Исследовательская работа ученицы 4 Б класса Чиботарь Арины "Зацветут ли яблони на Марсе?..."

1

…И на Марсе будут яблони цвести.

(строчка из песни)

1.Характеристика  планеты Марс

Случайно я услышала такую песню и задумалась, что же здесь необычного? Почему бы яблоням и не цвести на Марсе? Какие условия на этой планете? Познакомимся поближе с красной планетой.

Марс – четвертая планета земной группы в Солнечной системе, масса Марса в 10 раз меньше массы Земли, а диаметр составляет почти половину диаметра нашей планеты. Наклон Марса на его орбите почти идентичен наклону Земли. На Марсе тоже сменяются времена года, но сезоны в два раза длиннее земных.  На планете есть атмосфера, правда, состоящая из углекислого газа, но для растений это хорошо, углекислый газ необходим для фотосинтеза. Вода на Марсе тоже есть, но в виде льда, который находится на полярных шапках планеты. Астрономы думают, что огромное количество воды, также в виде льда, скрывается в марсианских недрах. Атмосфера Марса имеет  меньшую плотность, чем земная. Так на Земле ускорение свободного падения в 2,5 раза больше, чем на Марсе. Это значит, что камень,  брошенный на Марсе, будет падать почти в три раза медленнее, чем такой же на Земле.  Температура на красной планете не совсем подходящая для живых организмов:  летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С - вполне приемлемая температура! Но зимней ночью мороз может достигать  минус 125° С! Над поверхностью планеты часто дуют ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Иногда довольно обширные области на Марсе бывают охвачены грандиозными пылевыми бурями. А красной планетой Марс назвали потому,  что эта планета покрыта оксидом железа, ржавчиной, другими словами, а это вещество характерного красноватого цвета.

2

2. Геотропизм

Подведем итоги. На Марсе есть только частичные условия для жизни растений: углекислый газ, вода, оптимальная температура в летний период. Наиболее неподходящий фактор – сила притяжения. Этот фактор напрямую

влияет на рост растений. Как бы ни положили прорастающее семя или укореняющийся побег – их корни обязательно будут направлены вниз. В этом проявляется чувствительность растения к земному притяжению.

Ориентацию корней вниз к земле можно продемонстрировать на опытах. Если растение с корнем, растущим вниз, посадить в перевернутом виде, то через некоторое время можно увидеть, что оно вновь направит свой корень вниз.  В процессе эволюции многие живые организмы выработали механизмы, ответственные за восприятие силы тяжести. Свойства растений реагировать на ее воздействие называют геотропизмом.

3. История космического растениеводства

         Проводились ли исследования по выращиванию растений в условиях невесомости? Оказалось, у этого вопроса давняя история.                     

  Еще   К. Э. Циолковский показал необходимость использования высших растений в качестве средства, призванного обеспечить дыхание и питание людей в длительных внеземных полетах. В трудах гениального ученого мы находим первые «технические условия» на создание космических оранжерей и жилых орбитальных сооружений с замкнутым экологическим циклом.

Ф. А. Цандер еще в 1915—1917 годах в своей московской квартире начал ставить эксперименты по созданию, как он говорил, оранжереи авиационной легкости.

То, о чем мечтали теоретики космонавтики, стало претворяться в жизнь под руководством С. П. Королева

Эксперименты по воздействию факторов космического полета на растительные объекты начались в 1960 году на втором космическом корабле-спутнике. Тогда совершили свой полет и впервые успешно возвратились на

3

Землю традесканция, хлорелла, семена различных сортов лука, гороха, пшеницы, кукурузы. Культуры хлореллы летали в космос и на пилотируемом космическом корабле «Восток-5». После этого растительные организмы путешествовали в космос на всех наших космических кораблях, орбитальных станциях и биоспутниках серии «Космос». На орбитальной станции «Салют-4» стоял довольно совершенный «Оазис», снабженный телеметрической и кинорегистрирующей системами. Исследования велись с горохом. В целом эксперимент удался, были получены взрослые, двадцатитрехдневные растения. Правда, цветов не было, но удалось снять фильм с замедленной съемкой динамики роста растений.  Космонавт Георгий Гречко одним из первых свидетельствовал о психологической поддержке, которую космонавты получали у растений. Проведенный на Земле анализ показал, что, несмотря на внешнее сходство с контрольными, растения отличались по структуре клеток, биохимическому составу, ростовым характеристикам. Это, казалось, подтверждало скепсис тех ученых, которые и до того уже сомневались в возможности нормального роста растений в условиях невесомости. Дальнейшие эксперименты по культивированию растений в длительных космических экспедициях тоже не принесли ничего утешительного. У пшеницы и гороха никак не удавалось получить не только семян, но даже цветов. На стадий их образования растения просто погибали. И этот факт давал основание говорить о принципиальной невозможности роста и развития растений в условиях космического полета.  Во время последних экспедиций на «Салюте-6» и на новой станции «Салют-7» было проведено много экспериментов с целым набором оригинальных устройств  для культивирования растений.

Впервые полный цикл развития на орбите прошло растение арабидопсис. На борту станции «Салют-7» арабидопсис зацвел и дал семена.

Конструкторы и ботаники предусмотрели систему дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корневой

4

зоны, смены и перемещения вегетационных сосудов с растениями относительно источника автономного освещения. Бортовая установка «Биогравистат» с вращающимися и неподвижными дисками для экспериментов по проращиванию семян в условиях искусственной силы тяжести. Исследования велись и в других направлениях. Например, проростки некоторых растений выращивались на небольшой центрифуге «Биогравистат». Она создавала на борту корабля постоянное ускорение до

 1 g. Оказалось, что в физиологическом смысле центробежные силы адекватны силе тяжести. В центрифуге проростки отчетливо ориентировались вдоль вектора центробежной силы. В стационарном блоке, напротив, наблюдалась полная дезориентация всходов.

А в устройстве «Магнитогравистат» изучалось ориентирующее действие другого фактора — неоднородного магнитного поля. Его влияние на проростки креписа, льна, сосны тоже компенсировало отсутствие гравитационного поля. Словом, упорству исследователей можно было позавидовать.

4.  Проблема растениеводства в космосе.     

Чтобы вырастить растения на Марсе, очевидно, нужно создать определенные условия, оранжереи, теплицы.  Наиболее приблизиться к марсианским условиям можно на космической станции, которая вращается по земной орбите.

Первые эксперименты для изучения геотропической реакции ученые вели на центрифугах, приводимых в движение мельничным колесом. Так удавалось достичь ускорения 3,5 g. При ускорении 1 g корни и стебли фасоли изгибались точно по направлению вектора равнодействующей гравитационной и центробежной сил. Это прямо доказывало, что именно сила тяжести определяет направление роста. Но только практическая космонавтика дала возможность это проверить.

5

Характерная черта растений, выращенных во время космического полета, - угнетение образования корневой системы, нарушение белкового и углеводного обменов, изменения в структуре органоидов клеток. Таким образом, в условиях невесомости (где устранено одностороннее действие силы тяжести) растения не смогли осуществить весь цикл своего развития и погибали. Следовательно, сила тяжести - необходимый экологический фактор для роста, образования органов и размножения растения. И в будущем, по-видимому, для выращивания растений на космических орбитальных станциях потребуется искусственная сила тяжести. Но это в невесомости, а на Марсе все же есть сила притяжения.

5. Эксперимент на орбите    

Так смогут ли там яблони зацвести? Чтобы ответить на этот  вопрос предлагаю поставить эксперимент на орбитальной станции,  где условия наиболее приближены к условиям интересующей нас планеты.

Для этого необходимо смоделировать марсианские условия: температурный режим, частичное отсутствие света при пыльных бурях, подача воды и, конечно, искусственно созданная сила тяжести. Но растения, которые мы хотим вырастить на Марсе, все ж земные обитатели. Как  они отреагируют на силу тяжести в три раза меньше, чем на Земле? Смогут ли  расти,  цвести, давать семена?

Итак, перед экспериментом на орбитальной станции поставим вопрос: при какой силе тяжести смогут эффективно развиваться растения на Марсе: при земном 9,8м/с² или 3,5м/с² марсианском?

Чтобы ответить на поставленный вопрос, я предлагаю поставить эксперимент на орбите, высоту которой рассчитаем по формуле: 

Она равна 3729км.  Именно на таком расстоянии от земли сила тяжести будет равна марсианской.

6

Использованные ресурсы:

1.     Д. Писаренко. Миссия – Марс. – Аргументы и факты, №5, 2011.

2.     http://vteme.by/news/7/?page=35

3.     http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/193/04.shtml

4.     www.russianfood.com

5.     http://www.mcc.rsa.ru/exp_12/rast.htm

6.     https://gomel-sat.net/2970-vyrashhivanie-rastenij-i-ovoshhej-v-kosmicheskom.html

7.     http://perepelka.com/papers/bread_meat_and_space.php

8.     http://nashivkosmose.ru/issledov_v_oblasti_geofiziki.html

9.     http://www.testpilot.ru/espace/bibl/tm/1983/4-kos-ras.html

10. http://www.fizika.ru/fakult/index.php?mode=statja&id=3218

11. http://www.federalspace.ru/main.php?id=2&nid=13941

12. http://moseco.narod.ru/foto-ml2008.html

13. http://www.imbp.ru/webpages/win1251/Education/Microlada/PR_r.html

14. http://www.aif.ru/techno/article/40566

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение –

средняя общеобразовательная школа №4

г.Армавир Краснодарского края.

Исследовательская работа по теме:

       «Зацветут ли яблони на Марсе?..»

Чиботарь Арина Ивановна,

МАОУ-СОШ №4, 4 «Б» класс

28.02.2004г рождения

Руководители: Бибик Елена Александровна,

учитель физики МАОУ-СОШ    №4

Чиботарь Анна Александровна,

учитель биологии и химии МАОУ-СОШ №4

тел. 5-13-47

г. Армавир

2014г.

Аннотация.

Поисково-исследовательская работа  «Зацветут ли яблони на Марсе?..» проведена  учителями:  физики Бибик Еленой Александровной и учителем биологии и химии  Чиботарь Анной Александровной с учащейся  4 класса Чиботарь Ариной.

Работа проведена с целью развития познавательного интереса к предметам естественно - научного цикла, сравнение характеристик планет Земля и Марс, исследование условий на планете Марс для выращивания растений, что особенно актуально в рамках подготовки международной экспедиции на Марс. Моделирование условий и постановка эксперимента для выращивания растений в условиях пониженной силы тяжести.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Характеристика  планеты Марс…………………………………………………1

2. Геотропизм……………………………………………………. . . . . . . . . . . . . . . 2

3. История космического растениеводства………………………….…. . . . . . . 2-4

4.  Проблема растениеводства в космосе.      ……………. ……………………4-5

5. Эксперимент на орбите     ………………………………………………….5

6.Используемые ресурсы………………………………………………….. …6