Космические
дали.
Пояснительная
записка.
Занятие, в ходе которого школьникам предлагается ряд
вопросов, объединенных одной темой и несколько ответов к вопросу (верных,
спорных, неверных). Предлагается выбрать ответ и обосновать свой выбор. Вопросы
и ответы подобраны так, чтобы синтезировав знания, полученные в школе (не
только на уроках физики), информацию из прочитанных книг, просмотренных фильмов
и умение логически мыслить, ребята смогли справиться с таким заданием.
Можно класс разбить на команды (баллы идут в счет команды),
а если ребят немного – в счет отвечающего.
Критерии
оценки:
Верный
обоснованный ответ – 2 балла;
Верный
ответ без обоснования (не все умеют выступать публично) – 1 балл;
Неверный
или спорный ответ (гипотеза) с обоснованием – 1 балл;
Неверный
ответ – 0 баллов.
Цель: дать возможность школьникам убедиться в том,
как полезны знания (во всех областях науки).
Оборудование:
1.
Мультимедийный
проектор;
2.
Экран;
3.
Ноутбук
(компьютер);
4.
Презентация
«Масштабы Вселенной».
Аудитория: 11 кл.
Ход занятия
Открылась
бездна звезд полна;
Звездам
числа нет, бездне дна.
М. В. Ломоносов.
Михаил Васильевич Ломоносова – великий
русский ученый-энциклопедист, естествоиспытатель и филолог, поэт и художник,
философ естествознания, организатор отечественной науки и высшего образования.
Умение анализировать явления в их
взаимосвязи и широта интересов привели его к ряду важных выводов и
достижений в области астрономии. Изучая явления атмосферного электричества, он
выдвинул идею об электрической природе полярных сияний и свечения кометных
хвостов. В 1762 г. Ломоносов создал отражательный телескоп-рефлектор с
наклонным зеркалом, дававшим яркое изображение объекта. Ломоносов первым
обрисовал поверхность Солнца как бушующий огненный океан.
Может мы тоже попробуем, сопоставив свои знания и
предложенную вам информацию, ответить на некоторые вопросы, которые до сих пор
занимают умы ученых.
Сообщить участникам мероприятия правила и разделить (при
необходимости) их на команды.
Вопросы:
1. Основными
объектами Вселенной являются …
1) Планеты
и их спутники.
2) Звезды
и галактики.
3) Кометы,
астероиды, метеориты, болиды.
(Самым распространенным космологическим
объектом является звезда -самосветящийся газовый шар, в
горячем ядре которого в ходе процессов ядерного синтеза генерируется энергия.
Звезды образуются в газопылевых облаках
межзвездной среды скоплений.
Двойная звезда состоит из двух звезд, вращающихся друг около друга и
удерживаемых вместе силой взаимной гравитации. Приблизительно половина всех
«звезд» на самом деле - двойные или кратные системы, хотя многие из них
расположены так близко, что их компоненты по отдельности наблюдаться не могут.
Кратные звезды ~ это группа из трех или нескольких звезд, обращающихся
в одной системе, в которой они удерживаются взаимным гравитационным
притяжением. Общеизвестный пример - система из четырех звезд Эпсилон Лиры.
Пульсар представляет собой вращающуюся нейтронную звезду с
массой, примерно равной массе Солнца, но имеющую диаметр всего около 10 км. Он
является источником радиоволн и характеризуется высокой частотой и регулярностью
всплесков излучения.
Черная дыра -
предположительно конечная стадия эволюции некоторых звезд, масса которых, а
следовательно, и сила тяготения настолько велики, что они подвергается
катастрофическому гравитационному коллапсу, т. е. сжатию, которому не могут
противостоять никакие стабилизирующие силы (например, давление газа). Плотность
вещества в ходе этого процесса стремится к бесконечности, а радиус объекта - к
нулю. Согласно теории относительности Эйнштейна, в центре черной дыры
возникает сингулярность пространства-времени. Гравитационное поле на
поверхности сжимающейся звезды растет, поэтому излучению и частицам становится
все труднее ее покинуть. В конце концов такая звезда оказывается под
«горизонтом событий», который подобен односторонней мембране, пропускающей
вещество и излучение только внутрь и не выпускающей ничего наружу. Черные дыры
можно обнаружить только по резкому изменению свойств пространства-времени около
нее. Астрономы полагают, что в нашей Галактике имеется множество черных дыр.
Так, считается, что рентгеновское излучение двойной системы Лебедь Х-1
обусловлено тем, что одним из ее компонентов является черная дыра. Гигантские
черные дыры, возможно, находятся в центрах некоторых галактик, в том числе и
нашей. Очень маленькие черные дыры могли образоваться в начальной фазе
эволюции Вселенной из сверхплотного состояния. Сегодня поиски черных дыр во
Вселенной и их детальное изучение являются одной из важнейших задач космологии,
астрофизики и астрономии.
Системы, состоящие из скопления звезд,
пыли и газа образуют галактики. Их полная масса составляет от 1
млн. до 10 трлн. масс Солнца. Истинная природа галактик была окончательно
установлена только в 20-х годах XX века. Расстояние до ближайшей к нам
галактики - туманности Андромеды - составляет 2,25 млн. световых лет. Все
галактики содержат звезды, газ и пыль, но в различных пропорциях, и даже в
пределах одной галактики распределение этих составляющих может сильно меняться.
Большинство галактик имеет ясно различимое ядро, т. е. центр конденсации
вещества, испускающий мощный поток энергии или даже взрывающийся; в ряде
случаев наблюдаются выбросы вещества со скоростями, близкими к световым. В
космическом пространстве сосредоточено огромное количество вещества, которое
распределено неравномерно, образуя группы или скопления галактик, причем самые
маленькие содержат всего несколько галактик, тогда как в более крупных
скоплениях их может насчитываться до нескольких тысяч.
Местная группа - это
совокупность галактик, к которой принадлежит наша Галактика - Млечный Путь, а
Солнце в нем - одна из 100 млрд. составляющих его звезд.
Радиогалактики являются
космическими объектами, отождествляемыми с оптическими галактиками и
отличающимися от них мощным потоком радиоизлучения, который составляет 1035-1038 Вт, что в 10 тыс, - 1 млн. раз больше,
чем радиоизлучения нормальной галактики. На каждый миллион галактик приходится
одна радиогалактика.
Квазары
(квазизвездные радиоисточники) – более мощные источники
радиоизлучения, чем радиогалактики. По мнению академика В.А. Амбарцумяна,
квазары – активные ядра очень далеких галактик, структура которых пока не
доступна современной технике наблюдений.
Планеты - массивные несамосветящиеся тела в составе планетной
системы, образовавшиеся из окружающей звезду газопылевой материи. К ним
относятся тела размерами от нескольких километров (например, астероиды) до
объектов с массой, равной 10 массам Юпитера. Более массивные тела превращаются
в звезды, так как температура в их центре достаточна для начала реакций
термоядерного синтеза. Планеты могут быть твердыми типа внутренних планет
(Меркурий, Венера, Земля и Марс) или газообразными с небольшим твердым ядром,
подобно внешним планетам (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Эти восемь планет
вместе с Плутоном являются большими планетами Солнечной системы. На Плутоне,
хотя и напоминающем твердые планеты, сохранилось значительное количество льда и
в Солнечной системе он представляет собой единственный пример большой планеты -
ледяного карлика. В пределах Солнечной системы имеется множество малых планет
-спутников больших планет, астероидов и небольших ледяных карликов, составляющих
так называемый пояс Койпера за пределами Нептуна. Процесс формирования
планетных систем во многом напоминает процесс звездообразования.
Внесолнечная планета - это несамоизлучающее тело, вращающееся вокруг любой
другой звезды, кроме Солнца. Применение методов, позволяющих обнаружить
небольшие периодические изменения скоростей звезд на основе доплеровского
эффекта, позволило получить в 1995-1996 годах аргументы в пользу существования
внесолнечных планет у нормальных звезд. Вероятно, планеты и их системы -
довольно распространенное явление во Вселенной.
Туманность — участок межзвёздной
среды (скопление пыли), выделяющийся своим излучением
или поглощением излучения на общем фоне неба.
Кроме рассмотренных, во Вселенной
существуют такие объекты, как космические лучи, кометы, астероиды,
метеориты, болиды и др.)
Ответ: 1-3.
2. Почему
современная астрофизика применяет разнообразную аппаратуру, предназначенную для
регистрации различных диапазонов электромагнитных волн?
1) Солнце
и звезды излучают электромагнитные волны всевозможной длины волны, от
гамма-лучей до длинных радиоволн.
2) Планеты
и их спутники отражают солнечный свет.
3) Электромагнитные
волны порождаются при торможении движущихся заряженных частиц в магнитном поле.
(Солнце и звезды – огромные шарообразные
тела из горячей плазмы. Они излучают электромагнитные волны всевозможной длины
волны, от гамма-лучей до длинных радиоволн.
Планеты и их спутники отражают солнечный
свет и сами в различной степени излучают инфракрасные лучи и радиоволны.
Разряженные газовые туманности –
колоссальной протяженности газовые облака – в зависимости от их физического
состояния излучают электромагнитные волны строго определенной частоты. Поэтому
одни туманности, излучающие в визуальном диапазоне, видны, а другие
обнаруживаются лишь по их радиоизлучению.
Электромагнитные волны порождаются также при
торможении движущихся заряженных частиц (электронов и ионов) в магнитном поле.
такое излучение называется магнитотормозным (или синхротронным). Оно обладает
некоторыми особенностями, позволяющими определить его природу. Вот поэтому современная
астрофизика применяет разнообразную и часто технически очень сложную аппаратуру,
предназначенную для регистрации различных диапазонов электромагнитных волн.)
Ответ: 1-3.
3. С
какой целью человек создал космические аппараты – искусственные спутники,
орбитальные научные станции, автоматические межпланетные станции, направляемые
к планетам Солнечной системы?
1) Покорить
космическое пространство.
2) Сфотографировать
обратную сторону Луны.
3) Изучить
излучение небесных, не доходящее до земной поверхности.
(Земная атмосфера пропускает далеко не
все электромагнитные волны, излучаемые небесными телами. Она поглощает все
смертоносное гамма-излучение, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи с длиной
волны меньше, чем 3000 Анкстрем, значительную долю инфракрасного излучения с
длиной волны больше 1000 нм и радиоволны с длиной волны меньше 1 мм и длиной
волны больше 20 м).
Ответ: 3 (можно 1-3).
4. Самый
известный и доступный для наблюдения космического пространства инструмент –
телескоп. Какие виды телескопов вам известны? Каково назначение телескопа?
1) Оптические
телескопы – для наблюдений в световых лучах.
2) Радиотелескопы
– для приема радиоволн.
3) Назначение
телескопа – дать большое увеличение наблюдаемого объекта.
4) Назначение
телескопа – собрать как можно больше световой энергии от небесного тела.
(Существует два основных вида оптических
телескопов – линзовые, или рефракторы, и зеркальные, или рефлекторы. У
рефракторов объектив, собирающий световые лучи, изготовлен из стеклянных линз,
а у рефлекторов объективом служит вогнутое зеркало. Экскурсанты астрономической
обсерватории обычно удивляются, когда узнают, что основное назначение
телескопов не в достижении большого увеличения, а в том, чтобы собрать как
можно больше световой энергии от небесного тела.
Радиотелескопы состоят из антенны и
чувствительного радиоприемника с усилителем (радиометра). Разрешающая
способность (возможность видеть, или различить раздельно две звезды,
расположенные очень близко друг к другу) радиотелескопов всегда ниже, чем у
оптических, так как длина радиоволн значительно больше длины световых волн. Но
если два радиотелескопа установлены на значительном расстоянии друг от друга,
одновременно воспринимают радиоизлучение одного и того же источника и подают сигналы
на общий радиометр, то разрешение резко повышается. Два таких спаренных
радиотелескопа называются радиоинтерферометром, а при расстоянии между
радиотелескопами в тысячи километров (радиоинтерферометр со сверхдлинной базой)
разрешение в сотни раз превышает разрешение оптических телескопов).
Ответ: 1, 2, 4.
5. Что
такое космология и космогония?
1) Космология
– наука, объясняющая наблюдаемое распределение галактик в пространстве и их
движение, строение и развитие (эволюцию) Вселенной в целом.
2) Космогония
– раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие галактик, звезд и
Солнечной системы.
(Космология – наука, объясняющая
наблюдаемое распределение галактик в пространстве и их движение, строение и
развитие (эволюцию) Вселенной в целом (от греч. «космос» - мир, Вселенная и
«логос» - учение).
Космогония – раздел астрономии, изучающий
происхождение и развитие галактик, звезд и Солнечной системы (от греч. «космос»
- мир, Вселенная и «гонос» - происхождение)).
Ответ:1, 2.
6. Что
такое реликтовое излучение?
1) Космические
лучи.
2) Электромагнитное
излучение.
3) Излучение
далеких звезд.
(Рели́ктовое излуче́ние (лат. relictum — остаток), космическое
микроволновое фоновое излучение (от англ. cosmic microwave background radiation) — равномерно заполняющее
Вселенную тепловое
излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода.
Существование
реликтового излучения было предсказано теоретически Г.
Гамовым в рамках теории Большого
взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории
Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать эффективную
температуру реликтового излучения, остались неизменны.
Экспериментально его существование было подтверждено в 1965
году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение
рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
Термин реликтовое
излучение, который обычно используется в русскоязычной литературе, ввёл в
употребление советский астрофизик И. С. Шкловский.)
Ответ:
2, 3.
7. Какие
модели происхождения Вселенной вы знаете?
1) Большо́й
взрыв.
2) Моде́ль горя́чей Вселе́нной.
3) Модель холодной Вселенной.
(Большо́й
взрыв (англ. Big
Bang) — общепринятая космологическая
модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно —
начало расширения
Вселенной, перед которым Вселенная находилась
в сингулярном состоянии (
состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва,
характеризующееся бесконечной плотностью и
температурой вещества.)
Обычно
сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель
горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически
существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи
Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей
Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового
излучения, и рассматривается далее.
Моде́ль горя́чей Вселе́нной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.
Модель холодной Вселенной.
Ученые стали искать иные физические модели «начала». В 1961
году академик Я.Б. Зельдович выдвинул альтернативную холодную модель, согласно
которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных (с температурой ниже
абсолютного нуля) вырожденных частиц - протонов, электронов и нейтрино. Три
года спустя астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич произвели сравнительный
анализ двух противоположных моделей космологических начальных условий - горячей
и холодной и указали путь опытной проверки и выбора одной из них. Было
предложено с помощью изучения спектра излучений звезд и космических
радиоисточников попытаться обнаружить остатки первичного излучения. Открытие
остатков первичного излучения подтверждало бы правильность горячей модели, а
если таковые не существуют, то это будет свидетельствовать в пользу холодной
модели.)
Ответ: 1-3.
8. Какие
модели развития Вселенной вы знаете?
1) Вселенная
расширяется со все большей скоростью.
2) Равномерно
расширяющаяся Вселенная.
3) Пульсирующая
модель Вселенной.
4) Вселенная
перестала расширяться.
5) Скорость
расширения Вселенной уменьшается.
(Возможные
сценарии развития Вселенной:
Пульсирующая
модель Вселенной. Вслед за периодом расширения наступит период сжатия.
Закончится все Большим хлопком.
Скорость
расширения Вселенной уменьшается. Наш Мир Евклидов. Его расширение все время
замедляется.
Равномерно
расширяющаяся по энергии Вселенная. В пользу такой открытой модели мира до
последнего времени свидетельствовали данные о подсчете средней плотности
Вселенной.
Вселенная
расширяется со все увеличивающейся скоростью. Новые экспериментальные данные и
теоретические изыскания говорят о том, что Вселенная разлетается все быстрее и
несмотря на евклидовость нашего Мира, большая часть галактик будет нам
недоступна. Виновата в этом темная материя.)
Ответ:
1, 2, 3, 5.
Просмотр
презентации «Масштабы Вселенной»
9. Зачем
человеку нужно изучать Вселенную?
1) Без
изучения Вселенной человечество перестанет развиваться.
2) Обезопасить
существование человечества.
3) Пополнить
запасы полезных ископаемых.
4) Поиск
разумных существ на других планетах.
(Изучение
Солнца: внутреннее строение, излучение Солнца, солнечная активность (состояние
радиосвязи: выявлена закономерность, выбраны рабочие частоты связи, составлен
прогноз радиосвязи), магнитные бури (здоровье человека).
Магнитное
поле и космические лучи (здоровье человека).
Роль
атмосферы Земли (здоровье человека).
Солнечно-земные
связи: выяснение механизма воздействия солнечного излучения на нижний слой
атмосферы – тропосферу, а значит, и на погоду, необходимо для метеорологии).
Использование
солнечной энергии (солнечные теплицы, опреснители, водонагреватели, сушилки, электростанции,
полупроводниковые солнечные батареи).
Астероиды
и метеориты. Астероидная опасность.
Полезные
ископаемые на других планетах (смотри презентацию 7 класс).
Поиск
землеподобных планет.
Развитие
науки, новые технологии и т.д.
Проводятся
систематические наблюдения Солнца (служба Солнца) на многочисленных
обсерваториях всего мира. Одна из основных задач – предсказание (прогноз)
солнечных вспышек. Прогнозы солнечных вспышек позволяют своевременно
предотвращать нарушение радио связи, а также принимать меры, необходимые для
обеспечения безопасности пребывания человека в космическом пространстве.)
Ответ:
1-4 и т.д.
Подводим итоги.
Источники
информации
1. Вокруг
света. № 2. 2004 г. Возможные сценарии
развития Вселенной.
2. Дагаев
М. М., Чаругин В. М. Книга для чтения по астрономии: Астрофизика6 Учеб. пособие
для учащихся – М.: просвещение, 1988. – 207 стр.
3. Левитан
Е. П. Астрономия: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждениий / Е. П. Левитан.
– 12-е изд. – М.: Просвещение, 2007. – 224 с.
4. http://studopedia.ru/8_36712_osnovnie-tipi-kosmicheskih-ob-ektov.html
/ Объекты Вселенной.
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/
Реликтовое излучение. Большой взрыв. Космологические
модели.
6. http://www.f-mx.ru/filosofiya/referat_sovremennaya_nauchnaya.html
/ Модель холодной Вселенной.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.