорі, для яких вона менша або більша вказаних меж. 

За спектром (температурою)

ü Гарячі зорі (О,В,А)

ü Сонячні класи (F,G)

ü Холодні зорі. (К,М).

За кольором

ü Блакитний 25000 0 С

ü Білий 12000 0 С

ü Жовтий 6000 -7000 0 С

ü Червоний  (2000 - 3000 0 С)

Радіуси зір

Радіус зорі можна визначити вимірючи її світність та температуру поверхні.(це випливає із закону Стефана-Больцмана та формули потужності випромінювання зорі)

   - радіус Сонця,  - температура Сонця, L- світність зорі в одиницях світності Сонця, Т – температура зірки.

За розмірами

ü Надгіганти (R в тисячу разів більше Сонячного R)

ü Гіганти ( R в сотні разів більше Сонячного R)

ü Сонячного типу

ü Карлики( R в сотні разів менші Сонячного R)

ü Нейтронні зорі ( R = 10-30 км ).

Діаграма спектр-світність

Сонце — одна із зірок, причому середня за своїми розмірами і світністю. Астрономи вирішили перевірити чи багато таких зір як Сонце. Для цієї мети Е. Герцшпрунг та Г. Рессел розмістили кожну зорю на діаграмі використовуючи її температуру і світність, її названо Діаграмою Герцшпрунга-Рессела — графічно відображена залежність між світністю (чи абсолютною зоряною величиною) та спектральним класом (тобто, температурою поверхні) зорі. Діаграма використовується для класифікації зір та відповідає сучасній уяві про зоряну еволюцію.

На осі абсцис позначена температура зір (спектральний клас), по осі ординат – її світність.(абсолютна зоряна величина). Холодніші зорі розміщені праворуч (червоного кольору), а більш гарячі – ліворуч. Зорі які випромінюють більше енергії, розташовані вище Сонця, а зорі-карлики –нижче.

Зорі на цій діаграмі розташовуються не випадково, а утворюють добре помітні ділянки, які називають послідовностями. Найбільш цікавим є те, що схожі за фізичними властивостями зірки займають відокремлені області: головну послідовність, послідовності надгігантів, яскравих і слабких гігантів, субгігантів, субкарликів, білих карликів та ін. 

Близько 90% зір розташовано вздовж вузької смуги — головної послідовності, що перетинає діаграму по діагоналі від високих світностей та температур до низьких. Така суттєва різниця в температурі поверхні зір різних спектральних класів пояснюється їхньою масою. Маса зір визначається непрямими методами, наприклад для зір головної послідовності виконується правило, чим більша світність зорі тим більша її маса. Наприклад зорі Спіка і Сиріус А масивніші ніж Сонце в 10-ки раз.

Червоні надгіганти та білі карлики мають однакову масу, але різні розміри. Гіганти спектрального класу М , наприклад Бетельгейзе має в 400 раз більший радіус ніж Сонце і в 50 тис більший, ніж у білих карликів, отже густина цих зір в мільйони разів менша ніж густина атмосфери Землі, білі карлики спектрального класу В, наприклад, супутник Сиріуса, має радіус як у Землі, але густина має фантастичну величину - 3.106 г/см3 (якби людина з масою 70 кг, складалася з речовини білого карлика то вона важила б 210 т)  Ще більшу густину мають нейтронні зорі та чорні діри.

Головна загадка діаграми спектр-світність полягає в тому, що в космосі астрономи ще не знайшли хоча б дві однакові зорі, які мають однакові фізичні параметри Напевно, протягом еволюції зорі змінюють свої фізичні параметри, тому малоймовірно, що ми зможемо відшукати в космосі ще одну зорю, яка зародилася одночасно з нашим Сонцем, маючи тотожні початкові параметри.

У діаграмі спектр-світність захована таємниця еволюції зір: деякі зорі тільки-но народилися, інші мають середній вік, і, крім того, багато зір закінчують своє існування грандіозними спалахами. 

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.  Температура зір від поверхні до центра…

2.  Температура поверхонь яких зір вища: червоних чи блакитних?

3.  Яку характеристику зорі підкреслює термін «Червоний гігант»

4.  Що є основним джерелом енергії зір головної послідовності?

5.  Дві зорі однакового спектрального класу рухаються одна від спостерігача, а друга - до нього. Яка із цих зір буде здаватись більш червоною?

6.  Як без термометра можна виміряти температуру зорі?

7.  Яка зоря розташована далі від Сонця: та, що перебуває від нього на відстані 10 пк, чи та, що на відстані 20 св. років?

8.  Поясніть як за кольором зорі, можна наближено визначити її температуру?

9.  Де на діаграмі спектр-світність розташовані білі карлики та червоні гіганти? Яке співвідношення між середніми масами цих об'єктів?

10.           Чи можуть мати однакові розміри дві зорі, які мають однакові температури поверхонь, але різні світності? Відповідь поясніть.

11.           Усі зорі якогось конкретного розсіяного чи кулястого скупчення мають приблизно один і той самий вік. Чому тоді ці зорі займають різні місця на діаграмі Герцшпрунга-Рессела?

12.           Зірка Денеб має світність 90 000 світностей Сонця та температуру поверхні 9000 К. В скільки разів вона більша від Сонця?

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

параграф 36, с. 247 рис. 36.9

питання для самоперевірки с 248

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·  Способи визначення відстаней до зір

·  Cпектральна та Єркська класифікації зірок

·  Анкета зорі – її фізичні характеристики

·  Діаграма Герцшпрунга-Рессела та інші спроби класифікації зір

Урок 17  Тема заняття: «Сонячне світло   –  екологічне чисте джерело енергії».

Робоче місце: кабінет астрономії.

Дидактична мета заняття:

навчити  вимірювати кількість сонячної енергії, яку отримує певна ділянка поверхні Землі протягом певного часу;

розвивати кругозір, логічне мислення;

виховувати сучасну інформаційно-компетентну людину.

Учні повинні:

знати: фізичні характеристики Сонця;

вміти: визначати кількість сонячної енергії, яка падає на Землю.

Правила техніки безпеки:

-під час виконання цієї роботи не можна дивитися на Сонце без спеціального світлофільтра!

-розміщуйте обладнання і прилади на робочому місці так, щоб уникнути їх падіння;

-дотримуйтесь правил експлуатації вимірювальних приладів;

-на випадок незрозумілих ситуацій звертатися за допомогою до викладача чи лаборанта.

Забезпечення заняття: олівець, лінійка, палиця, вимірювальна стрічка.

Теоретичні відомості.

Кількість енергії, яку отримує поверхня Землі від Сонця, залежить від кута падіння сонячних променів і:

Е = q cos і,

де q=1,4 кВт/м2 — сонячна стала, або кількість енергії, яку отримує одиниця поверхні Землі, якщо сонячні промені падають перпендикулярно до її поверхні, тобто при і = 0°. На широті 50° (Харків, Київ, Львів) кількість енергії, що отримує поверхня за довгий літній день, досягає 7 (кВт·год)/м2 = 25,2 · 106 Дж/м2, що більше навіть від тієї сонячної енергії, яку отримує поверхня на екваторі, де цілий рік тривалість дня складає 12 год.

Для визначення кількості енергії, яку отримує певна ділянка площею S за проміжок часу  t, будемо вважати, що кут падіння сонячних променів і за цей час залишається сталим:

E = qStcos i.

Зміст роботи

1.Виміряйте довжину палиці Н та тіні L від сонячного світла. Для цього установіть палицю перпендикулярно до площини ділянки. Знайдіть кут падіння і сонячних променів за формулою:

і = arctg (H/L).

2.Визначте площу ділянки подвір’я S.

3.Обчисліть за допомогою формули (2), яку енергію отримує від Сонця ділянка подвір’я протягом 10 хвилин, одного року.

4.Результати запишіть у таблицю

і = arctgL Н

Е = q × cosi × S×t 

5.Визначте, скільки часу зможе світитися електрична лампа потужністю 100 Вт, якщо на її роботу буде витрачено 50 %  одержаної сонячної енергії.

Зробіть висновок.

Дайте відповіді на запитання.

 1) Сонячна стала визначає:

 а) кількість енергії, що випромінює Сонце за рік;

 б) кількість енергії, що випромінює Сонце за 1 с;

 в) енергію, яку отримує 1 м2 поверхні Землі за 1 с, якщо сонячні промені падають

перпендикулярно до поверхні;

 г) кількість енергії, яку отримує вся поверхня Землі за одиницю часу.

 2) Для визначення світності Сонця необхідно знати:

 а) радіус Сонця;

 б) температуру на поверхні Сонця;

 в) відстань від Землі до Сонця;

 г) температуру на поверхні Землі.

 3) У результаті якого процесу виділяється енергія в надрах Сонця?

 а) ядерної реакції;

 б) гравітаційного стиснення;

 в) термоядерної реакції;

 г) горіння водню.

 4) Температуру на поверхні Сонця можна визначити за допомогою:

 а) термометра;

 б) законів Кеплера;

 в) спектра Сонця;

 г) закону всесвітнього тяжіння.

 5) Речовина на Сонці перебуває в такому стані:

 а) твердому;

 б) газоподібному;

 в) м’якому;

 г) плазми.

 6) Шар Сонця, що випромінює світло, називається:

 а) фотосфера;

 б) корона;

 в) хромосфера;

 г) зона радіації.

 7) Температура в центрі Сонця дорівнює:

 а) 6000 К;

 б) 10 000 К;

 в) 15 000 К;

 г) 1500 000 К. 

 8) Температура сонячної корони сягає:

 а) 2 000 000К;

 б) 20 000К;

 в) 10 000К;

 г) 6000К.

9) . Назвіть основні причини сонячних затемнень:

а) рух Землі навколо Сонця;

б) рух Місяця навколо Землі;

в) наявність супутника Землі – Місяця;

г) практична рівність видимих з Землі розмірів дисків Сонця і Місяця.

10). Сонячні затемнення відбуваються:

а) вкрай рідко;

б) раз на рік точно;

в) щорічно і може не по одному разу;

г) щомісячно.

Додаткове завдання: поясніть, чи зможе вижити у Сонячній системі наша цивілізація, якщо Сонце у майбутньому перетвориться у червоного гіганта?

Домашне завдання : Оформити звіт виконаної роботи. надішліть на н.з.

УРОК № 16     РЕЄСТРАЦІЯ СОНЯЧНИХ НЕЙТРИНО. ПРОЯВИ СОНЯЧНОЇ АКТИВНОСТІ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ЗЕМЛЮ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Вправа Мікрофон

1.  В якому фізичному стані знаходиться речовина на Сонці?

2.  Для визначення світності Сонця потрібно знати… Чому її так важливо обчислювати?

3.  Які з хімічних елементів найпоширені на Сонці? Які спостереження дозволяють це визначити?

4.  Складовими внутрішньої частини Сонця є…

5.  У результаті якого процесу виділяється енергія в надрах Сонця?

6.  Перенесення енергії із надр Сонця до його поверхні здійснюється шляхом…

7.  Атмосферу Сонця можна умовно розділити на…

8.  Яка область Сонця є основним джерелом видимого випромінювання?

9.  Грануляція у фотосфері Сонця є проявом…

10.  У яких шарах Сонця (включно з атмосферою) температура найвища, а в яких – найнижча?

11.   Що таке сонячний вітер? Як він виникає?

12. Сонце називають жовтою зорею, тоді як для більшості людей воно має білий колір. Як пояснити це?

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Еврестична бесіда

1. Джерелом енергії Сонця є… Які з частинок можуть дати інформацію про те, що відбувається всередині Сонця?

2. Що являють собою чорні й світлі плями на Сонці? Чому вони виникають?

3. Як Сонце впливає на Землю й життя людей?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Реєстрація Сонячного нейтриноСонячний нейтрино є видом випромінювання, який приходить до земного спостерігача з найглибших надр Сонця і несе в собі інформацію про процеси, що там відбуваються.Нейтрино утворюються в процеси перетворень водню в гелій, які, згідно з сучасними уявленнями, служать джерелами внутрішньозіркової енергії. Енергія цих частинок і величина їхнього потоку залежать від температури і характеру ядерних реакцій. Крім цього сонячні нейтрино проходять через всю сонячну товщу практично безперешкодно і досягають Землі. Тому вони дають інформацію про стан Сонця практично в момент спостереження.Але спостерігати їх можна тільки непрямим шляхом, змушуючи взаємодіяти з іншими частинками і реєструючи результати подібних взаємодій.Для цього може служити взаємодія нейтрино з ядром одного з ізотопів хлору з атомною вагою 37. Вловивши сонячні нейтрино, таке ядро перетворюється в ядро ізотопу аргону-37, який є радіоактивним, а отже, через певні проміжки часу можна вимірювати, скільки його накопичилося.Але інші космічні випромінювання також можуть викликати ядерну реакцію перетворення хлору в аргон. Щоб позбутися таких перешкод, вимірювання треба проводити глибоко під землею, куди звичайні космічні частинки проникнути не можуть.

Ідея такого «детектора» для реєстрації сонячних нейтрино була запропонована Б. Понтекорво і здійснена Р. Девісом. Нейтрино телескопом служила величезна цистерна, наповнена 600 тоннами перхлоретилену. Апаратура була встановлена в покинутому підземний руднику в штаті Південна Дакота, США. Сонячні нейтрино спостерігали протягом тривалого часу кількома серіями. Виявилося, що число зареєстрованих актів взаємодії набагато менше передбаченого теорією.

Для пояснення цього деякі вчені припустили, що сонячний термоядерний реактор працює в «імпульсному режимі». Тобто в надрах Сонця термоядерна реакція час від часу припиняється, і тоді Сонце світить за рахунок запасів енергії, накопичених в попередньому циклі.

2. Прояви Сонячної активності

Сонячна активність — комплекс явищ на поверхні Сонця, зумовлених процесами в його надрах.

ЇЇ проявом на сонячній поверхні є особливо активні утворення: плями, факели, протуберанці.

Місця де спостерігають ці утворення називають активними зонами.

Що більшою є кількість цих утворень, то більшою є сонячна активність.

Причини виникнення активних зон: їх пов’язують з потужними магнітними полями, які виникають під час конвективних рухів плазми у конвективній зоні.

 Плями, хромосферні спалахи, факели. Протуберанці.

Ділянки зі зниженою яскравістю(температурою) – плями;

Поява плям: сильні магнітні поле гальмують вихід гарячої сонячної речовини з його надр, і тому температура знижується в цьому місці.(на 1000-1500 К)

Із Землі вони виглядають як темні плями (їх колір – темно червоний). Зазвичай плями з’являються групами. У групі виділяють дві найбільші плями – ведучу і хвостову, які мають протилежну полярність магнітного поля. Вони нестійкі утворення, їх форма та кількість постійно змінюється. Найчастіше плями виникають в екваторіальний частині Сонця.

Над сонячними плямами у хромосфері спостерігаються хромосферні спалахи - тимчасове і значне посиленння яскравості, що супроводжується потужним викидом енергії в невидимій частині спектру (ем випромінювання, рентгенівських, ультрафіолетових і радіохвиль) і речовини, яка накопичилась між двома плямами з протилежною полярністю. У найпотужніших спалахах народжуються космічні промені – 𝛼 частинки, електрони, протони, тощо.

Ділянки зі підвищеною яскравістю, які є супутниками плям – факели. Температура на 200-300 К вища ніж у фотосфері.

Протуберанці – постійні, щільні холодні хмари водню, які піднімаються в корону і рухаються вздовж магнітних силових ліній. Завдяки протуберанцями відбувається обмін речовиною між хромосферою і короною.

 Спостереження свідчать, що сонячна активність з часом змінюється, вона періодична: роки коли активність велика – максимум , коли мала – мінімум. У наш період зміна активності Сонця становить 11,1 року. Для оцінки активності Сонця використовують умовну величину – число Вольфа. Це сума загальної кількості плям та їх груп, помножене на 10, на видимій півкулі Сонця.

1. Вплив Сонячної активності на Землю

Найбільший вплив на Землю мають хромосферні спалахи, досягаючи Землі, вони спричиняють:

o  Магнітні бурі (погіршення почуття, зміна поведінки живих організмів, перебої зі зв’язком);

o  Іонізація атмосфери (полярні сяйва біля полюсів та можлива поява їх у середніх широтах);

o  Часткове руйнування озонового шару;

o  Аварії космічних кораблів, вихід з ладу електроніки авіалайнерів;

o  Зміна циркуляції земної атмосфери, зміна клімату, зміна циркуляції земної тропосфери.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.     Найвідоміший цикл Сонячної активності триває…

2.     Активні утворення на Сонці…

3.     Найпомітнішим проявом Сонячної активності на Землі є…

4.     Полярні сяйва в атмосфері Землі є наслідком…

5.     Найпотужнішим проявом Сонячної активності є…

6.     Яскраві області, які оточують плями на Сонці, називають…

7.     Яку інформацію про Сонце несе для спостерігача сонячний нейтрино?

8.     Чим відрізняється поверхня Сонця в максимумі та мінімумі його активності?

9. Уявіть, що вся поверхня Сонця вкрита темними сонячними плямами. Якого кольору Сонце ми будемо бачити? Відповідь поясніть.

10.   Чому плями на диску Сонця мають чорне забарвлення, адже відомо, що температура в них досягає 4500 К?

11. Поясніть дію механізму, що приводить до зниження температури в сонячних плямах порівняно з температурою оточуючої фотосфери.

12.   Чому коли на поверхні Сонця «темнішає», у полярних зонах Землі може «світлішати»?

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·  Геоліобіологія – вплив Сонця на живі організми

·  Вплив активності Сонця на життя сучасної людини

·  Суперспалах на Сонці – життя без Інтернету?

·  Реєстрація сонячних нейтрино

УРОК № 15

ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОНЦЯ. БУДОВА СОНЦЯ ТА ДЖЕРЕЛА ЙОГО ЕНЕРГІЇ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

1. Коли відбувся перший політ людини у відкритий космос?

2. Коли почалася космічна ера?

3. Коли відбувся перший вихід людини на Місяць?

4. Який внесок зробили українські вчені у розвиток космонавтики?

5. Скільки мінімально має тривати політ на Марс? Які умови для цього потрібні?

6. Коли і як утворилася Сонячна система згідно з загальноприйнятою теорією?

■ ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

1. Що є центром у Сонячній системі?Сонце.

2. Для чого вивчати Сонце та його природу?

Події та явища, що відбуваються на ньому, значною мірою визначають процеси, які відбуваються на планетах, зокрема і на планеті Земля. Вивчаючи Сонце, ми починаємо краще розуміти природу інших зір. Важливо досліджувати Сонце – бо воно є джерелом життя на Землі.

3. З чого складається Сонце та яка його будова?

4. Чому світить Сонце? Чому Сонце «живе» без істотних змін протягом мільярдів років?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Основні фізичні характеристики Сонця

Сонце - центральне світило у Сонячній системі, єдина зоря, на поверхні якої ми бачимо окремі деталі і чиї властивості, порівняно з іншими зорями, добре вивчені. Сонце існує близько 5 млрд. років і стільки ж йому “віщують” у майбутньому. Воно дає необхідне для життя світло, тепло, енергію.

Древні навіть поклонялися Сонцю як божеству, яке дає життя. Безпосередньо із Землі Сонце вивчають оптичними й радіометодами. Позаатмосферна астрономія дозволила значно розширити досліджуваний діапазон частот електромагнітного випромінювання Сонця, а також взятися за детальне дослідження його корпускулярного випромінювання. Все різноманіття сонячних явищ, які ми розглянемо, притаманно і для інших зір. Тому фізика сонячних явищ має величезне значення для розвитку астрофізики в цілому.

Сонце — газова, точніше, плазмова куля. Сонце здається ідеально круглим диском з чітко окресленим краєм, хоча насправді, як у будь-якої газової кулі, поверхні у нього немає. Річ у тому, що основний потік сонячного випромінювання йде від тонкого шару (товщина біля 300 км) з температурою біля 6000 К. Якраз цей тонкий шар, який називають фотосферою (від грец. - сфера світла) і створює ілюзію поверхні.

Хімічний склад .

Вивчаючи верхні шари атмосфери за допомогою спектрального аналізу, з’ясували, що:

ü неперервний сонячний спектр містить понад 10 тис. ліній поглинання, які називають фраунгоферовими. Вони утворюються внаслідок поглинання атомами різних речовин у хромосфері, а також молекулами газів земної атмосфери;

ü у спектрі Сонця виявлено лінії 72 хімічних елемента (98 % речовини Сонця становить водень (71 %) і гелій(27%). У 1868р. англійський астроном Д. Лок’єр виявив гелій в атмосфері Сонця і лише у 1895 його було знайдено в земних умовах.

Температура

Сонце випромінює електромагнітні хвилі різної довжини, які сприймаються як біле світло (цілий спектр ЕМ хвиль від червоного до фіолетового), але найбільше енергії воно випромінює в жовто – зеленій частині спектру, тому її називають жовтою Зорею. Температура поверхні 5780 К

Обертання Сонця.

Регулярні спостереження за положенням окремих деталей на поверхні Сонця привели до висновку, що Сонце обертається навколо своєї осі в тому ж напрямку, що й планети навколо нього. Сонце обертається не як тверде тіло, кутова швидкість окремих його ділянок зменшується з віддаленням від екватора.

Світність Сонця (потужність випромінювання)

Світність Сонця  – це кількість енергії, що випромінює поверхня у всіх напрямках за одиницю часу. (потужність випромінювання).

Для визначення світності Сонця, треба виміряти сонячну сталу q – енергію, яку отримує 1 м2 поверхні Землі за 1 с за умови, що Сонце розташоване в зеніті.За сучасними даними на межі верхніх шарів атмосфери Землі

2. Будова Сонця

При розгляді будови Сонця розрізняють внутрішню й зовнішню частини (атмосферу). Поверхні Сонця у звичайному розумінні немає. Є плавне зменшення густини з висотою від стану умовно щільного до дуже розрідженого. У результаті фізичних процесів, що протікають в надрах Сонця, безперервно виділяється енергія, яка передається зовнішнім шарам і розподіляється на все більшу площу. Внаслідок цього з наближенням до поверхні, температура сонячної плазми поступово знижується.

Високий тиск усередині Сонця обумовлений дією вище розміщених шарів. Сили тяжіння прагнуть стиснути Сонце. Їм протидіє пружність гарячого газу й тиск випромінювання, що йдуть з надр. Ці сили прагнуть розширити Сонце. Тяжіння, з одного боку, а пружність газів і тиск випромінювання, з іншого боку, урівноважують одне одного. Рівновага має місце в усіх шарах від поверхні до центра Сонця. Такий стан Сонця і зір називають гідростатичною рівновагою. Вона дала змогу скласти рівняння, за яким розраховують моделі внутрішньої будови Сонця, а також інших зір. Тому, залежно від температури та характеру процесів, що визначаються цією температурою, внутрішня частина Сонця умовно поділяється на такі області: ядро, зона радіації (зона променистої рівноваги) та конвективна зона.

Ядро:

ü Займає невеликий об’єм

ü Зосереджена значна частина маси Сонця (має велику густину – 150 г/ );

ü Протікання термоядерних реакцій (величезний тиск, висока температура) Найефективнішою реакцією є утворення з чотирьох атомів водню одного атома гелію (енергія );

ü Радіус ядра – 1/3 радіуса Сонця.

ü Температура в центрі ядра - 15 млн. К

Зона променистої рівноваги (зона радіації):

o  Перенесення енергії із ядра у верхні шари шляхом послідовного поглинання та наступного перевипромінювання квантів електромагнітної енергії;

o  Оточує ядро до відстані 2/3 радіуса Сонця.

o  Температура зменшується до 2 млн. К, густина до 0,2 г/

Конвективна зона:

Ø Займає зону від верхнього шару зони радіації до видимої межі Сонця

Ø Енергія передається шляхом перемішування – більш гарячі комірки спливають угору, а холодні опускаються донизу (явище конвекції).

Ø Температура зменшується від 2 млн до 6000 К, а густина до

Ø Інтенсивні рухи сонячної речовини та зародження магнітного поля.

Атмосферою вважаються зовнішні шари Сонця, умовно поділених на три оболонки: фотосфера, хромосфера, сонячна корона.

Фотосфера:

ü 200-300 км завтовшки, сприймається як поверхня Сонця;

ü Тс=5780 К (Температура зменшується з висотою);

ü Складається з нетривких (до 7 хв) яскравих ділянок (гранул, зерен) із темними проміжками між ними. Температура гранул в середньому на 500 К вища, ніж проміжків. У гранулах потоки гарячої плазми піднімаються вгору, у темних проміжках - опускаються вниз.(прояв конвекції речовини Сонця)

Хромосфера: (з грец. - забарвлена сфера)

Ø Товщина 10-15 тис. км.

Ø Температура зростає з висотою (від 4500 К у нижніх шарах, а у верхніх шарах сягає 100 000 К).

Ø можна побачити візуально під час сонячних затемнень у вигляді вузького жовто-червоного кільця;

Ø Нагадує траву, що горить, над нею здіймаються характерні утворення, які називаються спікулами.

Сонячна корона:

v Простягається на висоту кількох сонячних радіусів;

v Температура зростає( від 100 000 К у нижніх шарах до 2 000 000 К у верхніх шарах);

v Спостерігається візуально під час повного сонячного затемнення та має сріблясто-білий колір (яскравіть повного місяця);

v У верхніх шарах речовина корони неперевно витікає у міжпланетне середовище, формуючи явище сонячного вітру.

v Сонячний вітер складається з протонів і 𝛼-частинок, утворюючи величезну геліосферу.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

Прийом «Роблю висновок»

1.  В якому фізичному стані знаходиться речовина на Сонці?

2.  Для визначення світності Сонця потрібно знати… Чому її так важливо обчислювати?

3.  Які з хімічних елементів найпоширені на Сонці? Які спостереження дозволяють це визначити?

4.  Складовими внутрішньої частини Сонця є…

5.  У результаті якого процесу виділяється енергія в надрах Сонця?

6.  Перенесення енергії із надр Сонця до його поверхні здійснюється шляхом…

7.  Атмосферу Сонця можна умовно розділити на…

8.  Яка область Сонця є основним джерелом видимого випромінювання?

9.  Грануляція у фотосфері Сонця є проявом…

10.           У яких шарах Сонця (включно з атмосферою) температура найвища, а в яких – найнижча?

11.           Що таке сонячний вітер? Як він виникає?

12.           Сонце називають жовтою зорею, тоді як для більшості людей воно має білий колір. Як пояснити це?

Рефлексія

§  На уроці я зрозумів …

§  Сьогодні я навчився …

§  На уроці найцікавішим було …

§  На уроці мені було найважче …

§  Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§  У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати тема 4, пункт 1 (С. 67-69),

Контрольні запитання (1-4) С. 70

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·  Сонце – джерело життя на Землі

·  Сонце як божество у різних народах світу

·  Енергія Сонця – ядерні реакції на Сонці та Землі

·  Сонце – боротьба газового тиску та гравітації

Урок 14 Захист навчальних проектів з теми «Предмет Астрономії. Небесна сфера. Методи та засоби астрономічних досліджень. Наша планетна система»

Мета уроку: Визначити рівень оволодіння знаннями за темою, обраною для навчального проекту в межах теми «Предмет Астрономії. Небесна сфера. Методи та засоби астрономічних досліджень. Наша планетна система».Розвивати уміння правильно розподіляти час; самостійність у навчанні; вміння самостійно застосовувати правила, закони. Виховання дисципліни, чесності, відповідальності.

Тип уроку: урок контролю та корекції навчальних досягнень.

Наочність і обладнання: презентації проектів, моделі, установки.

Хід уроку

І.  ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Орієнтовні критерії оцінювання навчального проекту

1.   Актуальність -1 бал.

2.   Оформлення роботи (паперові носії) - 2 бали.

3.   Достовірність - 1 бал.

4.   Науковість - 2 бали.

5.   Представлення - 2 бали.

6.   Презентація (малюнки) - 2 бали.

7.   Обговорення - 2 бали.

Орієнтовне оформлення проекту (паперові носії та презентація)

1.       Назва проекту.

2.       Тип проекту.

3.       Керівник проекту (вчитель).

4.       Виконавці проекту.

5.       Проблема.

6.       Мета.

7.       Очікуваний результат (для дослідження).

8.       Завдання проекту.

9.       Хід роботи.

10.  Висновки.

11.  Використані джерела інформації.

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

IІІ. ЗАХИСТ ПРОЕКТІВ

Орієнтовні теми

1.    Астероїдна небезпека.

2.    Великий наш будинок і хто ми в ньому.

3.    Нескінченно мерехтливі зірки.

4.    У світі зірок

5.    Погляд з космосу

6.    Вибухають зірки

7.    Вплив магнітного поля на спектри зірок.

8.    Всесвіт далека і нескінченна...

9.    Всесвіт — наш дім

10.  Всесвіт: таємниця зародження

11.  Висота світил

12.  Обчислювальна астрономія. Програми обробки астрономічних даних.

13.  Галактика-Зоряний будинок, в якому ми живемо

14.  Галактика

15.  Де знайти невидимку?

16.  Рух зірок як доказ розвитку Всесвіту.

17.  Денні зірки

18.  Чи є вода на інших планетах?

19.  Чи є чудеса за межами нашої планети?

20.  Життя — це розвиток Всесвіту

21.  Життя, дозволена Всесвіту

22.  За межами чутності. Наша адреса у Всесвіті.

23.  Дві хвилини астрономічного щастя.

24.  Ігри з часом

25.  Ідеї космосу в художньому мистецтві

26.  Вимірювання великих відстаней. Тріангуляція

27.  Використання повітряних куль для збору космічного сміття.

28.  Дослідження доказів розширення Всесвіту на основі існуючих наукових теорій.

29.  Обчислення часу

30.  Календарі часу

31.  Календар знаменних дат (2023 рік, Космос)

32.  Календар і час

33.  Космічні апарати (супутники, довготривалі орбітальні станції, міжпланетні апарати, планетоходи, планетні бази станції, засоби пересування космонавтів).

34.  Космічний телескоп Хаббла

35.  Космодроми і полігони.

36.  Найбільші обсерваторії світу

37.  Цікавому спостерігачеві зоряного неба.

38.  Малі тіла

39.  Звабливий світ космосу

V. ПІДСУМОК УРОКУ

VI. Домашнє завдання

Повторити вивчений матеріал, роботу оформити і відправити на н.з. не пізніше 19.12. 23р

Урок 13 Контрольна робота № 1 з теми «Предмет Астрономії. Небесна сфера. Методи та засоби астрономічних досліджень. Наша планетна система.»

Мета уроку: Перевірити  знання про астрономічні закони та величини і зв'язки між ними; вміння застосовувати формули для розв'язування конкретних задач. Розвивати інтерес до вивчення астрономії. Виховувати   самостійність та наполегливість.

Тип уроку: урок контролю знань.

Обладнання: картки для контрольної   роботи №1

Хід уроку

І.  ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП    Перегляньте  завдання  різних типів контрольної роботи № 1,  згадайте правила їх  оформлення, самостійно розподіляйте часу на роботу.

II. ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Варіант №1

Початковий рівень.

1. Телескоп – це такий оптичний прилад, який:

А. Збільшує космічні тіла. Б. Наближає до Землі спостережувані об’єкти. В. Збільшує кут зору на об’єкти. Г. Зменшує відстань до космічних тіл.

2. Сучасна астрономія вивчає космічні об’єкти в діапазонах ЕМХ:

А. Ультрафіолетовому та рентгенівському. Б. Радіохвиль та інфрачервоному. В. Оптичному та 𝛾-випромінюванні. Г. В усіх діапазонах.

3. Яку частину поверхні повного Місяця можна побачити із Землі?

А. 40%. Б. 50%. В. 60%. Г. 70%.

4. В яких країнах найвигідніше купувати товари, зважуючи їх на пружинних вагах?          А. Розташованих ближче до полюсів. Б. Розташованих в середніх широтах. В. Розташованих ближче до екватора. Г. Розташованих біля Грінвицького меридіану.

5. Найбільшою серед планет земної групи є:

А. Марс. Б. Земля. В. Венера. Г. Меркурій

6. Пояс астероїдів міститься між орбітами:

А. Марса і Юпітера. Б. Марса і Землі. В. Юпітера і Сатурна. Г. Урана і Сатурна.

Середній рівень.

1. Вкажіть характерні особливості планет – гігантів. 2. Чому поверхня Марса червоного кольору?

3. У чому криється небезпека від астероїдів для Землі?

Достатній рівень.

1. Поясніть, чому хвіст комети напрямлений від Сонця?

2. З якою максимальною швидкістю можна рухатись по поверхні найбільшого астероїда Церери? Її маса 3·1021кг, радіус – 480км.

Високий рівень.

Вважаючи орбіти планет коловими і розташованими в одній площині обчисліть максимальний кут між Сонцем та Венерою для земного спостерігача (максимальне кутове відхилення Венери від Сонця) та відстань до Венери в цей момент. Радіус орбіти Венери 0.72 а.о., радіус орбіти Землі 1а.о.

Варіант №2 

Початковий рівень.

1. Чому великі астрономічні обсерваторії будують в горах?

А. Щоб наблизитися до планет. Б. У горах більш прозора атмосфера. В. У горах більша тривалість світлового дня. Г. У горах менша хмарність.

2. У який із зазначених телескопів можна побачити більше зір?

А. У рефлектор з діаметром об’єктива 5м. Б. У рефрактор з діаметром об’єктива 1м. В. У радіотелескоп діаметром20м. Г. У телескоп із діаметром об’єктива 3м і збільшенням 500.

3. Якими з цих приладів космонавти можуть користуватися на Місяці?

А. Компас, термометр. Б. Компас, барометр. В. Термометр, телескоп. Г. Барометр, телескоп.

4. Місяць повернутий до Землі однією стороною. Це пов’язане з тим, що:

А. Періоди обертання навколо осі Землі і Місяця однакові. Б. Місяць не обертається навколо осі, а тільки навколо Землі. В. Періоди обертання Землі

навколо Сонця і Місяця навколо осі однакові. Г. Періоди обертання Місяця навколо Землі і навколо осі однакові.

5. У яких планет немає супутників?

А. Меркурій, Марс. Б. Меркурій, Венера. В. Марс, Венера Г. Меркурій, Венера, Марс.

6. Яка планета Сонячної системи має найвищу температуру поверхні?

А. Меркурій. Б. Венера. В. Земля. Г. Марс.

Середній рівень.

1. Що із Землі спостерігаємо на більшій відстані:метеори чи астероїди? Дайте коротке пояснення.

2. Чому на поверхні Юпітера не існує кратерів?

3. Вкажіть назви супутників Юпітера, які часто називають галілеєвими. На якому з них є вулканічна діяльність?

Достатній рівень.

1. У якій точці своєї орбіти хвіст комети довший: в афелії чи перигелії? Відповідь поясніть.

2. Яке прискорення вільного падіння на астероїді під назвою 1709 Україна, який має масу 1.26·1017кг, та діаметр 20км?

Високий рівень.

1. Вважаючи орбіти планет коловими і розташованими в одній площині обчисліть відстань від Марса до Землі, коли Марс перебуває у східній квадратурі (кут між напрямами із Землі на Сонце і на Марс рівний 90˚). Радіуси орбіт Землі 1а.о., Марса 1.52а.о

IІІ. ПІДСУМОК УРОКУ

ІV. Домашнє завдання   Повторити   § пройдений матеріал . Виконати   роботу. Відправити на н.з. не пізніше 15.12

УРОК № 12

 ТЕМА: КАРЛИКОВІ ПЛАНЕТИ. ПОЯС КОЙПЕРА, ХМАРА ООРТА

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Відео урок https://www.youtube.com/watch?v=6t6REwFYSYk

■ ІІ. Актуалізація опорних знань

Бесіда за питаннями:

1. Кільця Сатурна складаються з сотень окремих вузьких кілець, розділених вузькими проміжками. Самі ж кільця складаються з окремих часток водяного крихкого снігу розмірами від дрібних пилинок до брил у 10 - 15 м завбільшки.

2. Юпітер та Сатурн – дуже швидко обертаються навколо своєї осі, в порівнянні з іншими планетами Сонячної системи. Причому, найвища швидкість обертання – спостерігається на екваторі і зменшується при наближенні до полюсів. Атмосфери планет рухаються по колу і напрямок її руху – вздовж дотичної до планети, намагається покинути планету, але сила тяжіння утримує її, притягаючи до центру планети. Зі збільшенням швидкості обертання, траєкторія руху молекул атмосфери витягується, причому молекули перетікають від полюсів до екватора (від місць зменшою швидкістю до місць із більшою). Тому Юпітер і Сатурн мають найбільше стиснення.

3. На Урані спостерігається зміна пір року – сезон триває 21 рік, Сонце освітлює один із полюсів 42 роки, тобто за полярними колами, які співпадають із тропіками ми може спостерігати  полярний день який може тривати до 42 років (на полюсах), стільки ж триває полярна ніч. По обидва боки від екватора до полярних кіл Сонце сходить і заходить та відбувається зміна пір року.

4. Вірогідними джерелами може бути стиснення, що супроводжується виділенням гравітаційної енергії; безперервний перехід молекулярного водню в металевий; «осадження» гелію з воднево-гелієвого розчину і дрейф гелію до центру планети. Юпітер можливо випромінює енергію, накопичену під час формування Сонячної системи.

■ІІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу 24 серпня 2006 р. ухвалила рішення про позбавлення Плутона статусу планети і заснувала в Сонячній системі нові об’єкти - карликові планети.

1.     Чому Плутон перестав бути планетою Сонячної системи?

2.     Що це за об'єкти?

3.     Де вони знаходяться і які об’єкти до них відносять?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Карликові планети. Пояс Койпера

За Нептуном знаходиться Плутон, який був відкритий у 1930 р. Клайдом Томбо і вважався дев’ятою планетою з періодом обертання 248,4 земних роки. Плутон має дуже витягнуту орбіту в порівнянні з іншими планетами, і за масою і розмірами набагато меншим за інші планети Сонячної системи. 1978 р. було виявлено, що Плутон має супутник Харон з періодом обертання навколо планети 6,4 доби. Відношення мас системи Плутон-Харон 8:1, отже можна говорити про подвійну планету. Аналогічно Місяцю, Харон завжди повернутий до Плутона однією стороною. 2006 р. за допомогою космічного телескопа Габбла були відкриті два невеликі супутники Нікта і Гідра. 2011р. Кербер, 2012 р. Стікс. Але характеристики орбіти Плутона та його супутника Харона, викликали сумнівів щодо його статусу як планети.

Аналізуючи орбіти комет, у 1951 р. астроном Дж. Койпер передбачив існування за Нептуном поясу астероїдів, який назвали поясом Койпера. Пояс Койпера - область Сонячної системи за орбітою Нептуна (30 а. о. від Сонця) приблизно до відстані 50 а. о. В пошуках наступної 10 планети астрономи, підтвердили цю гіпотезу у 1990 р., коли за Плутоном почали відкривати нові об’єкти.

 У 2003 р. було відкрито об’єкт за розмірами трохи менший за Плутон, деякі астрономи називали його 10 планетою і надали їй неофіційну назву Ксена. Це стало ударом для статусу-кво Плутона як 9 планети, якщо Плутон – планета, то Ксена – також. Що робити з об’єктами, які трохи менші за Плутон, а якщо буде відкрито більші об’єкти?

З наукової точки зору стало очевидним, що Плутон більше схожий на них, ніж на решту планет Сонячної системи, причому із виявлених об’єктів Плутон є найбільшим.

 Астрономічним Союзом було створено комітет, який модифікував визначення планети, додавши, що планета – має бути не тільки круглої форми, але повинна бути єдиним тілом на своїй орбіті. Саме тому, Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу 24 серпня 2006 р. ухвалила рішення про позбавлення Плутона статусу планети і заснувала в Сонячній системі нові об’єкти - карликові планети.

Нині до переліку найбільших і найвідоміших карликових планет відносять Ериду, Цереру, Плутон, Гаумеа, Макемаке.

На статус карликової планети також претендують такі транснептунові об'єкти: Квавар, Іксіон, Седна, Орк, Варуна.

2.Хмара Оорта

Гіпотетична хмара Оорта — сферична хмара крижаних об’єктів, яка є джерелом довгоперіодичних комет. Безпосередніми спостереженнями існування хмари Оорта не підтверджено, однак численні непрямі факти вказують на її існування.

Передбачувана відстань до зовнішніх меж хмари Оорта від Сонця становить від 50000 а.о. ( 1 св. рік) до 100000 а.о. (1,87 св. років). Вважається, що об’єкти, які складають хмару, сформувалися біля Сонця і були розсіяні далеко в космос гравітаційними ефектами планет-гігантів на ранньому етапі розвитку Сонячної системи.

Зовнішня частина хмари Оорта є приблизною межею Сонячної системи, і легко може піддаватися впливу гравітаційних сил як зірок, що проходять неподалік, так і самої Галактики. Ці сили іноді змушують комети прямувати до центральної частини Сонячної системи

Пояс Койпера та Хмара Оорта – дім для тіл, що обертаються навколо Сонця.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.                Чому Плутон перестав бути планетою Сонячної системи?

2.                Розтлумачте поняття «карликова планета».

3.                Які карликові планети ви знаєте?

4.                Яка карликова планета була відкрита першою?

5.                Між орбітами яких планет пролягає пояс Койпера?

6.                У чому суть гіпотези Оорта стосовно походження комет?

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати тема 3, пункт 3 (С. 56-57),

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·        Плутон – планета Сонячної системи чи карликова планета?

·         Пояс Койпера і транснептунові об’єкти

·        Хмара Оорта та сфера Хіллса

·        New Horizonts – дослідник поясу Койпера.

УРОК № 11

ПЛАНЕТИ ЗЕМНОЇ ГРУПИ. ПЛАНЕТИ-ГІГАНТИ: ЮПІТЕР, САТУРН, УРАН, НЕПТУН ТА ЇХНІ СУПУТНИКИ. Карликові планети . Пояс Койпера.

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1.                В атмосфері Землі найбільше...

2.                Шар атмосфери в якому відбувається формування погоди?

3.                Яке походження кратерів на поверхні Місяця?

4.                Чому на материках протягом року не спостерігається різкого перепаду температур?

5.                Чому з поверхні Землі ми бачимо тільки одну півкулю Місяця?

6.                Як за допомогою спостережень сонячних затемнень зробити висновок про відсутність атмосфери на Місяці?

7.                У яких фазах Місяця припливи у Світовому океані будуть максимальними? Відповідь поясніть.

8.                Яке значення має Місяць для подальшого освоєння космосу?

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Прийом «Інтелектуальна розминка»

1.                Що створює парниковий ефект на Землі?

2.                Що захищає життя на Землі?

3.                Земля і Місяць знаходяться на майже однаковій відстані від Сонця. Чому фізичні умови на них так сильно відрізняються?

Існування життя поза Землею, особливо життя розумного, з давніх часів є одним з питань, які бентежать людський розум. Думки про те, що наша планета не є єдиним населеним світом у безмежному просторі Всесвіту, висловлювалися ще до нашої ери, коли існувала єдина наука — філософія. Історія пошуків життя поза Землею сповнена драматичних подій і гірких розчарувань. Астрономія, одержуючи відомості про природу небесних тіл і тих явищ, які відбуваються на них, надавала можливість виявити ті чи інші прояви життя, у тому числі розумного за межами Землі. Оскільки знайдено ознаки життя в найхолодніших та найспекотніших куточках Землі, то є надія виявити бодай найпростіші форми життя на інших тілах Сонячної системи. Тому до кожної із планет було відправлено міжпланетні космічні станції та уважно спостерігають наземні та космічні обсерваторії, що вони там побачили та яку інформацію про них зібрали, ми дізнаємось найближчим часом протягом наступних уроків. І розглянемо ми сьогодні найближчі до нас планети – планети Земної групи.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

Відео урок https://www.youtube.com/watch?v=4rECkbKKvxs

https://www.youtube.com/watch?v=XFNAwZIh7H8

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Планети земної групи та планети-гіганти.

Планети Сонячної системи за розмірами і будовою діляться на дві групи – планети земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс) та планети гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Суттєві відмінності між цими групами планет полягає у таких характеристиках  Планетам земної групи властиві невеликі розміри і маси, велика середня густина і тверда поверхня. Ці планети повільно обертаються навколо своїх осей.

Планетам-гігантам властиві великі розміри і маси, утворилися здебільшого з Гідрогену та Гелію, тому їхня середня густина невелика, між атмосферою і поверхнею немає чіткої межі.

2. Планети земної групи

Планетам земної групи властиві невеликі розміри і маси, велика середня густина мають гаряче металеве ядро оточене мантією із силікатних порід. Ці планети повільно обертаються навколо своїх осей.

2.1 Меркурій

Меркурій є найменшою із планет земної групи, яку рідко кому випадало спостерігати неозброєним оком, тому що вона розташована близько до Сонця. Меркурій дуже повільно обертається навколо своєї осі в тому самому напрямку як і Земля. Період осьового обертання планети становить 2/3 періоду обертання навколо Сонця, тому за кожні свої два роки він робить три оберти відносно зір і один оберт відносно Сонця. Тобто, одна сонячна доба на цій планеті триває майже два меркуріанських роки. Отже, протягом майже трьох місяців там світить Сонце і стільки ж триває ніч.

 Меркурій має розріджену газову оболонку, яка в основному складається з гелію, водню і незначної кількості аргону, неону, ксенону. Через відсутність постійної атмосфери й близькість до Сонця фізичні умови на поверхні Меркурія дуже суворі. В полудень на екваторі максимальна температура сягає +430°С , а вночі знижується до -170°С. Світлини поверхні Меркурія, вражають схожістю його рельєфу з поверхнею Місяця — така сама величезна кількість кратерів, що свідчить про однакову природу цих космічних тіл. До речі, один із великих кратерів на Меркурії названий на честь Тараса Шевченка. Вісь обертання Меркурія перпендикулярна до його орбіти, тому дно полярних кратерів ніколи не світлюється Сонцем. Ці області слугують сховищами водяного льоду, перемішаного з гірськими породами. Гори на Меркурії сягають висоти всього 2-4 км. На поверхні Меркурія були виявлені також величезні рівнини, які заповнені застиглою базальтовою лавою. Це свідчить, що планета була колись розігріта, внаслідок чого в той час відбувалася інтенсивна вулканічна діяльність.

Магнітне поле Меркурія дуже слабке – воно у понад 100 разів слабкіше від земного і утворюється ймовірно в результаті ефекту доміно ( циркуляція рідкого ядра планети в результаті збовтування сонячними припливними силами). Вважається, що в ядро – залізне, з радіусом приблизно 1800 км і в ньому зосереджено 80% усієї маси Меркурія, цим визначається його найбільша середня густина серед усіх планет Сонячної системи.

2.2 Венера

Венера — найгарячіша планета Сонячної системи. У неї, як і у Меркурія, немає природних супутників. Українська народна назва цієї планети — Вечірня, або Вранішня, зоря, адже вона першою з’являється на вечірньому небосхилі й останньою гасне на світанку.

Тривалий час Венеру називали планетою загадок, тому що густі хмари приховують її поверхню. Венера - планета, яка найповільніше обертається навколо осі в зворотному напрямку порівняно з іншими планетами.

 Атмосфера планети така щільна, що поверхню через неї побачити неможливо. Головна складова атмосфери - вуглекислий газ (96% за об’ємом), азот (3 %) з невеликими домішками водяної пари (0,05 %). Наявність в атмосфері Венери великої кількості вуглекислого газу спричиняє явище парникового ефекту, яке проявляється значно сильніше, ніж на Землі. Атмосферу Венери можна умовно поділити на два шари: нижній (верхня межа хмар з постійною температурою) займає висоту 60-75 км; верхній розташований на висоті 75-100 км з мінімальною температурою близько 108°С.

Саме тут здебільшого й формується венеріанська погода та закручуються урагани розташовані нижче у тропосфері, до того ж стрімке переміщення повітряних мас відбувається в напрямку від денного боку до нічного, а не в полярному напрямку від екватора, як на Землі. Основний шар хмар розташовується на значній висоті (50-70 км), що пояснюється великим атмосферним тиском, який біля поверхні досягає 90 атм. Хмари на Венері, скоріше, нагадують слабку імлу, в якій видно предмети на відстані до 1 км. Потужний хмаровий шар відбиває у космос 75% сонячного світла. Вони мають шарову структуру, окрім водяної пари у них утворюються краплини сірчаної кислоти, але до поверхні ці кислотні дощі не долітають, оскільки під хмарами температура різко підвищується і краплі випаровуються. (явище вірго). У формуванні венеріанських кислотних хмар скоріше за все задіяні численні вулкани, які постійно викидають гігантську кількість магми, що містить сірку. Активна вулканічна діяльність веде до виникнення потужних електричних розрядів, які формують справжні електричні шторми у венеріанській атмосфері. Отримані останні дані говорять про те, що грози на Венері характеризуються частотою блискавичних розрядів, які не менш ніж в 100 разів перевищують земний показник. Це вражаюче явище отримало назву електричного дракона.

 Температура на поверхні Венери досягає +480°С і майже не змінюється протягом доби, а тиск порядка 80-100 атм. Густі хмари пропускають мало сонячного світла й створюють «сутінкову» освітленість навіть тоді, коли Сонце перебуває високо над горизонтом. Це єдина планета, від світла якої земні предмети можуть відкидати тінь.

Більшу частину поверхні Венерн займають рівнини. Найвищі гори - гори Максвелла - піднімаються на 11 км над середнім рівнем поверхні. На Венері виявлено кратери діаметром до сотень кілометрів. Великі кратери названо на честь видатних жінок: Ахматова, Войнич, Дункан, Орлова або просто жіночими іменами: Антоніна, Валентина, Зоя, Ірина, Нана, Ольга та ін. Великі височини-материки мають назви: Земля Афродіти, Земля Іштар, Земля Лади тощо.

Близько 500 млн років тому на Венері відбулася глобальна геологічна катастрофа. Сотні тисяч діючих вулканів викинули величезну кількість лави, що вкрила всю поверхню. Найвищий згаслий вулкан - гора Маат, названа на честь єгипетської богині істини й порядку, підіймається над навколишньою рівниною майже на 8 км.

Для дослідження рельєфу планети було використано метод радіолокації. АМС «Магеллан» у 1990-1994 рр. провела глобальну радіолокацію поверхні Венери. За допомогою радіолокаторів на поверхні Венери було виявлено велетенські кратери, згаслі вулкани, просторі низовини, високі гірські масиви. На основі отриманих даних було складено рельєфні карти.

Магнітне поле Венерн дуже слабке, його напруженість у 104 рази менша від земної. Магнітосфера майже повністю відсутня, тому сонячний вітер, зіштовхується з атмосферою планети й захоплює за собою її речовину, формуючи йонний шлейф, який тягнеться на 45 млн км, тобто сягає Землі.

3.3 Марс і його супутники

Марс — четверта за відліком планета Сонячної системи. Для спостерігача вона з’являється на небосхилі у вигляді яскравого червоного світила. Марс і Земля кожні 15-17 років зближуються на найменшу відстань – 56 млн. км., це називають великим протистоянням. Тоді Марс не зникає з неба всю ніч і світиться особливо яскравим червоно-помаранчевим кольором – найкращий час для спостережень. Хоча маса та радіус Марса менші, ніж Землі, але тривалість доби (24,6 год.) і зміна пір року (вісь обертання нахилена під кутом 65 до площини орбіти) нагадують нашу планету. Правда, тривалість сезонів на Марсі майже у 2 рази довша, ніж на Землі.

Марс має розріджену атмосферу, тому існують великі добові коливання температури: на екваторі вдень до +15°С, а вночі до -65°С. Її тиск біля поверхні становить в середньому 0,006 тиску земної атмосфери. За складом вона нагадує атмосферу Венери: 95% - вуглекислого газу, 4% - азоту і аргону, 1% - кисню і водяної пари. Узимку на поверхні Марса спостерігається сніг та іній, але вода в рідкому стані там існувати не може. В умовах низького атмосферного тиску вода закипає за температури +2 °С і відразу випаровується. Швидкість вітру на поверхні планети не перевищує 15 м/с. Марс - єдина планета, де спостерігаються глобальні пилові бурі. Хмари пилу не пропускають сонячне випромінювання до поверхні. Поверхня планети сильно охолоджується, а пил і навколишня атмосфера, навпаки, розігріваються. В атмосфері Марса спостерігаються піщані вихори, що закручують стовпи пилу заввишки до 8 км. Хмари складаються із силікатного і крижаного пилу, який піднімається так високо в атмосферу.

Поверхня Марса являє собою величезну пустелю, більша частина якої вкрита червонуватим піском (через високий вміст оксиду заліза або звичайної іржі) та каменями. Із близької відстані Марс більше схожий на Місяць, ніж на Землю оскільки безліч круглих кратерів свідчать про інтенсивне метеоритне бомбардування в минулому. Ряд кратерів на Марсі назвали на честь українських астрономів: Барабашова, Герасимовича, Сімейкіна, Струве, Фесенкова. Дві третини поверхні Марса займають світлі ділянки, які отримали назву материків, близько третини - темні ділянки, які названі морями. Поверхня Марса характеризується чітко вираженою асиметрією. Південна гориста півкуля в середньому на 5 км вища від Північної. На знімках марсіанської поверхні добре видно численні великі й дрібні каньйони. Їхня ширина сягає 600 км, глибина - 5 км. Найбільший каньйон - Долина Марінера - тягнеться майже на 5000 км. Вражають своїми масштабами згаслі вулкани Марса. Найвищий – гора Олімп - піднімається над поверхнею на 27 км. Діаметр її основи сягає 600 км.

 Навіть у невеликі телескопи на Марсі видно як поблизу полюсів восени утворюються білі плями - полярні шапки, які зникають повністю на початку літа. Знамениті шапки Марса утворені товстими, близько 3 км, шарами льоду, змішаного з пилом. Верхній шар полярних шапок складається із «сухого льоду» (замерзлого вуглекислого газу – СО2) з невеликою домішкою звичайного льоду (Н20). Температура тут опускається нижче від -110°С. Коли на одній з півкуль починається зима, то відповідна полярна шапка починає рости і сягає 57° широти в Північній півкулі та 45° у Південній. Навесні шапки починають танути. Восени, коли формуються полярні шапки, можна спостерігати блакитнувато-білі хмари в атмосфері планети. Магнітне поле слабше від геомагнітного в 500 разів.

Загадкові марсіанські долини, схожі на русла річок, які утворилися від водяних потоків, які висохли понад мільярд років тому. У 1999 р. було опубліковано дослідження, які доводять, що на Марсі раніше існував океан води. Це вдалося встановити за допомогою фото, переданих на Землю станцією Mars Global Surveyor, за особливостями відображеного на них рельєфу. Океан міг існувати, поки температура поверхні Марса була досить висока. Планета спочатку охолоджувалася близько мільярда років. Тонка атмосфера Марса не перешкоджала «зникненню» води в міжпланетний простір. Зі зниженням температури замерзла вода впереміш із піском утворила підповерхневу крижану оболонку - кріосферу, яка має кількість води, еквівалентну шару завтовшки приблизно 1 км по всій планеті.

Марс має два природні супутники — Фобос і Деймос, які із Землі можна побачити лише в телескопи. Це дрібні небесні тіла, які за формою нагадують картоплини розмірами 27x21x29 км (Фобос) та 15x12x8 км (Деймос) і нагадують астероїди. Поверхня супутників вкрита кратерами діаметром від 50 м до 10 км, які свідчать про метеоритні удари. Фобос за одну марсіанську добу встигає зробити три оберти навколо планети, а Деймос понад 2,5 марсіанської доби перебуває над горизонтом. Природа цих утворень досі залишається нез’ясованою

До планет гігантів відносять: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун

1)  Основна відмінність планет-гігантів від планет земної групи - їх істотно більші маси і розміри.

2)  Густини планет цієї групи значно менші, ніж планет земної групи

 ( ).

3)  Ці планети складаються переважно з водню і гелію. Всі планети-гіганти мають потужні воднево-гелієві атмосфери з домішками аміаку і метану (до 0,1%), а також великі системи супутників і кілець.

4)  Планети цієї групи обертаються навколо осі набагато швидше, ніж планети земної групи, але не як тверді тіла: періоди обертання на різних широтах різні. Приполярні зони обертаються повільніше екваторіальних. Закономірності такого обертання свідчить про відсутність твердих поверхонь і є типовим для всіх газоподібних тіл, включаючи й Сонце.

5)  Планети (крім Урана) мають власне джерело внутрішньої енергії, яку випромінюють ці планети в інфрачервоній частині спектра. Джерелом даної енергії є процеси гравітаційного стискання речовини, з якої сформувалися планети, тому температура поверхні вища, ніж повинна бути з врахуванням лише енергії Сонця.

6)  Планети-гіганти чітко поділяються між собою на дві пари Юпітер і Сатурн мають більші розміри, менші густини і менші періоди обертання, ніж Уран і Нептун.

2. Планети-гіганти

2.1. Юпітер

Юпітер - найбільша планета Сонячної системи. Юпітер схожий на зорі.

Усе, що ми можемо спостерігати на Юпітері - це хмари верхнього шару атмосфери. Через швидке обертання Юпітера і сильні вітри хмари витягаються у світлі та темні смуги, паралельно екватору. Смуги атмосфери Юпітера пояснюються різними зонами тиску. Світлі зони - це області високого тиску, а темні - низького. Теплі гази піднімаються вгору і охолоджуються, досягши верхньої межі хмар. Потім вони падають у сусідні смуги, де тиск менший.

На його поверхні також є загадкова Велика Червона Пляма (ВЧП). Вчені вважають, що ВЧП - потужний антициклон, що обертається проти годинникової стрілки. Виникнення та існування ВЧП пов’язують з різною швидкістю руху атмосферних мас, між якими вона знаходиться. Внаслідок тертя верхня частина ВЧП трохи гальмується, а нижня - прискорюється, що призводить до появи цього дуже стійкого вихору.

Основними компонентами атмосфери Юпітера є водень (74 %) та гелій (20 %), а у хмарах помічена присутність метану, аміаку та водяної пари. В атмосфері Юпітера спостерігають блискавки, полярні сяйва інтенсивніші ніж на Землі. Температура і атмосферний тиск із глибиною поступово зростають. Верхній шар світлих хмар, де атмосферний тиск сягає 1 атм, складається з кристаликів аміаку. Шар хмар з домішками сірки, що розташовані нижче, має червоний колір. Найнижче знаходяться хмари з водяної пари, які утворюються на глибині 80 км від верхніх світлих хмар.

Нещодавно з’явилися гіпотези щодо можливості існування життя у хмарах Юпітера, адже його атмосфера має всі компоненти, які були необхідні для появи життя на Землі. Деякі шари хмар теплі та відносно комфортні для існування навіть земних мікроорганізмів.

До 20000 км шар водню і гелію поступово змінює свій стан із газу до рідини, рідкий водень під дією тиску в декілька мільйонів атмосфер перетворюється у рідкий металічний водень завтовшки 30-50 тис. км. Його фізичні властивості нагадують розплавлений метал, який добре проводить електричний струм. Потужні електроструми, що виникають у шарі металевого водню створюють магнітне поле планети, яке у 12 разів потужніше ніж у Землі. Юпітер є потужним джерелом випромінювання.

Учені вважають, що у центрі Юпітера існує тверде ядро, яке подібне за хімічним складом до планет земної групи і може складатися зі скельних порід. Його розміри — 15-30 тис. км у діаметрі, має високу густину. За теоретичними розрахунками, температура ядра планети — близько 30 000 °С а тиск — 30-100 млн атмосфер.

У 1979 р. космічні апарати «Вояджер-1» і «Вояджер-2» виявили в Юпітера кільця. Із Землі кільця можуть бути помічені в інфрачервоному діапазоні. Вони складаються з дуже дрібних пилинок (0,2-200 мкм). За результатами досліджень «Галілео» було зроблено висновок, що пилинки поступово падають в атмосферу Юпітера, а їхнє місце займають інші, які утворюються під час зіткнення малих супутників, особливо Амальтеї, з метеоритними тілами.

 Система кілець Юпітера є слабкою та складається переважно з пилу. Товстий тор із частинок - відомий як кільце-гало (англ, halo ring). Відносно яскраве, дуже тонке головне кільце і два широких та слабких зовнішніх кільця - «павутинні кільця» (gossamer rings - кільця тонкі і прозорі, як павутина), які названо за матеріалом супутників, які їх формують: Амальтеї та Теби.

Розмір пилинок у кільцях різний, але площа поперечного перерізу найбільша для несфероїдальних частинок з радіусом близько 15 мкм у всіх кільцях, крім кільця-гало. Загальна маса системи кілець не відома, але це приблизно від 1011 до 1016 кг. Вік системи кілець не відомий, але вони могли існувати з моменту остаточного формування Юпітера.

Супутники Юпітера

У Юпітера нараховується 79 супутників. За оцінками учених, супутників може бути не менше сотні. Чотири найбільших супутники — Іо, Європа, Ганімед і Каллісто — було відкрито ще 1610 р. Галілео Галілеєм.

Усі великі супутники Юпітера обертаються синхронно і завжди повернуті до Юпітера однією і тією ж стороною унаслідок впливу потужних припливних сил планети-гіганта. Інші супутники набагато менші і являють собою скелясті тіла неправильної форми. Серед них є ті, що обертаються у зворотний бік.

Іо – має найбільшу геологічна активність – там зареєстровані 8 постійно діючих вулканів, із жерл яких викидаються розжарені гази та магма. Фантастична гама кольорів поверхні Іо – жовтих, червоних, брунатних, що надають сполуки сірки. Поверхня Іо зовсім рівна, бо рідка лава заповнює будь які западини.

Три інших Галілеєві супутники – Європа, Ганімед і Каллісто – дуже схожі між собою: на їхній поверхні видно багато снігу та льоду. Під льодовою корою на цих супутниках може існувати океан рідкої води. На поверхні не видно ділянок із великими перепадами висот, правда, у деяких місцях помічені загадкові утворення, які нагадують жолобки та гребені гірських хребтів. На поверхні Каллісто привертають увагу серія концентричних гребенів і гряди горбів, що оточують дві великі ділянки, які були названими басейнами. Гряди горбів дуже схожі на брижі – хвилі, які утворює кинутий у воду камінь. Енергія, що виділилась під час падіння метеорита, розтопила лід, але при сильному морозі миттєво замерзла. Ганімед – найбільший супутник Сонячної системи, який за розмірами навіть перевищує Меркурій. Найбільший інтерес становить Європа, що має глобальний океан, у якому не виключено наявність життя.

2.2 Сатурн

Сатурн – найвіддаленіша планета, яку знали астрономи з стародавних часів. Після винайдення телескопа, було виявлено, що планета має найбільшу систему кілець. Кільця Сатурна складаються з сотень окремих вузьких кілець, розділених вузькими проміжками. Самі ж кільця складаються з окремих часток водяного крихкого снігу розмірами від дрібних пилинок до брил у 10 - 15 м завбільшки. Товщина кілець не перевищує 2 км. Площина кілець лежить точно у площині екватора планети. Залежно від того, як зорієнтований Сатурн по відношенню до Землі, кільця видно по-різному або їх зовсім не видно.

Планета не має того розмаїття кольорів, що ми спостерігаємо в атмосфері Юпітера. Але структура атмосфери цих планет дуже схожа. Середня густина Сатурна менша від води і найменша в Сонячній системі, що свідчить про невелику кількість важких хімічних елементів у ядрі планети. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з аміаку. На глибині 300 км від верхніх шарів хмар розташовуються хмари з води. За відомостями Вояджерів на Сатурні дмуть вітри зі швидкістю - до 500 м/с на екваторі і зменшується при наближенні до полюсів, вітри дмуть у східному напрямі. В атмосфері Сатурна утворюються стійкі утворення, які за природою схожі до ВЧП. (Великий білий овал), проте не такі тривалі як на Юпітері, до кінця незрозумілим є атмосферний феномен «Гігантський гексагон», що оточує північний полюс планети. Виявлені також потужні грози, полярні сяйва та ультрафіолетове випромінювання водню. Сатурн має магнітне поле, радіаційні пояси та є джерелом радіовипромінювання. Сатурн, як і Юпітер випромінює більш енергії, ніж отримує від Сонця.

Супутники Сатурна

Зараз відомо 82 супутники Сатурна, але більшість із них мають невеликі розміри. Найбільший із супутників — Титан. Він оточений густою азотною атмосферою і його поверхня захована під хмарами з метану. На супутнику мала сила тяжіння(1/7 земної), але атмосферний тиск на поверхні Титана складає 1,6 атм. АМС «Кассіні» виявив, що  на Титані падають метанові дощі, а на поверхні існують озера і річки з рідкого метану та азоту. Учені припускають, що умови на цій планеті схожі з тими, котрі існували на нашій планеті 4 мільярди років тому, коли на Землі тільки зароджувалося життя.

Супутник Енцелад з-поміж інших сателітів Сатурна відомий своїми унікальними крижаними вулканами. Періодично вони викидають стокілометрові фонтани водяної пари, що миттєво замерзає й щосекунди перетворюється на дрібні крижинки. Вони стрімко падають на поверхню Енцелада зі швидкістю 1,3 км/год, поліруючи нерівності прадавніх кратерів. Частина крижаних викидів під дією тяжіння Сатурна поповнює його найближче кільце.

2.3 Уран

Уран був відкритий англійським астрономом В.Гершелем у 1781 р. Інколи Уран помітний неозброєним оком, він темнуватий і повільно рухається, тому раніше його вважали дуже віддаленою зорею.

Існує одна особливість, яка виділяє Уран з усіх планет Сонячної системи: нахил осі обертання Урана до його орбіти становить 8°, тому Уран рухається “лежачи на боці”. Такий кут нахилу призводить до унікальної в Сонячній системі зміни пір року. Тропіки збігаються з полярним колом. Сонце освітлює один із полюсів планет майже 42 роки, тоді як на іншому полюсі стільки ж триває полярна ніч. Крім того, Уран як і Венера, обертається навколо осі у зворотному напрямку.

Атмосфера Урана - водень 83 %, гелію — 15%, метану — 1,99 %. Також виявлені сліди аміаку, етану й ацетилену. Планета має дуже гарні зеленувато-блакитнуваті кольори. Причина цього – склад атмосфери планети та її температура. За температури -217 °С у верхніх шарах воднево-гелієвої атмосфери Урана утворюється метановий туман. Метан добре поглинає червоні промені й відбиває блакитні й зелені. Тому планета має гарні бірюзові кольори. В атмосфері Урана не спостерігається жодних помітних збурень. . Вона досить спокійна в порівнянні з іншими планетами-гігантами, (всього 10 смуг у видимій частині планети) і є найхолоднішою планетою Сонячної системи.

У складі планети є велика кількість льоду, тому її вважають крижаним гігантом. Уран і Нептун багато в чому схожі на ядро Юпітера або Сатурна без масивної оболонки з рідкого металевого водню. Зважаючи на це, в Урана немає чітко вираженого ядра, і його речовина розподілена більш-менш рівномірно, але вміщує більше важких хімічних елементів.

Магнітне поле Урана має цікаву особливість. Вісь обертання планети майже збігається з площиною орбіти, і лінії магнітного поля скручені обертанням Урана в довгий вихор за планетою. Напруженість магнітного поля приблизно дорівнює земній.

У 1977 р. були відкриті кільця Урану. Планета оточена 11 вузькими кільцями, які розташовані в площині екватора на відстані близько 50 тис. км від центра планети. Товщина кілець не перевищує 1 км.

Супутники Урана

Уран оточений великою кількістю супутників -  і 27 супутників. За допомогою телескопів були відкриті  тільки 5 великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанія, Оберон і Міранда, решта сфотографовані АМС «Вояджер-2» у 1986р.

Супутники повернені до Урана однією півкулею, а їхні орбіти лежать в площині екватора, внаслідок чого на всіх супутниках відбувається така ж дивна зміна пір року, як і на Урані.

Великі супутники складені з льоду та скелястих порід. Міранда – найцікавіший супутник, на якому видно терени з долинами, проваллями та пасмами гір, це свідчить про періоди катастроф, які змінювали поверхню супутника. Титанія і Оберон мають безліч кратерів. Сірий колір поверхні свідчить про те, що сніг на Титанії брудний.

2.4 Нептун

Нептун відкритий німецьким астрономом Галле у 1846 р. після теоретичних розрахунків француза Левер’є і англійця Адамса. Нептун розташований на околицях Сонячної системи, планета має власне джерело енергії і випромінює майже втричі більше енергії, ніж отримує від Сонця. Атмосфера Нептуна дуже схожа з атмосферою Урана –з водню (приблизно 67 %), гелію (31 %) і метану (2 %). На верхніх шарах - 80 % водню і 19 % гелію. Крім них, також є незначні домішки речовин: ацетилен С2Н2, діацетилен С4Н2, етилен С2Н4 й етан С2Н6, а також чадний газ СО і молекулярний азот N2.

Основний шар хмар розміщений на рівні тиску близько 3 атмосфер, він складається із замерзлого сірководню H2S, можливо, із невеликою домішкою аміаку NН3. Температура в цій області становить близько -173 °С. Вище від основного шару, у холодній прозорій атмосфері, конденсуються рідкісні білі хмари замерзлого метану СН4. Пір’ясті хмари підіймаються на висоту 50-150 км і відкидають тіні на основний хмарний покрив. Нижче від першого шару хмар, на рівні тиску близько 20 атмосфер і температури близько 200 К (-70 °С), міститься другий шар хмар з гідросульфіду амонію NH4SH. Ще глибше - хмари з водяного льоду з розчином аміаку, густина яких може перевищувати густину рідкої води в кілька разів. Швидкість вітрів у хмарах сягає 600 м/с. Чому виникають такі сильні вітри – таємниця Нептуна. На Нептуні виявлений велетенський вихор із діаметром понад 1000 км, який має назву Велика Чорна Пляма (ВЧП). Атмосфера Нептуна динамічна як і на Землі. Сильні лінії поглинання метану, що домінують у спектрі планети, додають Нептунові інтенсивного синього кольору.

Три замкнутих і одне незамкнуте кільце видно на фото, отриманих космічним кораблем «Вояджер-2» у 1989 р. Розміщуються кільця на відстані від 1,7 до 2,5 радіуса планети. Вони складаються з дрібних силікатних пилинок, що відбивають 6 % сонячного світла.

Супутники Нептуна

Відомо 14 супутників та виявлено тонкі тьмяні кільця. За допомогою телескопів було відкрито 2 супутники – Тритон і Нереїду, а інші сфотографовані АМС «Вояджер-2» у 1989 році.

Найбільший супутник Нептуна – Тритон (R=1380 км). Він – єдиний великий супутник серед тіл Сонячної системи, який рухається у зворотньому напрямі в порівнянні з обертанням Нептуна. Поверхня тверда, поглинає мало сонячної енергії( ), вкрита льодом і снігом, а в полярній шапці можливо, є замерзлий азот. Коли відстань між супутником і Нептуном зменшиться до 65000 км, припливні сили зруйнують супутник і навколо Нептуна утвориться величезне кільце.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.      За своїми фізичними характеристиками (розмірами, масою, кількістю супутників) планети виразно поділяються на…

2.      Найщільнішу атмосферу має...

3.      Поверхня Марсу має червонуватий колір, бо ...

4.      Рельєф Меркурія дуже схожий з…

5.      Найвищу температуру поверхні має планета…

6.      Близнюк Землі…

7.     Полярні шапки на Марсі складаються з…

8.     На яких планетах земної групи відбувається зміна пір року?

9.      На поверхні якої планети земної групи спостерігається найдовший день?

10.  Чому Меркурій не може утримувати постійної атмосфери?

За високої температури +430 °C середня швидкість молекул газів досягає критичної другої космічної швидкості, і тому в гравітаційному полі Меркурія не може існувати стала атмосфера.

11.   Чому в Марса є полярні шапки, а у Венери немає?

12.   На яких планетах земної групи може існувати життя?

Умови для існування життя можуть бути у верхніх шарах атмосфери Венери та під поверхнею Марса, де можуть бути водойми рідкої води, хоча це й малоймовірно.

Рефлексія

   §   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати параграф 32 с. 220-226 Підготувати повідомлення, чи презентації на одну із тем:

·        Юпітер — велетень серед планет.

·        Сатурн і його родина.

·        Уран і Нептун: схожість і відмінність між ними.

·        Космічні місії до планет-гігантів.

·          Меркурій – планета чи супутник?

·          Венера – планета для життя або філіал пекла в Сонячній системі?

·          Терра формування Марса;

·        Марс і проблема життя на ньому в художній літературі та науці.

УРОК № 10  Тема: СУЧАСНІ НАЗЕМНІ Й КОСМІЧНІ ТЕЛЕСКОПИ. АСТРОНОМІЧНІ ОБСЕРВАТОРІЇ. ЗАСТОСУВАННЯ В ТЕЛЕСКОПОБУДУВАННІ ДОСЯГНЕНЬ ТЕХНІКИ І ТЕХНОЛОГІЙ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1.                Телескопічна ера в астрономії розпочалась у...

2.                Як називається телескоп, об’єктивом якого є лінза?

3.                Як називається оптичний телескоп, у якому об’єктивом є дзеркало?

4.                Чим відрізняються телескопи-рефлектори від телескопів-рефракторів?

5.                Яким був телескоп, створений Галілеєм: лінзовим чи дзеркальним?

6.                Спостереженням на яких телескопах можуть заважати мережі стільникового зв’язку?

7.                Чому в радіотелескопах не буває окуляра?

8.                Які телескопічні спостереження небесних об’єктів можна вести вдень у хмарну погоду?

9.                Навіщо роблять телескопи з дуже великими діаметрами об’єктивів?

10.           Для чого дзеркала телескопів-рефлекторів покривають шаром алюмінію?

11.           Поясніть, чому в оптичний телескоп можна бачити зорі, яких не видно неозброєним оком.

12.           Поясніть, які події чи процеси можна реєструвати за допомогою нейтринних телескопів (гравітаційних телескопів)

13.           Які прилади значно збільшують роздільну здатність і чутливість телескопа?

14.           Під час спостережень на сучасних оптичних телескопах окуляра не використовують, а приймач встановлюють безпосередньо у фокальній площині. Поясніть чому

15.           Опишіть ідеальне місце на поверхні Землі для виконання оптичних астрономічних спостережень

16.           На поверхні якої з планет можна розгледіти найдрібніші деталі під час спостережень із Землі в один і той самий оптичний телескоп?

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1. Навіщо роблять телескопи з дуже великими діаметрами об’єктивів?

2. З якими труднощами зіткнулися астрономи?

Протягом XX ст. прогресивні дослідження в галузі астрономії стикалися із серйозним обмеженням розмірів телескопів. Зазвичай дзеркала для телескопів виготовляли товстими, щоб уникнути деформації відображення на їхній поверхні, але ці дзеркала були дуже важкими. Саме тому телескопи тривалий час були великими, важкими і дорогими пристроями.

3.  Як їм вдалося вирішити цю проблему?

4.  Які досягнення науки, техніки та новітні технології допомогли побудувати використовувати сучасні космічні та наземні телескопи?

5.  Де вони розміщуються і яке місце в цьому займала і займає Україна.

Відповідь на ці запитання і є метою нашого уроку.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

Відео урок:   https://www.youtube.com/watch?v=Lm36fR-rGlU

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.      Застосування в телескопобудуванні досягнень техніки і технологій. Сучасні наземні та космічні телескопи

Сучасні технологічні досягнення в телескопобудуванні дозволили значною мірою усунути ці недоліки. Активна оптика, комп’ютерне управління формою дзеркал телескопа дозволяють використовувати тонкі, легкі, а також гнучкі або сегментовані дзеркала. Також тонкі дзеркала швидше охолоджуються в темряві й забезпечують більш чіткі зображення.

Сучасні комп’ютери здійснили революційний прогрес в конструюванні й управлінні телескопами. Майже всі великі телескопи керуються астрономами і техніками з контрольної кімнати, а деякі навіть можуть використовуватися астрономами, які перебувають за тисячі кілометрів від обсерваторії. Деякі телескопи повністю автоматизовані і здатні здійснювати спостереження взагалі без постійного нагляду. Це надало можливість проводити масштабні спостереження одразу за мільйонами космічних об’єктів і на хвилях різної довжини. Інформацію, що збирають сучасні телескопи, астрономи аналізуватимуть ще впродовж кількох наступних десятиліть.

Високошвидкісні комп’ютери дозволили астрономам будувати нові гігантські телескопи з унікальним дизайном. Європейська Південна обсерваторія побудувала високо у горах Анд, на Півночі Чилі телескоп Very Large Telescope (VLT). Він складається з чотирьох телескоп і веж з комп’ютером, що контролює рух дзеркал діаметром 8,2 м і лише 17,5 см завтовшки. Кожен із чотирьох телескопів може працювати самостійно або поєднувати своє світло з іншими, щоб працювати як єдиний велетенський телескоп.

Італійські та американські астрономи побудували в штаті Аризона (США) Large Binocular Telescope (Великий Бінокулярний телескоп), який тримає пару дзеркал діаметром 8,4 м на одному кріпленні.

Телескоп Gran Telescopio, розташований на вершині вулкана Пік на Канарських островах, тримає сегментоване дзеркало діаметром 10,4 м.

Із початком космічної ери настає новий етап вивчення Всесвіту за допомогою штучних супутників Землі (ШСЗ) та АМС. Космічні спостереження мають суттєву перевагу перед наземними, тому що значна частина електромагнітного випромінювання зір і планет затримується в земній атмосфері.

З одного боку, це поглинання рятує живі організми від смертельного випромінювання в ультрафіолетовій та рентгенівській частинах спектра, але з іншого — воно обмежує потік інформації від світил.

Космічний телескоп «Габбл» американський оптичний телескоп, розташований на навколоземній орбіті з 1990 р. Він є спільним проектом NASA і Європейського космічного агентства (ЄКА). Телескоп названо на честь Едвіна Габбла. Це унікальна багатоцільова орбітальна обсерваторія, найбільша серед запущених у космос у XX ст.

Телескоп є першим апаратом із серії «Великі обсерваторії», за його допомогою здійснено багато важливих спостережень.

Інші видатні космічні телескопи із серії «Великі обсерваторії»: Комптон, Чандра, Спітцер.

2.      Астрономічні Обсерваторії

Астрономічна обсерваторія - це науковий центр, де за допомогою телескопів спостерігають небесні об’єкти.

Перші астрономічні обсерваторії: Паризька (1671 р.), Гринвіцька (1675 р.).

За способом розміщення є як наземні, так і орбітальні обсерваторії.

Зараз астрономічні обсерваторії працюють на всіх материках, їх загальна кількість перевищує 400. Обсерваторії, реєструють та аналізують випромінювання всіх діапазонів — від радіохвиль до гамма променів. Потужні обсерваторії належить сімом країнам. Найбільші серед них:

• Обсерваторія Джеміні (Близнюки), має два восьми метрові телескопи у різних місцях, на Гаваях та в Чилі. Інфрачервоний телескоп Південний Близнюк (Gemini South) розташований на висоті 2740 м в Андах (Чилі), а його брат Північний Близнюк (Gemini North) — на вершині заснулого вулкану Мауна-Кеа, Гаваї.

• Єркська обсерваторія — астрономічна обсерваторія у Чиказькому університеті. У цій обсерваторії встановлено телескоп-рефрактор із діаметром головної лінзи 102 см (40 дюймів), виготовлений Елвіном Кларком; це був найбільший телескоп у світі до створення Маунт-Вілсоновського рефлектора.

• Маунт-Вілсон — астрономічна обсерваторія на горі Вільсон, на північний захід від Лос-Анджелеса, Каліфорнія.

В Україні працює 7 обсерваторій, провідними є Головна астрономічна обсе-рваторія НАН України, Інститут радіоастрономії під Харковом, Кримська астрофізична обсерваторія та інші.

Великий внесок у вивчення Всесвіту зробили також українські вчені: М. П. Барабашов, Ю. М. Кондратюк, М. К. Янгель та багато інших. За їхньою участю були створені перші космічні апарати, які почали досліджувати не тільки навколоземний простір, а й інші планети. Автоматичні міжпланетні станції серії «Луна», «Марс», «Венера» передали на Землю зображення інших планет із такою роздільною здатністю, яка в тисячі разів перевищує можливості наземних телескопів.

Людство вперше побачило навіть панорами чужих світів із дивовижними пейзажами.

На цих АМС була встановлена апаратура для проведення безпосередніх фізичних, хімічних та біологічних експериментів.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.   Які досягнення науки, техніки та новітні технології допомогли побудувати та використовувати сучасні космічні та наземні телескопи?

2.  Які космічні телескопи ви знаєте. Які з них входять до серії Великі телескопи?

3.  Яка обсерваторія вважається найстарішою у світі?

4.  Що ви знаєте про найбільші сучасні обсерваторії: Джеміні, Єрська та Маунт-Вілсонівська.

5.  Які обсерваторії працюють в Україні? Який внесок українських вчених у дослідженні Всесвіту.

6.  Чому сучасні наземні астрономічні обсерваторії як правило, розміщують високо в горах?

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

 Чит. § 35,  с. 241 запитання для самоперевірки №2-4

УРОК № 09  Тема: ПРИНЦИПИ ДІЇ І БУДОВА ОПТИЧНОГО ТА РАДІОТЕЛЕСКОПА, ДЕТЕКТОРІВ НЕЙТРИНО ТА ГРАВІТАЦІЙНИХ ХВИЛЬ. ПРИЙМАЧІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Фронтальне опитування

1.     Які методи використовує сучасна астрономія під час дослідження Всесвіту? Які їх особливості.

2.      Що є основним джерелом інформації про події у космосі?

3.      Чому спостереження у космосі дають більше інформації, ніж наземні телескопи?

4.      За допомогою  яких законів астрономи вимірюють температуру далеких тіл?

5.      Чим пояснюються різноманітні кольори зір?

6.      Чим визначається чутливість ока.

7.      Чому ми можемо розрізнити диск Місяця, хоча кратери на його поверхні – ні?

Повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·          Методи астрофізичних досліджень.

·          Розподіл енергії у спектрі випромінювання

·          Ефект Доплера та його застосування в астрономії

·          Що таке чорне тіло і як воно випромінює? Закони теплового випромінювання.

·          Утворення спектрів небесних тіл.

·          Спектр електромагнітних хвиль — від гамма-променів до радіохвиль.

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1.       Які діапазони шкали електромагнітних хвиль ви знаєте?

2.     Що використовують сучасні люди для спостережень небесної сфери?

3.     Як людство зберігає дані?

Ще стародавні греки візуально неозброєним оком бачили так само як і ми: 6000 зір, 5 планет Сонячної системи, Сонце і Місяць. І найбільш віддалений об’єкт який можна було спостерігатися знаходиться на відстані 2 млн. св. років.

Пройшли роки і людина, завдяки розвитку науки і техніки, змогла набагато розширити межі «видимого» Всесвіту : аматорський телескоп може зафіксувати 100 млн. зірок, а за підрахунками деяких вчених – їх 70 секстильйонів, і це – не межа. Кожного дня ми відкриваємо нові, їх кількість зростає.

 Ми можемо розлядати космічні об’єкти на відстані 15 млрд. св. років.

За допомогою чого це стало можливо? Відповідь на це запитання і є метою нашого уроку.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

переглянь відео:

https://www.youtube.com/watch?v=4_WLz-vWWOY

1.      Телескопи

Оптичний телескоп

1609 року Г. Галілей уперше застосував оптичний телескоп для дослідження небесних тіл і зробив ряд відкриттів (гори на Місяці, супутники Юпітера). Телескоп - це основний прилад в астрономії, призначення якого - зібрати більше світла і збільшити кут зору, під яким спостерігається те чи інше світило.

Основними складовими частинами оптичного телескопа є: об’єктив (збирає світло і будує у фокусі зображення об’єкта), тубус (труба), окуляр (для розгляду зображення, побудованого об’єктивом).

Як працює оптичний телескоп?

Об’єктив будує зображення об’єкта (Місяця, планет) або ділянок зоряного неба у фокальній площині. Окуляр, що виконує роль лупи, дозволяє наблизитися до зображення цього об’єкта і розглядати його під більшим кутом, ніж сам об’єкт. Ще одна важлива властивість телескопа — збільшити кут, під яким ми спостерігаємо небесне тіло.(кутовий діаметр небесного світила). Збільшення (n) телескопа залежить від фокусної відстані об’єктива (F) і фокусної відстані використовуваного окуляра (f):

Оптичні телескопи є лінзові (рефрактори), дзеркальні (рефлектори) та дзеркально-лінзові (меніскові).

У рефракторах об’єктивом є лінза, від розмірів якої залежить якість зображення. Найбільший лінзовий об’єктив має діаметр лише 102 см.

У рефлекторах об’єктивом є сферичне або параболічне дзеркало, від розмірів якого також залежить якість зображення. Для покращення відбивної здатності дзеркала покривають шаром алюмінію. (Перший рефлектор винайшов Ісаак Ньютон – 1668 р.)

Зараз астрономи мають оптичні телескопи з діаметром об’єктива 10 м, триває розробляння проектів більших телескопів, проте їх планують використовувати на орбіті. Земна атмосфера сильно поглинає випромінювання, тому виведення телескопа за межі атмосфери розширило можливості оптичних телескопів.

Телескопи невидимого спектру. Радіотелескопи

В сучасній астрономії використовують, крім оптичних, й інші телескопи: радіотелескопи, ультрафіолетові, інфрачервоні, рентгенівські, гамма-телескопи тощо.

Радіотелескопи - для дослідження радіовипромінювань. Радіохвилі здебільшого без проблем проходять крізь земну атмосферу, і лише деякі з них, які називають короткими, відбиваються від іонізованого шару земної атмосфери. Завдяки цьому можливий зв’язок між радіостанціями, розташованими на протилежних точках планети. Середовище незначною мірою поглинає радіохвилі, тому вивчення Всесвіту в радіодіапазоні дуже інформативне для астрономів. Радіоастрономічні дослідження дозволяють: а) вивчати космічні об’єкти, дослідження яких іншими методами дає дуже обмежені відомості про їх фізичну природу; б) проводити ряд спостережень вдень і в погану погоду, а також орієнтуватися за радіоджерелами; в) радіолокаційними методами можна уточнити відстані до Місяця, планет і Сонця, а також дослідити метеори.

Основними частинами радіотелескопа є антена (параболічне металеве дзеркало, що приймає радіохвилі), опромінювач (пристрій, який збирає радіовипромінювання, направлене на нього дзеркалом) і чутливий приймач.

Існують два типи радіотелескопів – рефлекторні та радіогратки. Принцип дії рефлекторного радіотелескопа такий самий, як і у телескопа-рефлектора, тільки дзеркало для збирання ЕМ хвиль виготовляється з металу. Найбільший в Україні радіотелескоп РT – 70 (Євпаторія) має діаметр 70 м. Найбільший у світі радіотелескоп з параболічною антеною 500 м FAST окрузі Пінтан, провінції Гуйчжоу (Китай) - 2016 р. Радіогратки складаються з великої кількості окремих антен, які розташовані на поверхні Землі у певному порядку. Якщо дивитися зверху, то велика кількість таких антен нагадує літеру «Т». Найбільший  у світі радіотелескоп декаметрового діапазону УТР-2 розташований під Харковом.

Об’єднання кількох радіотелескопів утворюють радіоінтерферометри. В наддалекій радіоінтерферометрії використовують антени, розташовані на великих відстанях (Земля-штучний супутник), що дозволяє значно збільшити їх роздільну здатність до 0,0001” – це в сотні разів перевищує можливість оптичних телескопів.

2. Детектори нейтрино.

Частинки нейтрино утворюються внаслідок деяких видів радіоактивного розпаду, ядерних реакцій, подібних до тих, що відбуваються на Сонці, чи внаслідок зіткнення космічних променів з атомами. Через дуже слабку взаємодію з речовиною нейтрино надає унікальну можливість спостерігати за процесами, які недоступні для досліджень через оптичні телескопи.

Швидкість руху нейтрино є близькою до швидкості світла. Вони відіграють велику роль у перетвореннях елементарних частинок. Маса нейтрино вкрай мала у порівнянні з іншими елементарними частинками, але вона є важливою для пояснення в космології феномену прихованої маси, оскільки, незважаючи на її мале значення, концентрація нейтрино у Всесвіті досить висока, щоб істотно вплинути на середню густину речовини.

Переважна кількість нейтринних детекторів, метою яких є вивчення нейтрино, розташовують глибоко під землею, щоб запобігти впливу на них будь-якого космічного випромінювання та інших джерел природного радіаційного фону. Через слабку взаємодію нейтрино з іншими елементарними частинками, розмір нейтринного детектора має бути дуже великим та здатним уловити значну кількість нейтринних частинок.

Однією з найвідоміших обсерваторій, що спеціалізується на виявленні нейтрино, є обсерваторія Супер-Каміоканде в Японії. В ній знаходяться так звані водяні детектори нейтрино, у яких використовують звичайну воду Н2O або важку воду D2O (кожний атом Гідрогену тут містить, окрім протона, додатковий нейтрон). Принцип роботи водяних детекторів такий. Нейтрино, проходячи крізь товщу звичайної води, збуджує електрони в молекулах Н2O або реагує з нейтроном молекули D2O з утворенням протона й електрона. Надлишок енергії швидко висвічується (відомий з фізики ефект черенковського випромінювання). Реєстрація цього випромінювання дає змогу не тільки підрахувати кількість нейтрино, які взаємодіють з речовиною детектора за одиницю часу, а ще й вказати напрямок руху нейтрино, а отже, встановити напрямок на джерело цього випромінювання.

3. Детектори гравітаційних хвиль.

Новітньою галуззю спостережної астрономії є гравітаційно-хвильова астрономія, що використовує гравітаційні хвилі (найдрібніші викривлення простору-часу, передбачені загальною теорією відносності Айнштайна) для спостережень та збору даних про нейтронні зорі й чорні діри, про вибухи Наднових, а також для дослідження інших процесів у космосі.

Безпосередня реєстрація гравітаційних хвиль є досить складною через слабкість гравітаційної взаємодії між зорями (вона майже на 40 порядків слабша електромагнітної), тому гравітаційні хвилі спричиняють дуже мале викривлення простору.  Вони викликають надзвичайно слабку періодичну зміну відстаней між пробними частинками. 11 лютого 2016 року було оголошено про експериментальне відкриття гравітаційних хвиль. Приладом для їх реєстрації є детектор гравітаційних хвиль.

Детектор гравітаційних хвиль (гравітаційний телескоп) — пристрій, призначений для реєстрації гравітаційних хвиль. Оскільки, гравітаційна хвиля, проходячи через певний розподіл мас, спричиняє в ньому збурення сили тяжіння. Тому найпростішим детектором гравітаційних хвиль можуть бути дві кулі, з’єднані пружиною. Якщо на них перпендикулярно до осі, що з’єднує центри куль, падає гравітаційна хвиля, то відстань між кулями буде позмінно збільшуватися і зменшуватися.

Нині розроблено твердотільні гравітаційні антени другого покоління, у яких п’ятитонні алюмінієві циліндри охолоджуються до 2 К, а датчики здатні реєструвати амплітуди коливань до 2 10-17 см. У США введено в дію велику лазерно-інтерференційну гравітаційно-хвильову обсерваторію ЛІГО (LIGO), один інтерферометр якої з базою 4 км встановлено у штаті Луїзіана, другий з такою самою базою - у штаті Вашингтон. Інструменти об’єднані за допомогою комп’ютерної мережі. Є плани будівництва великих інтерферометрів для цієї самої мети і в інших країнах, а також встановлення супутникових гравітаційних антен, у яких база досягала б сотень мільйонів кілометрів.(eLISA – 2034 рік введення в експлуатацію)

Вважають, що вивчення гравітаційних хвиль допоможе пролити світло на історію Всесвіту і не тільки.

 З 1958 р. американець Джозеф Вебер (1919-2000) намагався зареєструвати гравітаційні хвилі за допомогою детектора. Це був алюмінієвий циліндр завдовжки 1,54 м, та діаметром 0,6 м і масою 1,5 т, підвішений на спеціальній тонкій нитці в рамі зі сталевих блоків і поміщений у вакуумну камеру, оточену чутливими акустичними фільтрами. Розтяг і стиск циліндра під дією гравітаційної хвилі датчики можуть реєструвати з надзвичайною точністю. Щоб уникнути похибок, пов’язаних, наприклад, з коливанням земної кори або електричним розрядом в атмосфері, Вебер встановив два аналогічні детектори на відстані 1000 км. Система реєструє лише ті сигнали, початки яких збігаються з точністю до 0,2 с. Ці детектори і справді впродовж багатьох місяців реєстрували в середньому один імпульс на кожні п’ять діб. Однак дотепер жодна інша лабораторія цього не підтвердила, і природа сигналів, які зареєстрував Вебер, залишається нез’ясованою.

4. Електронні прилади реєстрації випромінювання космічних світил

Якщо замість окуляра розмістити фотопластинку, то зображення буде зафіксоване на тривалий час. Створено фотоемульсії, здатні реєструвати випромінювання в різних діапазонах електромагнітного спектра. Електронні прилади для реєстрації випромінювання космічних світил значно збільшують роздільну здатність і чутливість телескопів. До них належать фотопомножувачі та електронно-оптичні перетворювачі, дія яких ґрунтується на явищі зовнішнього фотоефекту. За допомогою фотоелектронних помножувачів (ФЕП) потік фотонів від небесного світила можна перетворити в електричний струм. Електронно-оптичні перетворювачі (ЕОП) здатні невидиме інфрачервоне випромінювання перетворити у видиме світло.

Наприкінці ХХ ст. для отримання зображень почали використовувати прилади зарядового зв’язку (ПЗЗ), у яких використовується явище внутрішнього фотоефекту. Вони складаються з маленьких кремнієвих елементів, що розташовані на невеликій площі. Матриці ПЗЗ використовують не тільки в астрономії, а й у домашніх телекамерах і фотоапаратах — так звані цифрові системи для отримання зображення. ПЗЗ значно збільшують чутливість приймачів ЕМ, що дає змогу реєструвати космічні об’єкти в десятки разів слабкіші ніж при фотографуванні.

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.                 Телескопічна ера в астрономії розпочалась у...

2.                Як називається телескоп, об’єктивом якого є лінза?

3.                Як називається оптичний телескоп, у якому об’єктивом є дзеркало?

4.                Чим відрізняються телескопи-рефлектори від телескопів-рефракторів?

5.                Спостереженням на яких телескопах можуть заважати мережі стільникового зв’язку?

6.                Чому в радіотелескопах не буває окуляра?

7.                Навіщо роблять телескопи з дуже великими діаметрами об’єктивів?

8.                Поясніть, чому в оптичний телескоп можна бачити зорі, яких не видно неозброєним оком.

9.                Поясніть, які події чи процеси можна реєструвати за допомогою нейтринних телескопів (гравітаційних телескопів)

10.           Які прилади значно збільшують роздільну здатність і чутливість телескопа?

11.           Під час спостережень на сучасних оптичних телескопах окуляра не використовують, а приймач встановлюють безпосередньо у фокальній площині. Поясніть чому

12.           Опишіть ідеальне місце на поверхні Землі для виконання оптичних астрономічних спостережень

Рефлексія

§   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати § 35, с.235-240  

Запитання для самоперевірки С. 241

Завдання для дискусії ,  виявляємо предметну компетентність  (С.241 )

Підготувати повідомлення, буклети, бюлетені, презентації на одну із тем:

·          Г. Галілей — засновник телескопічної астрономії.

·          Телескопи минулого, сучасного та майбутнього.

·          Сучасні наземні та космічні телескопи

УРОК № 08

Тема: ВИПРОМІНЮВАННЯ НЕБЕСНИХ ТІЛ. МЕТОДИ АСТОРОНОМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ (СПОСТЕРЕЖЕНЬ).

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

ФРОНТАЛЬНЕ ОПИТУВАННЯ

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1.       Які діапазони шкали електромагнітних хвиль ви знаєте?

2.     Що  використовували стародавні люди для спостережень небесної сфери?

3.     Як визначити наближається до нас небесне тіло, чи віддаляється? Якщо наближається, чи досягне воно Землі?

Ще стародавні греки візуально неозброєним оком бачили так само як і ми: 6000 зір, 5 планет Сонячної системи, Сонце і Місяць. І найбільш віддалений об’єкт який можна було спостерігатися знаходиться на відстані 2 млн. св. років.

Пройшли роки і людина, завдяки розвитку науки і техніки, змогла набагато розширити межі «видимого» Всесвіту : аматорський телескоп може зафіксувати 100 млн. зірок, а за підрахунками деяких вчених – їх 70 секстильйонів, і це – не межа. Кожного дня ми відкриваємо нові, їх кількість зростає.

 Ми можемо розлядати космічні об’єкти на відстані 15 млрд. св. років.

За допомогою чого це стало можливо? Відповідь на це запитання і є метою нашого уроку.

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Методи астрономічних досліджень (спостережень). Астрономічні спостереження неозброєним оком

В основі астрономії лежать спостереження. Астрономи спостерігають за тими процесами, які відбуваються в далеких світах і аналізують отримані результати. Ми спостерігаємо своєрідні явища в часі та бачимо таке далеке минуле Всесвіту, коли ще не існувала не тільки наша цивілізація, але навіть не було Сонячної системи.  До того ж за допомогою автоматичних міжпланетних станцій (АМС) астрономи проводять справжні фізичні експерименти як на поверхні інших космічних тіл, так і в міжпланетному просторі. Астрономічні спостереження здійснюються як у астрономічних обсерваторіях за допомогою різноманітних телескопів, так і неозброєним оком.

До 1609 року всі небесні тіла вивчали неозброєним оком. Око людини є унікальним органом чуття, за допомогою якого ми отримуємо 90% інформації про навколишній світ. Оптичні характеристики ока визначаються роздільною здатністю та чутливістю.

Роздільна здатність ока, або гострота зору, - це спроможність розрізняти об’єкти певних кутових розмірів. Роздільна здатність ока людини не перевищує 1’(α . Ми розрізняємо диски Сонця і Місяця бо кутовий діаметр 30’, у той час кутові діаметри планеті і зір менші за 1’, тому ми бачимо їх як яскраві точки.

Чутливість ока визначається порогом сприйняття окремих квантів світла. Найбільшу чутливість око має у жовто-зеленій частині спектру. В астрономії чутливість ока можна визначити за допомогою так званих видимих зоряних величин, які характеризують яскравість небесних світил. Чутливість ока залежить від діаметра зіниці – у темряві зіниці розширюються, а в день звужуються. Тому перед астрономічними спостереженнями потрібно 5 хв посидіти у темряві, тоді чутливість ока збільшиться.

2. Астрономія – всехвильова наука

Сучасна Астрономія - це всехвильова наука, яка досліджує небесні світила не тільки в оптичному діапазоні (видиме людським оком світло з довжиною хвиль від 390 до 760 нм), а й в інших діапазонах електромагнітних хвиль: радіохвилі (довжина від 0,01 см до 30 м), інфрачервоні промені (760 нм - 1 мм), ультрафіолетове випромінювання (30 нм - 380 нм), рентгенівське випромінювання (0,01 нм - 30 нм) та гамма-випромінювання (менше 0,01 нм).

Світло – це електромагнітні хвилі оптичного діапазону, щоб побачити решту діапазону, потрібно спеціальне обладнання. У дослідженні природи небесних тіл велику увагу приділяють вивченню їхнього електромагнітного випромінювання. Небесні тіла, залежно від свого фізичного стану, випромінюють та поглинають електромагнітні хвилі різної довжини: Сонце та зорі - електромагнітні хвилі різноманітної довжини; планети та їхні супутники відбивають сонячне світло й самі випромінюють інфрачервоні промені й радіохвилі; розріджені газові туманності випромінюють електромагнітні хвилі чітко визначеної довжини. Земна атмосфера найкраще пропускає видиме світло, радіохвилі короткого діапазону, частину інфрачервоного випромінювання. Це випромінювання досліджується безпосередньо із поверхні Землі за допомогою оптичних телескопів (видиме світло) та радіотелескопів. Згубне для життя ультрафіолетове, рентгенівське та гамма випромінювання поглинається атмосферою. Тому, деякі дослідження проводять за межами атмосфери (аеростати, штучні супутники Землі, орбітальні обсерваторії, АМС спрямованих до інших планет Сонячної системи).

3.       Чорне тіло. Спектральний аналіз.

Як відомо з курсу фізики, атоми можуть випромінювати або поглинати енергію електромагнітних хвиль різної частоти — від цього залежать яскравість і колір того чи іншого тіла. Для розрахунку інтенсивності випромінювання вводиться поняття чорного тіла, яке може ідеально поглинати й випромінювати електромагнітні хвилі в діапазоні всіх довжин хвиль. (неперервний спектр). Завдяки законам, які були відкриті з допомогою чорного тіла, астрономи вимірюють температуру далеких космічних світил. Наприклад, зорі випромінюють електромагнітні хвилі різної довжини λ, але в залежності від температури поверхні найбільше енергії припадає на певну частину спектра ., від цієї довжини хвилі, в якій тіло випромінює найбільше енергії, залежить, якого кольору буде зоря — від червоного до синього. При чому, чим менша довжина хвилі, тим більшою буде температура. Тому найвищу температуру мають сині та фіолетові зорі, а найнижчу – червоні.

 Завдяки законам, які були відкриті з допомогою чорного тіла та спектру було створено метод спектрального аналізу — тонкий метод вивчення об’єкта, заснований на вивченні властивостей випромінювання (зокрема, світла), що йде від нього. Метод було запропоновано 1859 р. Г. Кірхгофом і Р. Бунзеном.

 Метод спектрального аналізу дав змогу встановити основні фізичні хактеристики небесних тіл: температуру, хімічний склад, наявність магнітного поля тощо.

Крім спектру та ЕМ хвиль, важливу інформацію про небесні тіла доносять до нас потоки космічних променів (головним чином протони) та нейтрино (частинки, що не мають заряду, мають велику проникну здатність і майже не взаємодіють з речовиною).

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.      Які методи використовує сучасна астрономія під час дослідження Всесвіту? Які їх особливості.

2.      Що є основним джерелом інформації про події у космосі?

3.      Чому спостереження у космосі дають більше інформації, ніж наземні телескопи?

4.      За допомогою  яких законів астрономи вимірюють температуру далеких тіл?

5.      Чим пояснюються різноманітні кольори зір?

6.      Чим визначається чутливість ока.

7.      Чому ми можемо розрізнити диск Місяця, хоча кратери на його поверхні – ні?

Рефлексія

§   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

 виконати ТЕСТ !  join.naurok.ua Код доступу 8317024

або перейдіть за посиланням

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=8317024

завдання необхідно виконати до  3 листопада 18:00 год

будьте уважні : тільки одна спроба проходження, запитання  та варіанти відповідей

перемішані, обмежений час проходження до 30 хв.

Конспект.,  Підготувати повідомлення на одну із тем:

·          Методи астрофізичних досліджень.

·          Розподіл енергії у спектрі випромінювання

·          Ефект Доплера та його застосування в астрономії

·          Що таке чорне тіло і як воно випромінює? Закони теплового випромінювання.

·          Утворення спектрів небесних тіл.

·          Спектр електромагнітних хвиль — від гамма-променів до радіохвиль.

УРОК № 07   ТЕМА: ВИДИМИЙ РУХ СОНЦЯ. ВИДИМІ РУХИ МІСЯЦЯ ТА ПЛАНЕТ

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Визначте вигляд зоряного неба в дату свого дня народження.

2. Визначте положення Сонця у свій день народження (сузір’я).

3. Визначте час сходу і заходу Сонця у свій день народження, а також тривалість дня.

4.  Визначте координати зір 𝛼 Орла (Альтаїр) 𝛼 Діви (Спіка)

5. Визначте, у який час зоря сходить та заходить у день вашого народження.

( За бажанням учня)

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1.      Які небесні явища виникають внаслідок обертання Землі навколо Сонця? Як це довести?

2.      Скільки сузір'їв зодіаку? Під яким сузір'ям народилися ви?

3.      З чим пов’язана зміна пір року у середніх широтах? В які дні, у нашій місцевості найкоротший та найдовший день?

4.      Як змінюється зовнішній вигляд Місяця? Від чого це залежить та як часто це відбувається?

5.      Яке явище описано в уривку повісті о Полку Ігоревім:

Глянув Ігор на ясне сонце

Та й побачив — військо тьма покрила

За яких умов воно настає?

6. Як на небесній сфері відрізнити планети від зірок? Де їх потрібно шукати?

7.  Коли і які планети найкраще спостерігати?

Вашій увазі уривок з книги Каміла Фламмаріона “Популярна астрономія”: «За всіх часів і у всіх народів сонячні і місячні затемнення поряд з кометами вважалися провісниками великого нещастя – голоду, війни, чуми і т.д. Христофор Колумб дуже спритно скористався місячним затемненням, настання якого було йому відомо за обчисленнями, щоб придушити повстання жителів Ямайки проти іспанських завойовників. Колумб зі своїм нечисленним загоном був на волосину від загибелі: тубільці перестали йому коритися і відмовилися доставляти їстівні припаси. Тоді Колумб оголосив остров'янам, що якщо вони не скоряться, то він позбавить їх місячного світла. Тубільці спочатку недовірливо поставилися до погрози, але коли помітили, що вона приводиться у виконання (затемнення тільки почалося), вони увірували у надприродну владу білої людини і, упавши перед ним на коліна, стали благати його повернути їм зникле світило.»

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Видимий рух Сонця. Пори року

У результаті руху Землі по своїй орбіті спостерігачеві на Землі здається, що Сонце постійно переміщається по небесній сфері відносно нерухомих зір. Правда, спостерігати рух Сонце відносно зір неможливо, тому що зір у денний час не видно.

Як довести рух Сонця відносно зір?

Перерахуємо деякі переконливі факти про переміщення Сонця відносно зір:

1. У різний час року опівночі видно різні зорі.

2. Меридіональна висота Сонця протягом року змінюється.

3. Змінюється тривалість дня і ночі.

Видимий річний рух Сонця вздовж екліптики пролягає серед дванадцяти (тринадцяти) сузір’їв, розміщених у границях поясу приблизно 16°. Стародавні астрологи назвали цей пояс сузір’їв Зодіаком, а сузір’я – зодіакальними. Знаки зодіаку відлічують від точки весняного рівнодення (^) на схід. В кожний знак зодіаку має своє позначення і в кожному з них Сонце перебуває приблизно місяць.

21 березня Сонце перебуває у точці весняного рівнодення. На всіх широтах Сонце сходить у точці сходу Е і заходить у точці заходу W. Тривалість дня і ночі однакова. У Північній півкулі починається астрономічна весна.

22 червня у Північній небесні півкулі Сонце найдалі відходить від лінії небесного екватора (найвище над горизонтом). У Північній півкулі Землі починається астрономічне літо, тривалість дня найбільша, а ночі – найменша. Цей день називають днем літнього сонцестояння.

23 вересня день осіннього рівнодення. Тривалість дня і ночі однакова. У Північній півкулі настає астрономічна осінь.

22 грудня, день зимового сонцестояння, Сонце найдалі відходить від небесного екватора, але у Південній півкулі. Це - початок астрономічної зими. Тривалість дня найменша, а ночі – найбільша у році.

Насправді рівнодення наступає весною наступає трохи раніше, а восени-пізніше.

Причини: 1) початок дня відлічується за моментом, коли верхній край Сонця торкається горизонту на сході і кінець дня за моментом коли Сонце зникає за горизонтом на заході, а не за центром сонячного диска.

2) Атмосферна рефракція(заломлення променів) внаслідок якої вранці Сонце сходить раніше, а заходить пізніше.

Початок і закінчення дня відбувається тоді, коли Сонце знаходиться приблизно на 1° нижче під горизонтом. Тому в середньому тривалість дня більша на 10 хвилин.

На різних широтах тривалість дня і ночі відрізняється. На північному полюсі Землі, Сонце приблизно півроку не заходить і півроку не сходить. Біля 21 березня Сонце тут сходить (настає полярний день) і 23 вересня зникає під горизонтом (настає полярна ніч). Для спостерігача на південному полюсі добовий рух, відбувається подібним чином, тільки, Сонце сходить 23 вересня , а заходить 21 березня, коли на північному полюсі ніч, то на південному – день і навпаки. Поблизу полюсів (φ = 66°33’ до φ= ) Сонце може бути світилом, що сходить і не заходить. Полярний день і ніч тут можуть тривати від 24 годин до півроку. Місця де полярний день і ніч тривають 24 години– називають полярними колами.

В середніх широтах (φ = 23°27’  ) Сонце щодня сходить і заходить, але ніколи не буває у зеніті. Тривалість дня і ночі менша за 24 години.

У гарячому поясі (φ = 23°27’ ) Сонце також сходить та заходить, двічі на рік, опівдні буває у зеніті (у різних місцях – в різні дні року). У тропіках, Сонце у зеніті, у дні зимового та літнього сонцестоянь. На екваторі день і ніч однакові протягом року.

Оскільки впродовж року вісь добового обертання Землі не змінює свого напрямку у просторі, промені на земну поверхню в одних і тих же широтах падають під різними кутами. Цим обумовлена зміна пір року на Землі.

2. Видимий рух Місяця

Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, який Земля обертається навколо своєї осі. Через 27,3 доби Місяць повертається до тієї самої точки, описавши па небесній сфері повне коло. Інтервал часу, за який Місяць здійснює повний оберт навколо Землі відносно зір, називається зоряним або сидеричним місяцем.

Поверхня Місяця світиться відбитим сонячним світлом, тому його зовнішній вигляд, який ми називаємо фазами, змінюється, залежно від того, яке положення Місяць займає відносно Сонця. Інтервал часу між двома однойменними фазами Місяця називається синодичним місяцем.

Однакові фази Місяця повторюються через кожні 29,5 діб, але настають вони в різних точках місячної орбіти. Це зумовлено тим, що за 27,3 доби Місяць здійснює один оберт навколо Землі, але Земля за цей час перемісіться на орбіті відносно Сонця.

Щоб зайняти те саме положення відносно Сонця, Місяць повинен рухатися ще 2.25 доби.

Розрізняють чотири найголовніші фази Місяця: молодик або новий Місяць, перша чверть, повний Місяць. третя (остання)чверть або старик.

Молодий місяць можна спостерігати ввечері після заходу Сонця, а старий вранці перед сходом Сонця у вигляді букви С.

Земля і Місяць, освітлені Сонцем, відкидають конуси тіні (що сходяться) і конуси півтіней (що розходяться). Коли Місяць потрапляє в тінь Землі, відбувається затемнення Місяця. І навпаки, коли тінь від Місяця потрапляє на поверхню Землі, відбувається затемнення Сонця.

Там, де на Землю падає півтінь Місяця, спостерігається часткове затемнення Сонця. Оскільки відстань від Місяця до Землі, внаслідок еліптичної орбіти, змінюється, то іноді вершина конуса тіні не досягає поверхні Землі. У цьому випадку спостерігається кільцеподібне затемнення Сонця.

Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною екліптики, затемнення Місяця і Сонця спостерігалися б кожного синодичного місяця. Але вона перетинає площину екліптики під кутом 5°, тому Місяць може пройти або вище, або нижче диска Сонця чи конуса тіні Землі. Місячне або сонячне затемнення може відбутися тоді, коли Місяць перебуває на орбіті поблизу екліптики. Кожного року може бути як мінімум два сонячних затемнення, а за сприятливих обставин навіть п’ять. Місячне затемнення протягом року може й не відбутися. Максимальна їх кількість— три. Послідовність затемнень повторюється приблизно через 18 років. Протягом цього періоду відбувається 43 сонячних і 25-29 місячних затемнень.

3. Петлеподібний рух планет

Неозброєним оком можна побачити п’ять планет — Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн. Планету за зовнішнім виглядом не легко відрізнити від зорі, тим більше, що вона не завжди буває значно яскравіше за неї. Планети належать до тих світил, які не тільки беруть участь у добовому обертанні небесної сфери, але ще й зміщуються на тлі зодіакальних сузір’їв. Саме це є причиною того, що планет, як і Сонця, немає на зоряних картах. Проте, на відмінну від Сонця і інших світил, планети під час спостереження добового обертання зоряного неба, рухаються дивно: то зі сходу на захід, то із заходу на схід( зворотній рух), причиною цього «дивацтва» є те, що на рух планети навколо Сонця накладається ще й рух Землі по своїй орбіті. Моменти зміни напряму називаються стояннями. Якщо нанести цей шлях на карту, вийде петля. Це пояснюється тим, що ми спостерігаємо рух планет не з нерухомої Землі, а із Землі, що обертається навколо Сонця. Рух всіх планет Сонячної системи можна спостерігати на небесній сфері, поблизу екліптики.

4.      Конфігурації планет

Положення, яке займає планета відносно Сонця і Землі називають конфігурацією планети.

По відношенню до орбіти і умов видимості із Землі планети поділяються на внутрішні (нижні) (Меркурій, Венера) і зовнішні (верхні)(Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун).

Внутрішні планети не дуже відхиляються від Сонця, тому на небі неозброєним оком їх можна спостерігати лише після його заходу або  перед сходом. Меркурій і Венера перебувають на небі в тих же сузір’ях, що й Сонце, або в сусідніх. При цьому вони можуть спостерігатися як на захід, так і на схід від нього, але не далі, ніж на 28° - для Меркурія, та 48° - для Венери.

Найбільше кутове відхилення планети від Сонця на схід називають східною елонгацією, на захід – західною елонгацією.(від лат. elongation – відхилення).

Внутрішні планети видно на заході у променях вечірної заграви, після заходу Сонця (східна елонгація). Потім переміщаючись зі сходу на захід планета починає наближатися до Сонця, ховається в його променях, і стає невидимою. В цей час планета проходить між Землею і Сонцем і настає її нижнє сполучення із Сонцем. Через деякий час, планета знову стає видимою, але вже на сході, у променях ранкової заграви, незадовго до сходу Сонця (західна елонгація). Продовжуючи переміщення зворотнім рухом, планета досягає найбільшої західної елонгації, зупиняється на деякий час і продовжує вже прямий рух у напрямку Сонця, де незабаром зникає у його променях. В цей час воно проходить за Сонцем, і відбувається її верхнє сполучення. Потім вона стає видимою на заході у променях вечірньої заграви. Далі цикл повторюється.

Зовнішні планети (Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун) можна побачити після заходу Сонця, під час їхнього прямого руху із заходу на схід. Оскільки швидкість Землі по орбіті (видима швидкість руху Сонця) більша за швидкість планети, кутова відстань між ними зменшується і планета перестає бути видимою. Настає сполучення (Земля, Сонце і планета на одній лінії). Коли Сонце обжене планету, вона стає видимою перед сходом Сонця. З кожним днем кутова відстань між планетою і Сонцем збільшується. Рух планети в цей час прямий. Поступово її видиме переміщення зменшується, вона зупиняється (настає стояння) і планета переходить на зворотній рух зі сходу на захід. Коли Сонце і планета розташовуються в діаметрально протилежних зодіакальних сузір’ях – це положення називають протистоянням(планету видно над горизонтом усю ніч). Через кілька діб зворотній рух планети сповільнюється, планета знову зупиняється (стояння) і переходить на прямий рух із заходу на схід. Цикл повторюється.

Для верхніх планет є ще дві особливі точки: східна квадратура  - розташування планети на 90° на схід від Сонця ( видно після заходу Сонця) та західна квадратура - 90° на захід від Сонця (видно перед сходом Сонця).

Найкращі умови для спостереження нижніх планет – елонгації, для верхніх – протистояння планет.

Рух кожної планети характеризується її зоряним або сидеричним періодом T – часом, протягом якого планета робить повний оберт навколо Сонця.(для землі T=1 рік). Сидеричні періоди для нижніх планет < 1 року, для верхніх >1 року.

Проміжок часу між двома послідовними однаковими конфігураціями планети називають її синодичним періодом обертання S.

Сидеричний і синодичні періоди обертання пов’язані співвідношенням

«+» - для нижніх планет, «-»для верхніх планет, =1 рік = 365,25 доби.

VI. Самостійна робота

1.                Явище сонцестояння відбувається…

Взимку і влітку

2.                Скільки сузір’їв перетинає Сонце протягом року?

13

3.                Яка із планет Сонячної системи віддаляється на найменшу кутову відстань від Сонця при спостереженнях із Землі?

Меркурій.

4.                Чому дні рівнодення мають такі назви?

В ці дні Сонце рівномірно освітлює земні півкулі – день дорівнює ночі на всій планеті. Ці дні настають восени і навесні.

5.                Коли в середньому Місяць перебуває ближче до Сонця: під час сонячного затемнення чи місячного?

Під час сонячного затемнення.

6.                Як визначають сузір’я, у якому перебуває Сонце, адже при цьому зір цього сузір’я не видно?

Визначити, яке зодіакальне сузір’я кульмінує опівночі і тоді в діаметрально протилежному сузір’ї зодіаку буде знаходитися Сонце. В тих сузір’ях, які кульмінують опівночі, Сонце буде перебувати приблизно через півроку.

7.                Поясніть, як місячні затемнення вказують на сферичну форму Землі.

При входженні Місяця в тінь Землі, край тіні Землі рухається по поверхні Місяця. Форма тіні відповідає формі тіні, яку відкидає об’єкт. Оскільки край тіні має округлу форму, то і Земля має вигляд округлої форми.

8.                Знаючи, що із Землі видно лише один бік Місяця, поясніть, яке співвідношення між періодом обертання Місяця навколо Землі  та його періодом обертання навколо осі.

Період обертання Місяця навколо Землі дорівнює періоду обертання навколо осі. Таке обертання називається синхронним.

9.                Іноді ми можемо спостерігати проходження Меркурія по диску Сонця. Чому ми не можемо спостерігати проходження Марса по диску Сонця?

Ми не можемо спостерігати проходження Марсу по диску Сонця, бо Марс – зовнішня планета.

10.           Чому Місяць добре видно під час повного місячного затемнення, а Сонця не видно під час повного сонячного затемнення?

Під час місячного затемнення, Місяць попадає в тінь Землі. Оскільки Земля має атмосферу, сонячні промені розсіяні нею (всі окрім червоного) досягають поверхні Місяця і він набуває забарвлення різних відтінків червоного.

Під час повного сонячного затемнення, Місяць повністю закриває Сонце, стає на одній лінії між Сонцем і Землею.

11.           У якому випадку, ми можемо спостерігати без допомоги оптичних приладів рух планети Меркурій опівдні?

Під час проходження Меркурія по диску Сонця у вигляді чорної цяточки

Під час повного сонячного затемнення

12.           Під час великого протистояння Землі і Марса експедиція прибула на Марс у районі екватора планети. Уночі два астронавти вийшли на поверхню. «Дивись, як сяє наша Земля , - казав один. – Вона найяскравіша на марсіанському небі». Чи відповідали б дійсності ці слова, якби така експедиція відбулася насправді? Відповідь поясніть.

Під час великого протистояння вночі із поверхні Марса побачити Землю неможливо, адже Земля знаходиться між Сонцем і Марсом, а нічна половина повернута від Сонця.

Рефлексія

§   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Прочитати § 30,31 

Виявляємо предметну компетентність С.219,

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·          Видимі рухи Місяця та планет

·          Сонячні та місячні затемнення.

Практична робота№2

Тема: Візуальні(телескопічні) спостереження Місяця

Мета: Навчитися знаходити на Місяці найпомітніші деталі його поверхні, спостереження рельєфу Місяця, його руху серед зір, повторне знаходження розглянутих раніше сузір’їв, видимих утворень на диску Місяця.

Обладнання: Телескоп чи бінокль, карта поверхні Місяця.

Хід роботи

Спостереження за поверхнею Місяця найкраще проводити поблизу фази першої чверті.

намалюйте поверхню місяця, позначте шукані місця.

https://vseosvita.ua/library/embed/01007r9a-09f3.docx.html

1. Знайдіть, якщо це можливо, на поверхні Місяця:

— океан Бур;

— моря (Криз, Достатку, Спокою, Ясності, Нектару, Дощів);

— кратери (Коперніка, Архімеда, Птоломея, Клавій, Тіхо, Платона);

— гори (Кавказ, Апенніни).

2. Зробіть висновок

Домашне завдання: доробити  практичну роботу№2, відправити на н.з не пізніше 13.10

УРОК № 5     ТЕМА: Закони руху планет. Видимий рух небесних світил

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

ФРОНТАЛЬНЕ ОПИТУВАННЯ (самостійно поміркуй , та перевір себе)

Видимий рух Сонця

1.       Явище сонцестояння відбувається… Взимку і влітку

2.       Скільки сузір’їв перетинає Сонце протягом року? 13

3.       Чому дні рівнодення мають такі назви?

В ці дні Сонце рівномірно освітлює земні півкулі – день дорівнює ночі на всій планеті. Ці дні настають восени і навесні.

4.       Як визначають сузір’я, у якому перебуває Сонце, адже при цьому зір цього сузір’я не видно?

Визначити, яке зодіакальне сузір’я кульмінує опівночі і тоді в діаметрально протилежному сузір’ї зодіаку буде знаходитися Сонце. В тих сузір’ях, які кульмінують опівночі, Сонце буде перебувати приблизно через півроку.

Спробуй самостійно дати відповідь

5.       Який проміжок часу між верхньою та нижньою кульмінацією Сонця?

6.       Відомо, що кожна зоря на небі належить до одного із сузір’їв. До якого сузір’я належить Сонце?

7.       Що є причиною видимого зміщення Сонця відносно зір?

8.       Відомо, що в річному русі Землі навколо Сонця її вісь обертання не змінює свого напряму в просторі. Якими спостереженнями можна це довести?

Видимий рух Місяця

1.       Коли в середньому Місяць перебуває ближче до Сонця: під час сонячного затемнення чи місячного?

Під час сонячного затемнення.

2.       Поясніть, як місячні затемнення вказують на сферичну форму Землі.

При входженні Місяця в тінь Землі, край тіні Землі рухається по поверхні Місяця. Форма тіні відповідає формі тіні, яку відкидає об’єкт. Оскільки край тіні має округлу форму, то і Земля має вигляд округлої форми.

3.       Знаючи, що із Землі видно лише один бік Місяця, поясніть, яке співвідношення між періодом обертання Місяця навколо Землі  та його періодом обертання навколо осі.

Період обертання Місяця навколо Землі дорівнює періоду обертання навколо осі. Таке обертання називається синхронним.

4.       Чому Місяць добре видно під час повного місячного затемнення, а Сонця не видно під час повного сонячного затемнення?

Під час місячного затемнення, Місяць попадає в тінь Землі. Оскільки Земля має атмосферу, сонячні промені розсіяні нею (всі окрім червоного) досягають поверхні Місяця і він набуває забарвлення різних відтінків червоного.

Під час повного сонячного затемнення, Місяць повністю закриває Сонце, стає на одній лінії між Сонцем і Землею.

Спробуй самостійно дати відповідь

5.    Чи можна бачити всю поверхню Місяця під час спостережень із Землі?

6.       Поясніть за допомогою малюнка, чому Місяць у фазі першої чверті видно звечора.

7.       Більшим чи меншим за діаметр Місяця є розмір кругової тіні від Місяця на поверхні Землі під час повного Сонячного затемнення? Відповідь поясніть.

8.       Поясніть у які періоди року частіше в середньому відбуваються не повні сонячні затемнення, а кільцеподібні.

Видимі рухи планет

1.       Яка із планет Сонячної системи віддаляється на найменшу кутову відстань від Сонця при спостереженнях із Землі? Меркурій.

2.       Іноді ми можемо спостерігати проходження Меркурія по диску Сонця. Чому ми не можемо спостерігати проходження Марса по диску Сонця?

Ми не можемо спостерігати проходження Марсу по диску Сонця, бо Марс – зовнішня планета.

3.       У якому випадку, ми можемо спостерігати без допомоги оптичних приладів рух планети Меркурій опівдні?

Під час проходження Меркурія по диску Сонця у вигляді чорної цяточки

Під час повного сонячного затемнення

4.       Під час великого протистояння Землі і Марса експедиція прибула на Марс у районі екватора планети. Уночі два астронавти вийшли на поверхню. «Дивись, як сяє наша Земля , - казав один. – Вона найяскравіша на марсіанському небі». Чи відповідали б дійсності ці слова, якби така експедиція відбулася насправді? Відповідь поясніть.

Під час великого протистояння вночі із поверхні Марса побачити Землю неможливо, адже Земля знаходиться між Сонцем і Марсом, а нічна половина повернута від Сонця.

Спробуй самостійно дати відповідь

5.       Яку планету здавна називали ранковою зіркою або вечірницею? Чому?

6.       Які планети можна побачити неозброєним оком? Як їх відрізнити від зірок при їх спостереженнях довгий час?

7.       Планет видно на відстані 100° (48°)  від Сонця. Яка це планета: внутрішня чи зовнішня?

8.       Яка конфігурація найкраща для спостереження Марсу (Меркурія)?

9.       У протистоянні можуть спостерігатися такі планети…

10.   У сполученні можуть перебувати такі планети…

11.   Чому Меркурій важко побачити на небі, хоча він буває яскравішим ніж Сиріус?

12.   Коли Юпітер видно на небі цілу ніч?

13.   Які конфігурації не існують, а вигадані автором?

А) західна квадратура

Б) північна квадратура

В) верхнє протистояння

Г) нижнє протистояння

Д) південна елонгація

Е) верхнє проходження.

14. Якщо планета знаходиться в протистоянні, чи видно її на небі ввечері, після настання темряви? Чи видно її перед ранком, до світання?

15. Ми спостерігаємо Марс в східній квадратурі. В якій конфігурації при цьому спостерігається Земля із Марсу?

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1. Як ви вважаєте чому нашу планетну систему називають Сонячною?

2. Які планети Сонячної системи ви знаєте? Які планети, спостерігали на зоряному небі?

Неозброєним оком можна побачити п’ять планет — Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн. Планету за зовнішнім виглядом не легко відрізнити від зорі, але під час спостереження добового обертання зоряного неба,  планети рухаються дивно: то зі сходу на захід, то із заходу на схід. Це пояснюється тим, що ми спостерігаємо рух планет не з нерухомої Землі, а із Землі, що обертається навколо Сонця. Рух всіх планет Сонячної системи можна спостерігати на небесній сфері, поблизу екліптики.

3.      За якими траєкторіями рухаються планети Сонячної системи?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.     Закони Кеплера

Багато років вивчаючи рух Марса, Кеплер експериментально відкрив три закони руху планет, ще не розуміючи, чому планети рухаються так, а не інакше. (Тихо Браге, наставник Кеплера, передав своєму учневі дані десятирічних спостережень за рухом Марса.) Це сталося за більш ніж п’ятдесят років до відкриття Ньютоном закону всесвітнього тяжіння, який не тільки зумовлює рух планет у Сонячній системі, але й визначає взаємодію зір у галактиці. Усі три закони Кеплера є наслідками закону тяжіння.

Перший закон Кеплера. Усі планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця по еліптичних орбітах, в одному з фокусів яких перебуває Сонце. 

(Під дією сили тяжіння одне небесне тіло рухається в полі тяжіння іншого небесного тіла по одному з конічних перерізів — колу, еліпсу, параболі або гіперболі.)

Головним наслідком першого закону Кеплера : відстань між планетою і Сонцем не залишається сталою і змінюється. Найближча до Сонця точка орбіти - перигелій( 3-4 січня, відстань до Сонця 147 млн. км.), найвіддаленіша — афелій (3-4 липня, відстань до Сонця 153 млн. км). Орбіта Землі майже не відрізняється від кола, тому відстань від Землі до Сонця змінюється в невеликих межах.

Супутники планет також рухаються по еліптичних орбітах, причому у фокусі кожної орбіти розміщується центр відповідної планети. У Цьому випадку висота супутника над поверхнею планети змінюється від апогею до перигею (перигелій і афелій для супутника).

У реальних умовах жодна планета не рухається по еліптичній траєкторії, бо закони Кеплера справедливі лише для двох тіл, які обертаються навколо спільного центра мас. А у Сонячній системі навколо Сонця обертаються планети та безліч малих тіл, тому кожний цей об’єкт притягається між собою одночасно. Крім того, орбіта небесного тіла також залежить від швидкості у певній точці простору. За таких обставин, рух кожної планети стає досить складним, такий рух називають збуреним. Завдяки дослідженням збурення орбіти Урана, було теоретично завбачено існування Нептуна.

Другий закон Кеплера. Радіус-вектор планети за однакові проміжки часу описує рівні площі: швидкість руху планет максимальна в перигелії й мінімальна в афелії.

Наслідком цього закону є факт, чим ближче планета до Сонця, тим швидше вона рухається. Його дуже легко перевірити, порахувавши тривалість півріччя між двома рівноденнями – вона різна, і як наслідок, взимку швидкість Землі більша(30,38 км/с), а влітку менша,(29,36 км/с), ось чому літо в Північній півкулі триває довше ніж у Південній.

Іоганн Кеплер намагався знайти залежність між розмірами орбіт різних планет і часом їх обертання навколо Сонця. 15 травня 1618 р. після безлічі невдалих спроб Кеплер встановив нарешті дуже важливе співвідношення.

Третій закон Кеплера. Квадрати сидеричних періодів обертання планет навколо Сонця відносяться як куби великих півосей їх орбіт:

T1 i T2  - сидеричні періоди обертання будь-яких планет a1 і a2 – великі півосі орбіт планет.

Застосування: обчислення періоду обертання тіла, знаючи його велику піввісь, для визначення періоду обертання навколо Землі супутників, космічних кораблів або обчислення часу польоту міжпланетних станцій на інші планети Сонячної системи.

2.     Закон Всесвітнього тяжіння

Ісаак Ньютон довів, що фізичною основою законів Кеплера є фундаментальний закон всесвітнього тяжіння, який не тільки зумовлює рух планет у Сонячній системі, а й визначає взаємодію зір у Галактиці. У 1687 р. І. Ньютон сформулював цей закон так: Будь-які два тіла з масами М і m притягуються із силою, величина якої пропорційна добутку їхніх мас та обернено пропорційна квадрату відстані між ними 

 Формула справедлива тільки для двох матеріальних точок.

 Якщо тіло має сферичну форму і густина всередині розподілена симетрично відносно центра, то масу такого тіла можна вважати за матеріальну точку, яка розміщується в центрі сфери. Наприклад, якщо космічний корабель обертається навколо Землі, то для визначення сили, з якою корабель притягується до Землі, беруть відстань R + Н до центра Землі, а не до поверхні.

3.     Визначення розмірів тіл Сонячної системи

Під час спостереження небесних тіл Сонячної системи можна виміряти кут, під яким їх видно спостерігачеві із Землі. Знаючи кутовий радіус світила ρ (рис.4) і відстань D до світила, можна обчислити лінійний радіус R цього світила за формулою: . За визначенням горизонтального паралакса, радіус Землі  видно зі світила під кутом р, тоді одержимо: Оскільки значення кутів  і р малі, тоді остаточно маємо: Визначити розміри небесних тіл таким способом можна тільки тоді, коли видно їхні диски.

4.       Визначення маси небесних тіл

Однією з найважливіших характеристик небесного тіла є його маса. Закон всесвітнього тяжіння дає змогу визначати масу Землі та інших небесних тіл шляхом вимірювання сили тяжіння на його поверхні (гравіметричний спосіб). Визначимо масу Землі використовуючи даний спосіб.

На тіло масою m, що перебуває поблизу поверхні Землі, діє сила тяжіння , де  – прискорення вільного падіння. Якщо тіло рухається тільки під дією сили тяжіння, то використовуючи закон всесвітнього тяжіння, прискорення вільного падіння дорівнює і спрямоване до центру Землі.

Визначення маси небесних тіл, з використанням узагальненого третього закону Кеплера

Перевіримо виконання третього закону Кеплера для випадку колового руху планети зі швидкістю.

відношення куба великої півосі орбіти тіла до квадрата періоду його обертання та маси центрального тіла є величина стала.

Якщо масою m меншого тіла не можна знехтувати порівняно з масою M центрального тіла, то в третій закон Кеплера, як показав Ньютон замість маси М увійде сума мас (М + m),

Узагальнивши це рівняння для двох небесних тіл масами , і  одержимо

Третій узагальнений закон Кеплера:

Квадрати сидеричних періодів супутників , помножені суму мас головного тіла й супутника , відносяться як куби великих півосей орбіт супутників .

На основі уточненого Ньютоном третього закону можна обчислити маси планет, що мають супутники, а також обчислити масу Сонця. Третій закон Кеплера також можна для визначення мас подвійних зір.

Маси планет, що не мають супутників, можуть бути визначені за збуреннями, які вони породжують у русі Землі, Марса, астероїдів, комет, а також за їхніми взаємними збуреннями.

VI. ФОРМУВАННЯ ВМІНЬ І НАВИЧОК

Задачі

1.   При спостереженні проходження Меркурія по диску Сонця визначили, що його кутовий радіус дорівнює 5,5'', а горизонтальний паралакс - 14,4''. Чому дорівнює лінійний радіус Меркурія?

2.       Визначте кутовий радіус Марса в протистоянні, якщо його лінійний радіус 3398 км, а горизонтальний паралакс 18".

3.       Обчисліть період обертання Нептуна навколо Сонця, знаючи, що його середня відстань від Сонця дорівнює 30 а. о.

4.       Як зміниться період обертання тіла навколо Сонця, якщо його велика піввісь збільшиться вдвічі?

5.       Два тіла з різними масами обертаються навколо Сонця по орбітах з однаковими за значеннями великими півосями. Період обертання якого з тіл більший? Чи, можливо, ці періоди однакові?

VIІ. ПІДСУМОК УРОКУ

Поміркуємо

1.   Який закон визначає форму орбіт планет? Сформулюйте його.

Перший закон Кеплера визначає форму орбіти планети. Кожна планета обертається по еліпсу, в одному з фокусів якого міститься Сонце.

2.   Відомо, що планети обертаються навколо Сонця по еліптичних орбітах. А по яких орбітах обертаються навколо планет їхні супутники?

Супутники планет рухаються по еліптичних орбітах, причому у фокусі кожної орбіти розміщено центр відповідної планети

3.   Який із законів визначає зміну швидкості руху тіла по еліптичній орбіті на різних відстанях від Сонця? Сформулюйте його

ІІ закон Кеплера. Радіус вектор планети за рівні проміжки часу описує рівні площі. Лінійна швидкість руху планети неоднакова в різних точках її орбіти. Швидкість планети під час її руху по орбіті тим більша, чим ближче вона до Сонця.

4.   Який із законів визначає залежність періоду обертання планет навколо Сонця від розміру орбіт? Сформулюйте його

ІІІ закон Кеплера. Квадрати сидеричних періодів обертання планет навколо Сонця відносяться як куби великих півосей їх орбіт:

5.   В яких точках орбіти, планета має найбільшу і найменшу лінійну швидкість руху?

Найбільшу швидкість планета має в перигелії, коли відстань до Сонця найменша, а найменшу - в афелії, коли відстань найбільша.

6.   У яку пору року лінійна швидкість Землі по орбіті максимальна?

Найбільшу швидкість планета має в перигелії, коли відстань до Сонця найменша – взимку.

7.   Два тіла обертаються навколо Сонця по майже колових орбітах з істотно різними періодами. Яке з цих тіл рухається ближче до Сонця?

Згідно із ІІІ законом Кеплера, тобто чим більший період, тим більший радіус обертання, а відповідно і відстань до Сонця. Ближча та планета у якої період обертання менший.

8.   За допомогою якого закону і як можна довести, що період обертання Венери навколо Сонця менший від періода обертання Марса?

Це випливає із III закону Кеплера. Оскільки велика піввісь орбіти Марса більша, ніж у Венери, то й період його обертання навколо Сонця більший.

9.   Якою має бути форма орбіти тіла, щоб воно мало сталу орбітальну швидкість руху?

Форма орбіти повинна бути коловою

Рефлексія

§   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Повторити §30

Підготувати повідомлення, на одну із тем:

·          Життя й наукова діяльність Й. Кеплера.

·          Життя й наукова діяльність І. Ньютона.

·          Конічні перерізи та їх застосування в астрономії

·          К. Е. Ціолковській — засновник теоретичної космонавтики.

·          Життя й діяльність Ю. В. Кондратюка.

·          С. П. Корольов — засновник практичної космонавтики.

Урок 4 : ТЕМА: Практична робота №1 "Вивчення зоряного неба за допомогою рухомої карти  зоряного неба".

Мета: Навчитися працювати з рухомою картою зоряного неба . Визначити положення світил на небесній сфері , 

Ознайомитися з  сузір’ями Великої та Малою ведмедиці. , Кассіопеї, знайти літній трикутник, знайти координати зір.

Обладнання: рухома карта зоряного неба, олівець, аркуш паперу.

Запитання для актуалізації опорних  знань:

1.      Що таке небесна сфера?

2.      Які дві особливі точки існують на небесній сфері?

3.      Що таке зеніт та надир?

4.      Яка різниця між небесним екватором та небесним меридіаном?

5.      Що таке математичний горизонт?

6.      Що таке кульмінація?

Правила техніки безпеки: -розміщуйте обладнання і прилади на робочому місці так, щоб уникнути їх падіння; -дотримуйтесь правил експлуатації вимірювальних приладів; -на випадок незрозумілих ситуацій звертатися за допомогою до викладача

Теоретичні відомості.

Рухома карта складається з двох частин: рухомого диска - зоряної карти, який може обертатись навколо осі, що проходить через його центр, і нерухомо розташованого над ним накладного круга. На карті показані всі зірки яскравіші 3-ої зоряної величини, а також деякі більш слабкі зірки, що доповнюють обриси сузір'їв до звичних. Зірки зображені чорними кружечками різних розмірів: чим яскравіші зірки, тим більш великі кружечки їх зображують. Зірки в сузір'ях, як правило, позначені в міру зменшення їх яскравості буквами грецького алфавіту α, β, γ і ... Яскраві зоряні скупчення представлені групами тісно розташованих крапок, а яскраві туманності — штрихуванням. Молочний Шлях зображений смугою, виконаною у вигляді крапок.

Відео досліди:

Рухома карта зоряного неба (додаток для телефона sky map)

https://www.youtube.com/watch?v=dfU5Hz1889M

Практична робота з рухомою картою зоряного неба

https://www.youtube.com/watch?v=65Q0NSRzKak

Хід роботи

1.Знайд. на карті зор. неба сузір’я та назв. їх сусідів:

 Оріон;, Велика Ведмедиця., Пегас;, Кассіопея;

2.Знайдіть на карті зоряного неба сузір’я і намалюйте відповідні малюнки

  сузір’я  Великої , Малої Ведмедиці, Кассіопеї.

2.Намал. Літній трикутник, з яких сузір’їв він утворюється

3.Знайдіть за допомогою карти зоряного неба сузір’я які можна спостерігати на небі в цей час:

3.Визначте зорі за їх координатами: δ схилення , α піднесення  а) 5 год 13 хв; +45°;  б) 6 год 42 хв; -17°;

в) 15 год 32 хв; +27°;  г) 19 год 48 хв; +9°;

4.За допомогою карти зоряного неба визначте координати зір: а) α Орла;  б) α Діви;  в) α Скорпіона;  г) β Геркулеса;

3.Знайдіть за допомогою карти зоряного неба сузір’я які можна спостерігати на небі в цей час:

сформуйте Висновок:

Додаткове завдання: Як користуватись картою зоряного неба на інших планетах?

Домашнє завдання: зробити додаткове завдання, доробити роботу , відправити на н.з. не пізніше 29.09 повторити  тему «Небесна сфера».

УРОК № 03

Тема: Вимірювання часу та календар. Видимі зоряні величини. Одиниці відстаней в астрономії. 

ХІД УРОКУ

■ І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

■ ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Тест «Небесні координати»

■ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Проблемна бесіда

1. Які небесні явища виникають внаслідок обертання Землі навколо своєї осі; (добовий рух небесних світил)

2.Які одиниці часу вам відомі? ( с, хв, години, роки, століття, тисячоліття)

3.Які природні процеси покладені в основу вимірювання часу?

4.Чому святкування Різдва у католиків і православних християн відзначається у різні дні?

■ ІV. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ ТА ЗАВДАНЬ УРОКУ.

■ V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Астрономія та визначення часу.

В основу систем відліку часу покладені астрономічні методи його вимірювання, що використовують як еталони:

• природний період обертання Землі навколо своєї осі (доба);

• період обертання Землі навколо Сонця (рік).

Тривалість доби, можна помітити за спостереженнями якої-небудь зорі або Сонця, звідси і назва доби — зоряна або сонячна та найменування часу — зоряний або сонячний.

В астрономії час вимірюється зоряною добою.

Зоряна доба – це інтервал між двома однойменними кульмінаціями будь-якої зорі.

У повсякденному житті зручніше користуватися сонячним часом.

Справжня сонячна доба — інтервал часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями центру видимого диска Сонця на одному і тому самому меридіані.

Користуватися змінною одиницею часу незручно. Для того щоб отримати постійну одиницю часу, уведені поняття середнього Сонця та середньої сонячної доби.

Середнє Сонце — це фіктивна точка, яка здійснює рух по небесному екватору (а не по екліптиці) зі сталою швидкістю.

Середня сонячна доба — інтервал часу між двома послідовними на добу нижніми кульмінаціями середнього Сонця на одному й тому самому меридіані.

Середня сонячна доба «довше» від зоряної на 3 хв 56,56 с та коротше від істинної ~ на 8 с.

За початок обліку середнього сонячного часу прийнято північ. Середня доба служить основою вимірювання часу в повсякденному житті. Середнім сонячним часом цілодобово ведеться календарний рахунок днів у році: після 24 годин (однієї доби) календарна дата збільшується на одиницю, а рахунок середнього часу починається від 0 до 24 години.

Добу і її частки (години, хвилини і секунди) використовують під час вимірювання коротких проміжків часу.

Оскільки кульмінація Сонця в різних місцях відбувається неодночасно, то середній сонячний час для кожного меридіана має різне значення. Так, у Луганську Сонце сходить на 38 хв. раніше, а в Ужгороді на 31 хв. пізніше ніж у Києві. Час, виміряний на певному географічному мередіані, називається місцевим часом. Місцевий середній час грінвіцького мередіана називають Всесвітнім часом (UT).

Щоб при подорожі із заходу на схід, і навпаки, постійно не переводити стрілки годинника, в 1884р. було прийнято систему поясного часу. Земну кулю умовно поділили на 24 годинних пояси. Всі годинники поясу будуть показувати однаковий час, який дорівнює місцевому часу мередіана, що проходить через середину поясу. Гринвіцький мередіан є центральним для нульового годинного поясу. Уся Західна Європа живе за часом першого годинникового поясу і цей час називається середньоєвропейським. Україна живе за часом другого поясу (Київського).На меридіані з довготою 180° проходить лінія зміни дат. В останню неділю березня у всій Україні годинники переводять на 1 год вперед, і цей час називають літнім часом другого годинникового поясу.

Для вимірювання великих проміжків часу служить інша одиниця міри, заснована на русі Землі навколо Сонця,— тропічний рік. Тропічним роком називають проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра істинного Сонця через точку весняного рівнодення. Сукупність прийнятого початку відліку і використовуваних одиниць утворює систему вимірювання часу.

Зоряний рік – інтервал часу, за який центр сонячного диска здійснює повний оберт по екліптиці відносно зір. Зоряний рік становить 365 діб 6 годин 9 хв 10 с.

Тропічний рік коротший від зоряного року на 20 хв 24 с.

2. Типи календарів

Слово «календар» походить від латинських слів «калео» - проголошую і «календаріум» - боргова книга.

Календарі є: місячні (в країнах де сповідується іслам), місячно-сонячний (Ізраїль), сонячний (решта країн). Тривалість місячного року наближено рівна 354 доби.(29,5*12). Звичного для нас початку року немає, тому що він щороку зміщується. Сонячно-місячний календар – 7 разів на кожні 19 років вставляли 13 місяць. На підставі місячно-сонячного календаря проводять обчислення дат християнської Пасхи.

Першоосновою нашого сонячного календаря був юліанський календар (запроваджений 1 січня 45 р. до н. е.). У цьому календарі три з чотирьох років були простими і мали 365 діб, а кожен четвертий – високосний рік – 366 діб. Оскільки юліанський рік(365 діб 6 год) більший від тропічного року на 11хв 14с., тому накопичувалася похибка і за 1500 років - помилка у 10 діб. Тому, для того, щоб виправити цю неточність у 1582р. папою Григорієм XIII , був запроваджений григоріанський календар (новий стиль), щоб похибка була меншою, було прийнято, що столітні роки, число сотень яких не ділиться без остачі на чотири, вважаються простими. В Україні в цивільному житті був впроваджений у 1918р.

VI. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Фронтальне опитування

ü  Яка доба коротша: зоряна чи сонячна? Чому?

ü  Де Сонце сходить раніше у Луганську чи Рівному?

ü  Скільки годин у Лондоні, якщо у Києві 01:35?

ü  Який рік є основою нашого календаря: тропічний чи зоряний?

ü   Який тип календаря використовується в Україні?

ü  Які природні процеси покладені в основу вимірювання часу?

ü  Як відрізняється місцевий час у двох пунктах з однаковою довготою, але різними широтами?

ü  Як змінюється місцевий час у точці спостережень при зміщенні від середини годинного поясу на захід?

ü  Покази якого з годинників змінюються швидше: зоряного чи сонячного? Відповідь поясніть.

ü  Чому святкування Різдва у католиків і православних християн відзначається у різні дні?

ü  Поясніть, більшим чи меншим є місцевий сонячний час від поясного часу в пункті на широті 50° східної довготи?

ü  З якої країни може бути людина, котра за документами народилася 29 лютого 1900 р.: з Англії, Франції чи Росії? Відповідь поясніть.

Домашнє завдання. Визначте поясний час, якщо місцевий час у Харкові 0 год 22 хв. (Довгота Харкова λ=2 год. 25 хв)

Рефлексія

§   На уроці я зрозумів …

§   Сьогодні я навчився …

§   На уроці найцікавішим було …

§   На уроці мені було найважче …

§   Сьогодні на уроці я не зрозумів …

§   У мене виникло запитання …

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Проч. С206-208 , параграф 30

Підготувати повідомлення на одну із тем:

·          Як люди вимірюють час?

·          Календарі народів Європи, Близького та Далекого Сходу.