Доклад по теме "Малые тела Солнечной системы"

Тема: Малые тела Солнечной системы

Цели урока:

1.      Узнать какие небесные тела называют: малыми телами Солнечной системы, астероидами, астероидными телами, метеорами, метеоритами, кометами, карликовыми планетами, метеороидными телами.

2.      Соотношения между расположением, размерами и массой малых тел в Солнечной системе.

Демонстрационный материал:  Видео (астероиды, кометы).

Самостоятельная деятельность учащихся:  Выполнение самостоятельной работы.

Мировоззренческий аспект урока:  Развивать навыки логического мышления учащихся и научного подхода к изучению формирования объектов Солнечной системы.

План урока:

Краткое содержание урока	Формы использования планетария	Время, мин	Приемы и методы
I. Вводная беседа. Актуализация темы		2	Беседа с учащимися
II. Изучение нового материала:	Демонстрация видео	27	Объяснение учителя
III. Рефлексия		5	Ответы на вопросы учащихся
IV. Выполнение заданий по карточкам (дифференцированная форма контроля)		10
V. Домашнее задание		1	Запись на доске учителя

Конспект урока.

К малым телам Солнечной системы относят астероиды, метеорные тела, кометы. Астероиды имеют размеры менее тысячи км. Более мелкие тела, чем астероиды, называются «метеороидами» или метеороидными телами, они могут иметь размеры порядка нескольких метров и даже меньше.

Астероиды

Астероид – это небольшое планетоподобное тело Солнечной системы, размером от нескольких метров до тысячи километров, астероиды часто называют малыми планетами (но не карликовыми планетами).

    Астероиды

Большинство орбит астероидов сконцентрировано в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от 2,0 до 3,6 а. е. (1 а.е. ≈ 149 597 870,691 км) от Солнца. Общая масса астероидов оценивается примерно в 1/1000 массы Земли.

История открытия астероидов

В 1766 году Иоганном Даниелем Тициусом, а в 1772 году независимо от него Иоганном Элертом Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде:

a = 0,1∙(3∙2^n – 2 + 4) а. е.,

где n = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для пятой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а. е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а. е. Таким образом, правило давало практически правильные результаты для больших полуосей орбит.

Правило Тициуса-Боде

1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл звезду, прямое восхождение и склонение которой заметно изменялось за сутки наблюдений. Гаусс вычислил орбиту этого астрономического объекта, большая полуось которого оказалась равной 2,77 а. е. Таким образом стало ясно, что этот объект расположен между Марсом и Юпитером. Этот объект был назван Церерой в честь древнеримской богини плодородия. Так астрономы открыли новый тип объектов в Солнечной системе, позже названный астероидами.

Затем открытия посыпались как из рога изобилия. Наблюдая за движением Цереры, немецкий врач Генрих Вильгельм Ольберс в 1802 году, увлекавшийся астрономией, открыл новый астероид, который назвали Паллада в честь древнегреческой богини Афины Паллады. В 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году – Веста. Фридрих Вильгельм Гершель предложил назвать маленькие планеты астероидами. Астероид по-гречески означает «звездообразный».

Если посмотреть на график, то видно, что числу 5 соответствует именно пояс астероидов. В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты Фаэтон между Марсом и Юпитером и образования астероидов – ее обломков.

Фантастический взрыв Фаэтона

К концу XIX века было известно уже несколько астероидов. В настоящее время известны орбиты нескольких десятков тысяч астероидов главного пояса астероидов.

С 2006 года первый найденный астероид Церера отнесен к карликовым планетам. Таким образом, самый крупный астероид – Паллада главного пояса астероидов имеет размеры примерно 538 км. В настоящее время параметры орбит известны примерно у 10000 астероидов. Крупнейшие среди астероидов - Паллада (538 км), Веста (526 км) и Гигия (450 км). Астероид Церера с 2006 года относится к карликовым планетам. Считается, что число астероидов размером более 200 км порядка тридцати.

Вначале малым планетам давали названия древнегреческих богинь и богов, после того, как все имена были использованы, астероиды стали называть женскими именами всех народов мира. Но и это  быстро закончилось, поэтому часто перед именем стоит номер.

Астероиды вблизи Земли

Опасные космические объекты, такие как астероиды, орбиты которых пересекают орбиту Земли, представляют серьезную угрозу существованию человеческой цивилизации при столкновении Земли с астероидом.

Столкновение крупного астероида с планетой.

Среди астероидов выделяют семейства астероидов с примерно одинаковыми характеристиками. Самые важные среди таких – астероиды, орбиты которых лежат вблизи Земли. Число астероидов, пересекающих орбиту Земли, и имеющих диаметр более 1 км, примерно 500. Таких семейств три: семейство астероида 1862 Аполлон, семейство астероида 1221 Амур, семейство астероида 2962 Атон. Орбиты астероидов семейства 1221 Амур в перигелии почти касаются орбиты Земли.

              Группа астероида Амур                           Группа астероида Аполлон

За последние годы крупные астероиды пролетали неоднократно, вызывая страх и тревогу. В 1936 году астероид Адонис пролетел в 2 млн.км от Земли, в 1937 г. Астероид Гермес пролетел на расстоянии 800 тыс.км от Земли. В 1996 г. Астероид Таутатис пролетел на расстоянии 450 тыс.км от Земли.

Астероид Таутатис.

Значительная часть астероидов основного пояса движутся по устойчивым, стабильным орбитам, которые мало изменились за последние 4,5 млрд лет, поэтому столкновений с такими астероидами практически маловероятны.

Но орбиты астероидов могут измениться при приближении к планетам-гигантам, при столкновении с другими астероидами и кометами, поэтому орбиты астероидов могут изменяться.

Американским астрономом Р. Бинзелом была разработана качественная шкала оценки опасности столкновения с Землей астероидов и комет, подобная шкале Рихтера, используемой для градации опасности землетрясений. В 1999 г. шкала была утверждена Международным Астрономическим Союзом.

Оценка опасности столкновения Земли
с астероидами и кометами

События, не имеющие последствий (Белая Зона)	0	Вероятность столкновения в ближайшие десятилетия равна 0. К этой же категории событий относятся столкновения с объектами, которые не смогут достигнуть поверхности Земли, сгорев в ее атмосфере.
Заслуживающие внимания (Зеленая Зона)	1	Вероятность столкновения крайне низка, порядка вероятности случайного столкновения Земли с объектом такого же размера. (скорее всего, слежения подобные тела в ближайшие десятилетия с Землей не встретятся)
Вызывающие беспокойство (Желтая Зона)	2	Близкий, но не являющийся чем-то необычным, пролет. Столкновение очень маловероятно. (подобные события происходят нередко)
	3	Близко пролетающее тело, вероятность столкновения 1% или выше. Столкновение способно вызвать только локальные разрушения.
	4	Близкий пролет с вероятностью столкновения 1% или более. Столкновение способно вызвать региональные разрушения.
Явно угрожающие события (Оранжевая Зона)	5	Близкий пролет, который может с существенной вероятностью вызвать столкновение, приводящее к региональной катастрофе.
	6	Близкий пролет, который с существенной вероятностью может вызвать столкновение, приводящее к катастрофе с вероятными глобальными последствиями.
	7	Близкий пролет, который с существенной вероятностью может вызвать столкновение, приводящее к катастрофе с неизбежными глобальными последствиями.
Неизбежное столкновение (Красная Зона)	8	Столкновение приводящее к локальным разрушениям. Такие столкновения с Землей происходят от одного раза в 50 лет до раза в 1000 лет.
	9	Столкновение приводящее к региональным разрушениям. Такие события происходят от одного раза в 10000 лет до одного раза в 100000 лет.
	10	Столкновение приводящее к глобальной катастрофе с изменением климата. Такие события случаются один раз в 100000 лет или реже.

По различным оценкам велика вероятность падения на Землю астероида диаметром около 1 км раз в 100 тыс. лет. Но наиболее велика вероятность встречи Земли с более мелкими небесными объектами.

Двойные астероиды

Открыто несколько двойных астероидов.  В 1993 году американский космический аппарат «Галилео», направлявшийся к Юпитеру, пересекал главный пояс астероидов. Он пролетел на минимальном расстоянии порядка 10000 км от астероида 243 Ида и сфотографировал этот астероид. Оказалось, что астероид  Ида имеет маленький спутник, который назвали Дактиль.

Астероид Ида и Дактиль.

В 2001 г. был обнаружен спутник у астероида 107 Камилла. В 2005 году у астероида Сильвия было открыто 2 спутника. Был также открыт контактный астероид 4769 Касталия.

Размеры и состав астероидов

Самый крупный астероид – Паллада. Ранее самым крупным астероидом была Церера, но её отнесли в 2006 году к карликовым планетам.

Название астероида	Размер
2 Паллада	538 км
4 Веста	526 км
10 Гигия	450 км
31 Ефросина	370 км
704 Интерамния	350 км
511 Давида	323 км
65 Кибела	309 км

Все остальные астероиды главного пояса имеют размеры менее 300 км в диаметре.

Астероид 433 Эрос

Астероид Эрос обращается вокруг Солнца с периодом 1,8 земных года. Его размеры – 40 x 14 x 14 км.

В 2000 г. автоматический космический аппарат NEAR-Шумейкер сделал много фотографий астероида. 433 Эрос. Исследования астероида показали, что Эрос - монолитное твердое тело, что его химический состав приблизительно однороден и что он образовался в «молодые годы» Солнечной системы. В 2001 году аппарат сел на поверхность астероида. При посадке космический аппарат NEAR-Шумейкер успел передать снимки с близкого расстояния с разрешением до 10 см.

Поверхность астероида Эрос с расстояния 34 м. Фотография КА NEAR-Шумейкер, 2001 г.

Астероид 216 Клеопатра.

Астероид 216 Клеопатра состоит в основном из металлов типа никеля и железа, как показали радарные исследования.

Астероид 951 Гаспра. Фотография КА Галилео в 1991 г.

Астероид 951 Гаспра имеет размеры 19x12x11 км и обращается почти по круговой орбите внутри главного пояса астероидов. Состоит Гаспра из смеси скальных пород и металлосодержащих минералов.

Астероид 253 Матильда с сравнении с астероидами Гаспра и Ида.

Астероид 253 Матильда имеет размеры 59 x 47 км. Матильда – тёмный астероид, который, по предположениям, состоит из углистых хондритов. Поскольку плотность Матильды очень низкая, всего 1400 км³, то предполагают, что астероид пористый, как пенопласт.

Астероид 253 Матильда.

Астероид Гидальго удаляется от Солнца на большее расстояние, а = 5,71 а.е., движется по вытянутой орбите.

Метеорные тела

Чёткого разграничения между метеороидами (метеорными телами) и астероидами нет. Обычно метеороидами называют тела размерами менее сотни метров, а астероидами - более крупные. Совокупность метеороидов, обращающихся вокруг Солнца, образует метеорное вещество в межпланетном пространстве. Некоторая доля метеорных тел является остатком того вещества, из которого когда-то образовалась Солнечная система, некоторая – остатки постоянного разрушения комет, обломки астероидов.

Метеорное тело или метеороид – твёрдое межпланетное тело, которое при влете в атмосферу планеты вызывает явление метеора и иногда завершается падением на поверхность планеты метеорита.

Что обычно бывает, когда метеорное тело достигает поверхности Земли? Обычно ничего, так как из-за незначительных размеров метеорные тела сгорают в атмосфере Земли. Крупные скопления метеорных тел называется метеорным роем. Во время сближения метеорного роя с Землей наблюдаются метеорные потоки.

Метеоры и болиды

Явление сгорания метеорного тела в атмосфере планеты называется метеором. Метеор – это кратковременная вспышка, след от сгорания проходит через несколько секунд.

За сутки в атмосфере Земли сгорает около 100000000 метеорных тел.

Метеор из потока Леониды.

Метеор и галактика Большое Магелланово Облако.

Если следы метеоров продолжить назад, то они пересекутся в одной точке, называемой радиантом метеорного потока.

Радиант метеорного потока Леониды.

Многие метеорные потоки являются периодическими, повторяются из года в год и названы по созвездиям, в которых лежат их радианты. Так, метеорный поток, наблюдаемый ежегодно примерно с 20 июля по 20 августа, назван Перcеидами, поскольку его радиант лежит в созвездии Персея. От созвездий Лиры и Льва получили соответственно свое название метеорные потоки Лириды (середина апреля) и Леониды (середина ноября).

Исключительно редко метеорные тела бывают сравнительно больших размеров, в этом случае говорят, что наблюдают болид. Очень яркие болиды видны и днём.

Болид. Великобритания, 2003 г.

Метеориты

Если метеорное тело достаточно большое и не смогло полностью сгореть в атмосфере при падении, то оно выпадает на поверхность планеты. Такие упавшие на Землю или другое небесное тело метеорные тела называют метеоритами.

Самые массивные метеорные тела, имеющие большую скорость, выпадают на поверхность Земли с образованием кратера.

Метеорный кратер Бэрринджер в Аризоне (США) от падения крупного метеорита. Диаметр 1200 метров и глубина 180 метров.

В зависимости от химического состава метеориты подразделяются на каменные (85 %), железные (10 %) и железо-каменные метеориты (5 %).

Каменные	Железные	Железо-каменные
Метеорит Бондок. Филиппины. Найден 1956 г. Общий вес нескольких экземпляров 888 кг.	Метеорит Дронино, Россия Фрагмент 291 г.	Метеорит Брагин Найден в России в 1807 г. Имеет 13 фрагментов общим весом 853 кг.

Каменные метеориты состоят из силикатов с включениями никелистого железа. Поэтому небесные камни, как правило, тяжелее земных. Основными минералогическими составляющими метеоритного вещества являются железо-магнезиальные силикаты и никелистое железо. Более 90 % каменных метеоритов содержит округлые зерна – хондры. Такие метеориты называются хондритами.

Железные метеориты почти целиком состоят из никелистого железа. У них удивительная структура, состоящая из четырех систем параллельных камаситовых пластин с низким содержанием никеля и с прослойками, состоящими из тэнита.

Железо-каменные метеориты состоят наполовину из силикатов, наполовину из металла. Они обладают уникальной структурой, не встречающейся нигде, кроме метеоритов. Эти метеориты представляют собой либо металлическую, либо силикатную губку.

ВИДЕО

Кометы

Кометы – самые многочисленные, самые протяжённые и самые удивительные небесные тела Солнечной системы. Слово «комета» в переводе с греческого означает «волосатая», «длинноволосая». При сближении с Солнцем комета принимает эффектный вид, нагреваясь под действием солнечного тепла так, что газ и пыль улетают с поверхности, образуя яркий хвост.

По оценкам ученых, на далеких окраинах Солнечной системы, в так называемом облаке Оорта – гигантском сферическом скоплении кометного вещества – сосредоточено около 10¹²–10¹³ комет, обращающихся вокруг Солнца на расстояниях от 3000 до 160 000 а. е.

По мере приближения кометы к Солнцу, лёд ядра кометы начинает испаряться, потоки газа и пыли начинают выбрасываться в космос. Кома кометы и хвосты начинают образовываться на расстоянии от Солнца примерно 5 а. е. (орбита Юпитера).

Кометы движутся по вытянутым траекториям.

Типы хвостов комет

Хорошо заметны белый пылевой и синий плазменный хвосты кометы.

Типы хвостов комет исследовал русский астроном Ф. А. Бредихин. В конце XIX века от разделил хвосты комет на три типа:

·         I тип хвостов комет прямой и направлен в сторону от Солнца по радиусу вектору.

·         II тип хвостов широкий, изогнутый.

·         III тип хвостов направлен вдоль орбиты кометы. Такие хвосты неширокие.

Довольно  редко  встречаются  кометы, хвосты  которых направлены к Солнцу. Это  так  называемые аномальные хвосты.

Под воздействием солнечного ветра пылевые частицы отбрасываются в направлении, противоположном Солнцу, формируя пылевой хвост кометы. Пылевой хвост кометы имеет обычно желтоватый цвет и светится отражённым от Солнца светом.

Плазменный хвост кометы обычно голубоватого цвета. Плазменный хвост кометы образуется из газа, который электризуется под действием ультрафиолетового излучения Солнца – плазмы.

Строение кометы

У каждой кометы несколько различных составных частей:

·         Ядро: относительно твердое и стабильное, состоящее в основном изо льда и газа с небольшими добавками пыли и других твердых веществ.

·         Голова (кома): светящаяся газовая оболочка, возникающая под действием электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца. Плотное облако водяного пара, углекислого и других нейтральных газов сублимирующих из ядра.

·         Пылевой хвост: состоит из очень мелких частиц пыли уносимых от ядра потоком газа. Эта часть кометы лучше всего видна невооруженным глазом.

·         Плазменный (ионный) хвост: состоит из плазмы (ионизованных газов), интенсивно взаимодействует с солнечным ветром.

ВИДЕО

Литература:

1.      Физика 9 класс Перышкин ФГОС 2014

2.      Справочник школьника. 5-11 классы. Точные науки: Математика. Физика.// Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др. – М.: АСТ–ПРЕСС КНИГА, 2010.-680 с.

3.      Физика: 11 класс: базовый и углубленный уровни: учебник для учащихся общеобразовательных организаций/ Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др. – М.: Вентана-Граф, 2014.-400 с.

Самостоятельная работа.

Вариант 1.

1.  Назовите три самых крупных астероида главного пояса астероидов и приведите их примерные размеры.

2. По каким орбитам движутся в Солнечной системе кометы?

3. Где находятся орбиты большинства астероидов?

Вариант 2.

1. Каково строение большинства комет?

2. Каков химический состав метеоритов?

3. Каковы размеры астероидов?

Ответы:

В1: 1. Паллада – 538 км, Веста – 526 км, Гигия – 450 км; 2. По вытянутым эллипсам;  3. Между орбитами Марса и Юпитера.

В2: 1. Строение кометы: ядро, голова (кома), пылевой хвост, плазменный (ионный) хвост; 2. Существуют железные, железно-каменные и каменные метеориты;                  3. Порядка нескольких километров.