Урок - лекция №1 по астрономии на тему : "Что изучает астрономия."

Урок 1. Что изучает астрономия

Цель урока: знакомство учащихся с особенностями изучения нового предмета – астрономия.

Задачи урока:

образовательные:

·         сформировать представление о предмете астрономии, истории астрономии, структуре и масштабах Вселенной;

·         познакомить учащихся с задачами и методами астрономических исследований;

развивающие:

·         создать условия для развития мышления (учить анализировать, выделять главное, понимать тексты, объяснять и определять понятия, обобщать и систематизировать, приводить примеры);

·         создать условия для развития познавательного интереса и элементов творческой деятельности;

воспитательные:

·         воспитывать положительную мотивацию к изучению астрономии; культуру умственного труда;

Методы обучения: объяснительно-иллюстративные, эвристические.

Форма организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.

Литература: § 1 – 2, Воронцов-Вельяминов, Б.А. Астрономия. 11 класс

Технические средства обучения: компьютер с выходом в Интернет

§  «219 секунд, после которых Ваши проблемы покажутся ничтожными»

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

§  Что такое астрономия. Урок астрономии в школе. https://www.youtube.com/watch?v=7jCdo4A2nig&t=502s

§  Videouroki.net. «Предмет астрономии»  https://www.youtube.com/watch?v=cerzyDjvhlw&t=7s

§  Телескопы. Что такое телескопы. Какие бывают телескопы. АСТРОНОМИЯ. Лекции Планетарий. https://www.youtube.com/watch?v=5zBR_NqDOVo

§  Все о телескопах. Часть 1: виды телескопов(13:26) https://www.youtube.com/watch?v=JMZLyrtXTAI&t=455s

§  Видео. Как сделать телескоп своими руками. Самодельный телескоп Галилео Галилея (7:19) https://www.youtube.com/watch?v=10EhpiAMMh0

С помощью лекционного материала и  видеороликов изучите данную тему. Составьте самостоятельно конспект.

Для проверки усвоения изученного материала, устно ответьте на вопросы, проверьте себя.

План изучения материала:

1. Что изучает астрономия. Её значение и связь с другими науками.

2. Структура и масштабы Вселенной.

3. Наблюдения – основа астрономии.

Лекционный материал

1. Что изучает астрономия. Её значение и связь с другими науками.

Астрономия является одной из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI—III тысячелетия до н. э.).

Астрономия изучает движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

          Это слово происходит от двух греческих слов:

                                   astron — «звезда, светило» и nomos — «закон».

        Человека всегда интересовал вопрос о том, как устроен мир. У большинства народов ещё на заре цивилизации были сложены особые  мифы, повествующие о том, как из первоначального хаоса постепенно возникает космос (порядок), появляется всё, что окружает человека: небо и земля, горы, моря и реки, растения и животные, а также сам человек.

        На протяжении тысячелетий шло постепенное накопление сведений о явлениях, которые происходили на небе.

         Оказалось, что периодическим изменениям в земной природе сопутствуют изменения вида звёздного неба и видимого движения Солнца. Высчитать момент наступления определённого времени года было необходимо для того, чтобы в срок провести те или иные сельскохозяйственные работы: посев, полив, уборку урожая.

         Но это можно было сделать лишь при использовании календаря, составленного по многолетним наблюдениям положения и движения Солнца и Луны. Так, необходимость регулярных наблюдений за небесными светилами была обусловлена практическими потребностями счёта времени.

         Когда в Древней Греции (VI в. до н. э.) началось бурное развитие философии как науки о природе, астрономические знания стали неотъемлемой частью человеческой культуры.

        Астрономия — единственная наука, которая получила свою музу-покровительницу — Уранию.

         С самых древних времён развитие астрономии и математики было тесно связано между собой.

         Вы знаете, что в переводе с греческого название одного из разделов математики — геометрии — означает «землемерие». Первые измерения радиуса земного шара были проведены ещё в III в. до н. э. на основе астрономических наблюдений за высотой Солнца в полдень Эратосфеном.

         Необычное, но ставшее привычным деление окружности на 360° имеет астрономическое происхождение: оно возникло тогда, когда считалось, что продолжительность года равна 360 суткам, а Солнце в своём движении вокруг Земли каждые сутки делает один шаг — градус.

         Астрономические наблюдения издавна позволяли людям ориентироваться в незнакомой местности и на море.

         Развитие астрономических методов определения координат в XV— XVII вв. в немалой степени было обусловлено развитием мореплавания и поисками новых торговых путей.

         Составление географических карт, уточнение формы и размеров Земли на долгое время стало одной из главных задач, которые решала практическая астрономия.

         Искусство прокладывать путь по наблюдениям за небесными светилами, получившее название навигация, сначала использовалось в мореходном деле, затем в авиации, а теперь и в космонавтике.

        Вопрос о положении Земли во Вселенной, о том, неподвижна она или движется вокруг Солнца, в XVI—XVII вв. приобрёл важное значение,  как для астрономии, так и для миропонимания. Так появилось геоцентрическое учение Птолемея.

         Гелиоцентрическое учение Николая Коперника явилось не только важным шагом в решении этой научной проблемы, но и способствовало изменению стиля научного мышления, открыв новый путь к пониманию происходящих явлений.     

         Астрономические наблюдения за движением небесных тел и необходимость заранее вычислять их расположение сыграли важную роль в развитии очень важного для практической деятельности человека раздела физики — механики.

          Выросшие из единой когда-то науки о природе — философии — астрономия, математика и физика никогда не теряли тесной связи между собой. Взаимосвязь этих наук нашла непосредственное отражение в деятельности многих учёных.

          Далеко не случайно, например, что Галилео Галилей и Исаак Ньютон известны своими работами и по физике, и по астрономии.

          Сформулированный Ньютоном в конце XVII в. закон всемирного тяготения открыл возможность применения этих математических методов для изучения движения планет и других тел Солнечной системы.

           Постоянное совершенствование способов расчёта на протяжении XVIII в. вывело эту часть астрономии — небесную механику — на первый план среди других наук той эпохи.

           В XX в. достижения астрономии снова, как и во времена Коперника, привели к серьёзным изменениям в научной картине мира, к становлению представлений об эволюции Вселенной. Эти представления составляют основу современной космологии.

           Космология - раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Её основу составляют математика, физика и астрономия.      

           Оказалось, что Вселенная, в которой мы сегодня живём, несколько миллиардов лет тому назад была совершенно иной — в ней не существовало ни галактик, ни звёзд, ни планет.

Для того чтобы объяснить процессы, происходившие на начальной стадии ее развития, понадобился весь арсенал современной теоретической физики, включая теорию относительности, атомную физику, квантовую физику и физику элементарных частиц.

           События, которые произошли в науке за последние десятилетия, показали, что неразрывная связь, существующая между астрономией и физикой, позволяет успешно решать многие проблемы, волнующие человечество.

Далеко не случайно, что в первые годы XXI в. три Нобелевских премии по физике были присуждены учёным за исследования по астрофизике и космологии.                

           В астрономии, как и во многих других науках, всё больше используются компьютеры для решения задач самого разного уровня — от управления телескопами до исследования процессов эволюции планет, звёзд и галактик.

           Развитие ракетной техники позволило человечеству выйти в космическое пространство.

С одной стороны, это существенно расширило возможности исследования всех объектов, находящихся за пределами Земли, и привело к новому подъёму в развитии небесной механики, которая успешно осуществляет расчёты орбит автоматических и пилотируемых космических аппаратов различного назначения. С другой стороны, методы дистанционного исследования, пришедшие из астрофизики, ныне широко применяются при изучении нашей планеты с искусственных спутников и орбитальных станций. Результаты исследований тел Солнечной системы позволяют лучше понять глобальные, в том числе эволюционные, процессы, происходящие на Земле. Вступив в космическую эру своего существования и готовясь к полётам на другие планеты, человечество не вправе забывать о Земле и должно в полной мере осознать необходимость сохранения ее уникальной природы.

2. Структура и масштабы Вселенной.

 Вы уже знаете, что наша Земля со своим спутником Луной, другие планеты и их спутники, кометы и малые планеты обращаются вокруг Солнца, что все эти тела составляют Солнечную систему. В свою очередь, Солнце и все другие звезды, видимые на небе, входят в огромную звездную систему - нашу Галактику. Самая близкая к Солнечной системе звезда находится так далеко, что свет, который распространяется со скоростью 300 000 км/с,  идет от нее до Земли более четырех лет. Звезды являются наиболее распространенным типом небесных тел, в одной только нашей Галактике их насчитывается несколько сотен миллиардов. Объем, занимаемый этой звездной системой, так велик, что свет может пересечь его только за 100 тыс. лет.

Во Вселенной существует множество других галактик, подобных нашей. Галактики так далеки друг от друга, что невооруженным глазом можно видеть лишь три ближайшие: две - в Южном полушарии, а с территории России всего одну - туманность Андромеды.

От наиболее удаленных галактик свет доходит до Земли за 10 млрд лет. Значительная часть вещества звезд и галактик находится в таких условиях, создать которые в земных лабораториях невозможно. Все космическое пространство заполнено электромагнитным излучением, гравитационными и магнитными полями, между звездами в галактиках и между галактиками находится очень разреженное вещество в виде газа, пыли, отдельных молекул, атомов и ионов, атомных ядер и элементарных частиц.

Как известно, расстояние до ближайшего к Земле небесного тела - Луны составляет примерно 400.000 км.

Попробуем представить размеры небесных тел и расстояния между ними во Вселенной, воспользовавшись хорошо известной моделью - школьным глобусом Земли, который в 50 млн раз меньше нашей планеты.

В этом случае мы должны изобразить Луну шариком диаметром 7 см, находящимся от глобуса на расстоянии около 7,5 м. Модель Солнца будет иметь диаметр 28 м и находиться на расстоянии 3 км, а модель Плутона - самой далекой планеты Солнечной системы - будет удалена от нас на 120 км. Ближайшая к нам звезда при таком масштабе модели будет располагаться на расстоянии примерно 800.000 км, т. е. в 2 раза дальше, чем Луна. Размеры нашей Галактики сократятся примерно до размеров Солнечной системы, но самые далекие звезды все же будут находиться за ее пределами. 

3. Наблюдения – основа астрономии

           Наблюдения — основной источник информации в астрономии.

 Эта первая особенность астрономии отличает её от других естественных наук (например, физики или химии), где значительную роль играют опыты и эксперименты, планируемые в лабораториях. Возможности проведения экспериментов за пределами Земли появились лишь благодаря космонавтике. Но и в этих случаях речь идёт о проведении исследований небольшого масштаба, таких, например, как изучение химического состава лунных или марсианских пород. Трудно представить себе эксперименты над планетой в целом, звездой или галактикой.

Вторая особенность объясняется значительной продолжительностью изучаемых в астрономии явлений (от сотен до миллионов и миллиардов лет). Поэтому непосредственно наблюдать многие из происходящих явлений невозможно. Когда явления происходят особенно медленно, приходится проводить наблюдения многих родственных между собой объектов, например звёзд. Основные сведения об эволюции звёзд получены именно таким способом. Более подробно об этом будет рассказано далее.

Третья особенность астрономии обусловлена необходимостью указать положение небесных тел в пространстве (их координаты) и невозможностью сразу указать, какое из них находится ближе, а какое дальше от нас. На первый взгляд, все наблюдаемые светила кажутся нам одинаково далёкими.

Телескопы

           Для наблюдения за небесными телами использую  телескопы. В зависимости от длины волны наблюдаемого излучения телескопы подразделяются на радиотелескопы, телескопы для визуального наблюдения, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-телескопы.

В зависимости от устройства их делят на:

Виды телескопов

1)                 Рефрактор (линзовый)– используется преломление света, лучи

от небесных светил собирает  линза (система линз)

2)       Рефлектор (зеркальный)– вогнутое зеркало, способное  

         фокусировать отражённые лучи

3) Зеркально-линзовый (комбинированный) – комбинация зеркал и линз

        Телескоп состоит из объектива, зрительной трубы, укрепленной на опоре, и окуляра.

Посмотрим видео:

Видео.   Все о телескопах. Часть 1: виды телескопов(13:26) Видео. Как сделать телескоп своими руками. Самодельный телескоп Галилео Галилея (7:19)

         Крупнейший в России телескоп-рефлектор (рис. 1.7) имеет зеркало диаметром 6 м, отшлифованное с точностью до долей микрометра. Фокусное расстояние зеркала 24 м. Его масса около 40 т. Масса всей установки телескопа более 850 т, а высота 42 м. Управление телескопом осуществляется с помощью компьютера, который позволяет точно навести телескоп на изучаемый объект и длительное время удерживать его в поле зрения, плавно поворачивая телескоп вслед за вращением Земли. Телескоп входит в состав Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук и установлен на Северном Кавказе (близ станицы Зеленчукская в Кабардино-Балкарии) на высоте 2100 м над уровнем моря.              

 Рис. 1.7.Шестиметровый     Крупнейший в мире телескоп установлен на острове Ла Пальма (Канарские телескоп-рефлектор          острова) у побережья Африки. «Глаз» этого телескопа — зеркало диаметром 10,4 м. Площадь его поверхности составляет 82 м², а состоит оно из 36 шестиугольных фрагментов. Такие огромные зеркала собирают из отдельных тонких частей. Изготавливаются они не из стекла, а из более лёгких синтетических материалов. Цельное зеркало будет деформироваться под собственной тяжестью. Чтобы составное зеркало  сохраняло необходимую форму, положение отдельных частей     корректируется специальными приспособлениями (актюаторами),          которыми управляет компьютер.

           В настоящее время обсуждаются вполне реальные проекты создания телескопов с зеркалами диаметром 25—40 м, устроенными по такому же принципу, а в перспективе намечается создание 100-метрового телескопа-рефлектора.

           На смену телескопам  в XIX в. пришла фотография, а в настоящее время её во многих случаях заменяют электронные приёмники света. Наибольшее распространение получили полупроводниковые приборы с зарядовой связью (сокращённо ПЗС). Матрицы ПЗС, которые применяются в современных цифровых фотоаппаратах, по своему устройству аналогичны тем, которые используются в астрономии. Некоторые телескопы используются для того, чтобы полученное изображение через компьютер передавалось пользователям Интернета. Это позволяет участвовать в наблюдениях за космическими объектами многим людям, которые интересуются астрономией, в том числе школьникам.

           ПЗС незаменимы для телескопов, которые работают в автоматическом режиме, без участия человека. В частности, это касается космического телескопа «Хаббл», который обращается вокруг Земли на высоте около 600 км. Находясь за пределами основной массы атмосферы, этот телескоп с зеркалом диаметром 2,4 м позволяет изучать объекты, которые в 10—15 раз слабее объектов, доступных такому же наземному телескопу. Телескоп «Хаббл» обеспечивает разрешающую способность 0,1ʺ, что недостижимо даже для более крупных наземных телескопов. Под таким углом футбольный мяч виден с расстояния 450 км. Выбор объектов наблюдения и обработка полученных благодаря телескопу «Хаббл» результатов проводится специалистами многих стран. За время его работы на Землю было передано свыше восьмисот тысяч высококачественных фотографий различных космических объектов. В их числе изображения самых далёких галактик, которые образовались более 13 млрд лет назад.

   Для приёма радиоизлучения различных космических объектов используются радиотелескопы. Основные элементы устройства радиотелескопа — это антенна, приёмник и приборы для регистрации сигнала. У большинства

Рис. 1.8. Радиотелескоп  

радиотелескопов антенны, которые достигают в диаметре 100 м, по форме такие же, как вогнутые зеркала телескопа-рефлектора (рис. 1.8), но собирающие не свет, а радиоволны. Ведь чем больше площадь антенны, тем более слабый источник радиоизлучения можно зарегистрировать. Антенна преобразует принятые ею электромагнитные волны в электрические сигналы, которые затем передаются к приёмнику. В современных радиотелескопах для регистрации сигналов используется компьютер, который сначала запоминает их в цифровой форме, а затем представляет полученные результаты в наглядном виде.

В 2011 г. российские учёные приступили к реализации масштабного международного проекта «Радиоастрон». На основе выведенного на околоземную орбиту радиотелескопа «Спектр-Р» (диаметр антенны 10 м) и радиотелескопов, расположенных на всех континентах земного шара, создаётся единая наземно-космическая система для изучения различных объектов Вселенной в радиодиапазоне. Двигаясь по вытянутой эллиптической орбите, «Спектр-Р» может удаляться от Земли на расстояние порядка 350 тыс. км. Реализация проекта «Радиоастрон» позволила получить новые данные о таких явлениях и процессах, как нейтронные звёзды и сверхмассивные чёрные дыры, о строении и динамике областей звёздообразования в нашей Галактике, а также продвинуться в изучении структуры и эволюции Вселенной.

 ВОПРОСЫ для закрепления изученной лекции (устно)

1. Что изучает астрономия? 

2. С какими науками астрономия имеет тесную связь в познании Вселенной?

3. Как зовут музу-покровительницу астрономии.

4. Каковы масштабы Вселенной?

5. Главным методом астрономии является…

6. Для чего используется телескоп? 

домашнее задание

Составить кроссворд или викторину (12 слов)