Metodika prepodavaniya astronomii| << Predydushaya |
Metodika provedeniya 1
uroka
"Planetnye tela i planetnye sistemy"
Cel': formirovanie ponyatiinogo apparata, neobhodimogo dlya usvoeniya informacii o planetnyh telah kak odnom iz osnovnyh tipov kosmicheskih tel, i o planetnyh sistemah kak odnom iz osnovnyh tipov kosmicheskih sistem.
Zadachi obucheniya:
Obsheobrazovatel'nye:
- formirovanie fundamental'nyh
astronomicheskih ponyatii o kosmicheskih
ob'ektah - kosmicheskih telah i kosmicheskih
sistemah kak odnom iz glavnyh ob'ektov
poznaniya astronomii i o kosmicheskih
processah obrazovaniya planetnyh sistem i
planetnyh tel:
- ob osnovah klassifikacii kosmicheskih
tel po fundamental'nym fizicheskim
priznakam (masse, energetike, razmeram,
plotnosti i t.d.), osobennostyam
proishozhdeniya, vnutrennego stroeniya i
sostava.
- o planetnyh telah kak odnom iz osnovnyh
tipov kosmicheskih tel:
- ob osnovnyh priznakah i svoistvah dannogo
tipa kosmicheskih tel i o klassifikacii
planetnyh tel po ih osnovnym fizicheskim
harakteristikam, osobennostyam
proishozhdeniya, vnutrennego stroeniya i
sostava.
- ob osnovnyh klassah, gruppah i podgruppah
planetnyh tel (planety: zemlepodobnye i
giganty; planetoidy: silikatnye, silikatno-ledyanye,
ledyanye; meteoroidy: asteroidy, komety,
meteornye tela) i ih glavnyh
harakteristikah;
- ob osnovah klassifikacii kosmicheskih
sistem po urovnyu slozhnosti ih struktury.
- o planetnyh sistemah kak odnom iz osnovnyh
tipov kosmicheskih sistem:
- ob osnovnyh priznakah i svoistvah dannogo
tipa kosmicheskih sistem;
- o Solnechnoi sisteme kak naibolee
issledovannoi planetnoi sisteme: ee
strukture, sostave, osnovnyh
harakteristikah;
- o vnesolnechnyh planetnyh sistemah.
- o kosmogonii kak nauke, odnom iz vazhneishih
razdelov astronomii, izuchayushei
proishozhdenie kosmicheskih ob'ektov:
- formirovanie planetnyh sistem i planetnyh
tel;
- obrazovanie Solnechnoi sistemy kak
naibolee podrobno izuchennyi chastnyi sluchai
kosmogonii planetnyh sistem.
Vospitatel'nye:
1) Formirovanie nauchnogo
mirovozzreniya uchashihsya:
- v hode znakomstva s opredelennym tipom
kosmicheskih ob'ektov: planetnymi telami i
planetnymi sistemami;
- na osnove raskrytiya fundamental'nyh
prirodnyh zakonomernostei (prichinnoi
vzaimosvyazi i vzaimoobuslovlennosti
yavlenii i processov, perehoda
kolichestvennyh izmenenii v kachestvennye,
edinstva i vzaimodeistviya
protivopolozhnostei) pri izlozhenii
astronomicheskogo materiala o planetnyh
telah i planetnyh sistemah;
- pri izuchenii materiala ob obrazovanii
Solnechnoi sistemy i Zemli kak odnogo iz
proyavlenii kosmogonicheskih processov
formirovaniya planetnyh sistem i planetnyh
tel.
2) Ateisticheskoe vospitanie uchashihsya v rezul'tate oproverzheniya mifa o "sotvorenii mira" (Zemli) v svete dannyh o vozraste Zemli, Solnca, Solnechnoi sistemy i istorii ih proishozhdeniya kak chastnom sluchae sootvetstvuyushego kosmicheskogo processa.
Razvivayushie: formirovanie umenii analizirovat' informaciyu, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih ob'ektov na osnove vazhneishih fizicheskih teorii.
Ucheniki dolzhny znat':
- priznaki fundamental'nyh astronomicheskih ponyatii "planetnoe telo" i "planetnaya sistema" kak otdel'nyh tipov kosmicheskih tel;- principy klassifikacii planetnyh tel i planetnyh sistem;
- osnovnye klassy i gruppy planetnyh tel;
- osnovnye svedeniya o strukture i sostave Solnechnoi sistemy;
- o sushestvovanii vnesolnechnyh planetnyh sistem i ekzoplanet.
Ucheniki dolzhny umet': analizirovat' i sistematizirovat' uchebnyi material, ispol'zovat' obobshennyi plan dlya izucheniya kosmicheskih ob'ektov, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, delat' vyvody.
Naglyadnye posobiya i demonstracii:
- fotografii, shemy i risunki
stroeniya Solnechnoi sistemy i vnesolnechnyh
planetnyh sistem, vnutrennego stroeniya
planetnyh tel;
- diapozitivy iz seriya slaid-fil'mov
"Illyustrirovannaya astronomiya": "Stroenie
Solnechnoi sistemy"; "Solnce i ego sem'ya";
- kinofil'my (fragmenty kinofil'mov): "Planetnaya
sistema";
- tablicy: "Solnechnaya sistema";
- naglyadnye posobiya i TSO: tellurii;
demonstracionnaya model' planetnoi sistemy.
Zadanie na dom:
1. Po materialu uchebnikov:
- B.A. Voroncov-Vel'yaminova:
povtorit' § 9, izuchit' § 15; voprosy k
paragrafu.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: izuchit'§ 16;
voprosy k paragrafu.
2. Dlya uchenikov fiziko-matematicheskih klassov: vypolnit' zadaniya iz sbornika olimpiadnyh zadach V.G. Surdina [289]: 10.6; 10.8.
Plan uroka
|
Etapy uroka |
Soderzhanie |
Metody izlozheniya |
Vremya, min |
|
1 |
Aktualizaciya astronomicheskih znanii; povtorenie materiala po prirodovedeniyu (estestvoznaniyu), fizike i astronomii |
Frontal'nyi opros, beseda |
10 |
|
2 |
Izlozhenie novogo
materiala: |
Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya |
20-25 |
|
3 |
Zakreplenie izuchennogo materiala. |
Rabota po gruppam, samostoyatel'noe reshenie zadach v tetradi |
5-7 |
|
4 |
Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie |
3-5 |
|
Metodika provedeniya uroka:
V nachale uroka uchitel' ob'yavlyaet shkol'nikam cel' i zadachi izucheniya novoi temy: izuchenie fizicheskoi prirody planetnyh tel i planetnyh sistem.
Ucheniki dolzhny osoznat' ee noviznu, zaklyuchayushuyusya v perehode ot izucheniya kosmicheskih yavlenii k izucheniyu kosmicheskih ob'ektov znakomstvo s fizicheskoi prirodoi kosmicheskih tel i kosmicheskih sistem - glavnyh ob'ektov poznaniya astronomii.
Sleduet napomnit' im dannye na pervom uroke astronomii opredeleniya ponyatii "kosmicheskie ob'ekty", "kosmicheskie tela" i "kosmicheskie sistemy":
Kosmicheskie ob'ekty - eto kosmicheskie tela i obladayushie opredelennoi organizaciei sistemy kosmicheskih tel. Pod kosmicheskimi telami my budem ponimat' vse rassmatrivaemye astronomiei fizicheskie tela - strukturnye elementy Vselennoi. V chislo osnovnyh tipov kosmicheskih tel vhodyat planetnye tela (planety i ih sputniki, asteroidy, komety, meteornye tela), zvezdy, tumannosti, kosmicheskaya sreda.
Kosmicheskie tela, vhodyashie v sostav kosmicheskih sistem, obychno imeyut obshee proishozhdenie, vzaimosvyazany gravitacionnymi i magnitnymi polyami i peremeshayutsya v prostranstve kak edinoe celoe. V chislo osnovnyh tipov kosmicheskih sistem vhodyat planetnye sistemy, zvezdnye sistemy (dvoinye zvezdy, zvezdnye skopleniya), galaktiki, Metagalaktika i vsya Vselennaya. Sistemy kosmicheskih tel obladayut novymi kachestvami, ne prisushimi kazhdomu iz otdel'no vzyatyh elementov etoi sistemy: novye zvezdy obrazuyutsya tol'ko vnutri gigantskih kosmicheskih sistem - galaktik; zhizn' mozhet sushestvovat' lish' na poverhnosti tel, vhodyashih v planetnye sistemy otdel'nyh zvezd i t. d.
Provoditsya povtorenie i aktualizaciya znanii, priobretennyh v proshlom na urokah prirodovedeniya (estestvoznaniya), fiziki i astronomii. Uchenikam zadayut voprosy:
- Chto predstavlyaet soboi Solnechnaya sistema? Kakova ee struktura? Kakie ob'ekty vhodyat v ee sostav? Kakie sily (prichiny) ob'edinyayut ob'ekty Solnechnoi sistemy v edinoe celoe? Sushestvuyut li, po-vashemu, planetnye sistemy u drugih zvezd?
- Chto takoe planeta? Kakie planety Solnechnoi sistemy vy znaete? Chto vy znaete o kazhdoi iz etih planet?
- Kakie sputniki planet vy znaete? Kakovy ih osnovnye harakteristiki? Chem oni otlichayutsya ot harakteristik planet?
- Chto predstavlyayut soboi asteroidy, komety, meteornye tela (meteority)? Chto vy o nih znaete? Chem oni otlichayutsya ot planet, ot sputnikov planet i mezhdu soboi?
- Daite opredelenie ponyatiyam "Solnechnaya sistema", "planeta", "sputnik planety", "asteroid", "kometa", "meteornoe telo".
Uchitel' vnimatel'no slushaet otvety uchenikov, zapisyvaet (fiksiruet) naibolee tipichnye iz nih (eto pozvolyaet ustanovit' obshii uroven' znanii i harakternye oshibki (zabluzhdeniya) uchashihsya) i dopolnyaet, ispravlyaet i obobshaet skazannoe uchenikami.
Dalee sleduet lekcionnoe izlozhenie novogo materiala.
Planetnye tela - eto tip kosmicheskih ob'ektov: prostranstvenno-obosoblennye, gravitacionno-svyazannye, neprozrachnye dlya izlucheniya massy veshestva v intervale ot 10-17 do 1027 kg.
Vsled za opredeleniem ponyatiya (zdes' i v dal'neishem) nuzhno ob'yasnyat' uchenikam ego strukturu i soderzhanie, smysl ispol'zovannyh terminov: tak, vysheprivedennoe opredelenie ponyatiya dano "cherez blizhaishii rod" (planetnye tela - eto tip kosmicheskih ob'ektov…) i "vidovoe otlichie" - perechislenie harakteristik, otlichayushih dannoe ponyatie ot vseh ostal'nyh (planetnye tela - eto… prostranstvenno-obosoblennye, gravitacionno-svyazannye, neprozrachnye dlya izlucheniya massy veshestva v intervale ot 10-17 do 1027 kg). Termin "prostranstvenno-obosoblennye" oznachaet sushestvovanie nekih chetkih granic, opredelyayushih razmery i formu ob'ektov; termin "gravitacionno-svyazannye" oznachaet vedushuyu rol' sil tyagoteniya v sushestvovanii i opredelenii formy, razmerov i inyh harakteristik ob'ektov; termin "neprozrachnye dlya izlucheniya" oznachaet, chto elektromagnitnoe izluchenie ne mozhet pronizyvat' ih naskvoz'. Zadannyi interval mass yavlyaetsya glavnym opredelyayushim priznakom dannogo tipa ob'ektov. Nizhnii predel mass planetnyh tel - okolo 10-17 kg - opredelyaetsya po dannym astronomicheskih issledovanii kak massa mel'chaishih pylinok, vhodyashih v sostav gazopylevyh tumannostei. Verhnii predel massy planetnyh tel opredelyaetsya maksimal'no vozmozhnymi znacheniyami temperatury i davleniya v centre ob'ekta, vyshe kotoryh v nem nachinayut protekat' termoyadernye reakcii i on prevrashaetsya v kosmicheskoe telo drugogo tipa (korichnevyi karlik i, dalee, s vozrastaniem massy – v zvezdu).
V zavisimosti ot osnovnyh fizicheskih harakteristik (massy, razmerov, plotnosti, formy i t. d.) i osobennostei vnutrennego stroeniya i himicheskogo sostava planetnye tela podrazdelyayutsya na sleduyushie klassy:
Meteoroidy - planetnye tela s massoi ot 10-17 do 1022 kg, imeyushie proizvol'nuyu formu i odnorodnoe stroenie.
V otdel'nye gruppy meteoroidov vydelyayut:
1. Meteornye chasticy razmerami svyshe 10-7 m, vhodivshie v sostav protozvezdnoi tumannosti, obrazovavshiesya pri slipanii mel'chaishih pylinok vo vremya formirovaniya protoplanetnogo diska, pri droblenii i raspade asteroidov i komet, v rezul'tate vybrosov chastic korennyh porod krupnyh planetnyh tel pri ih stolknoveniyah s asteroidami i kometami i izverzheniyah vulkanov.
2. Komety massami 1011-1017 kg, razmerami 5× 102-5× 104 m i srednei plotnost'yu 0,8-1,5 g/sm3, sformirovavshiesya vo vneshnih oblastyah holodnoi zony protoplanetnogo oblaka i sostoyashie v osnovnom iz l'da i zamerzshih gazov (SO, SO2 i dr.) s primes'yu neletuchih veshestv.
3. Asteroidy (malye planety) massami do 7× 1022 kg, razmerami menee 2,5× 105 m i srednei plotnost'yu 3-5,5 g/sm3, obrazovavshiesya pri droblenii i raspade planetezimalei na granice goryachei i holodnoi zon protoplanetnogo oblaka i sostoyashie iz silikatnyh porod i soedinenii metallov.
4. Kentavry massami do 1017- 1022 kg, razmerami do 106 m i srednei plotnost'yu 1,5-3 g/sm3, sostoyashie iz smesi l'da, zamerzshih gazov (SO, SO2 i dr.) i silikatnyh porod i predstavlyayushie soboi gruppu meteoroidov, promezhutochnuyu po svoim harakteristikam mezhdu asteroidami i kometami. V Solnechnoi sistemy kentavrami yavlyaetsya znachitel'naya chast' transneptunovyh ob'ektov poyasa Koipera, Hiron, Nessus i nekotorye drugie kosmicheskie tela, ranee schitavshiesya asteroidami.
Forma i vnutrennee stroenie bolee krupnyh ob'ektov zavisyat ot ih massy: obuslovlennye eyu sila tyazhesti, temperatura i davlenie v nedrah tel prevyshayut "predel tekuchesti" gornyh porod i podobno tomu, kak kaplya zhidkosti v nevesomosti stanovitsya krugloi, planetnye tela s massoi svyshe 1022 kg priobretayut sfericheskuyu formu.
Planetnye tela s massoi 1022-1023 kg, obladayushie sfericheskoi formoi, no sravnitel'no odnorodnym ili slabodifferencirovannym vnutrennim stroeniem, nazyvayutsya planetoidami.
V chislo planetoidov Solnechnoi sistemy vhodyat 4 samye krupnye asteroida - Cerera, Pallada, Yunona i Vesta, bol'shinstvo krupnyh sputnikov planet i Pluton, a takzhe krupneishie ob'ekty, vhodyashie v "poyas Koipera".
Vydelyayut lunopodobnye planetoidy so srednei plotnost'yu 3-3,5 g/sm3, sostoyashie v osnovnom iz silikatnyh porod, i silikatno-ledyanye planetoidy so srednei plotnost'yu 1-3 g/sm3, sostoyashie na 20-90 % iz vodyanogo l'da, okruzhayushego yadro iz silikatnyh porod.
Planetoidy zanimayut promezhutochnoe polozhenie mezhdu klassami meteoroidov i planet.
Planety - klass planetnyh tel s massami 1023-1027 kg, obladayushih sfericheskoi formoi i yarko vyrazhennym differencirovannym vnutrennim stroeniem. Planety obladayut sobstvennoi energetikoi, osnovannoi na energii gravitacionnogo szhatiya, raspada radioaktivnyh elementov i drugih processah. Energiya sobstvennogo izlucheniya planet sravnima ili dazhe prevoshodit po velichine energiyu, soobshaemuyu planete central'nym svetilom - zvezdoi.
Planety zemnoi gruppy s massami 1023-1025 kg i srednei plotnost'yu veshestva 4-5,5 g/sm3 obrazuyutsya v goryachei zone protoplanetnogo oblaka i sostoyat v osnovnom iz tyazhelyh himicheskih elementov - soedinenii metallov, silikatov i t. d. Planetami zemnoi gruppy Solnechnoi sistemy yavlyayutsya Merkurii, Venera, Zemlya i Mars.
Planety-giganty massami 5× 1025-2,5× 1027 kg i srednei plotnost'yu 0,7-1,7 g/sm3 obrazuyutsya, veroyatno, v holodnoi zone protoplanetnogo oblaka i sostoyat v osnovnom iz vodoroda, geliya i legkih himicheskih soedinenii. Planetami-gigantami Solnechnoi sistemy yavlyayutsya Yupiter, Saturn, Uran i Neptun.
Bol'shinstvo planet-gigantov, otkrytyh v poslednie gody u ryada zvezd (70 Devy, HD 209458, 51 Pegasa), poluchili nazvanie "goryachih yupiterov". Blizost' k zvezde obuslovila sushestvovanie u nih obshirnyh, raskalennyh svyshe temperatury v 1000 K atmosfer. Problema uslovii formirovaniya i evolyucii "goryachih yupiterov" poka daleka ot resheniya.
Svyshe 20 "novorozhdennyh", svobodno peremeshayushihsya v mezhzvezdnom prostranstve planet-gigantov massoi do 2,5× 1027 kg i temperaturoi do 1700 K obnaruzheno v raionah zvezdoobrazovaniya v plotnyh gazopylevyh tumannostyah.
Kosmicheskie tela s massami okolo 2,5× 1027-1028 kg nazyvayutsya korichnevye karliki i zanimayut promezhutochnoe polozhenie mezhdu planetnymi telami i zvezdami. Termoyadernye reakcii v ih nedrah libo ne voznikali, libo protekali ochen' korotkoe vremya, na zavershayushih stadiyah formirovaniya yadra. Korichnevye karliki ostyvayut desyatki milliardov let. Vvidu svoei nizkoi svetimosti oni yavlyayutsya ochen' trudnym ob'ektom dlya astronomicheskih nablyudenii. Pervye korichnevye karliki byli otkryty v 1996 godu; v nastoyashee vremya uchenym izvestno svyshe 1000 ob'ektov dannogo klassa kosmicheskih tel.
Planetnye tela razlichnyh klassov vhodyat v sostav planetnyh sistem.
Planetnye sistemy - svyazannye silami vzaimnogo tyagoteniya sistemy kosmicheskih ob'ektov, zvezd i planetnyh tel, obladayushie obshnost'yu proishozhdeniya i peremeshayushiesya v prostranstve kak edinoe celoe.
Ishodya iz universal'nosti deistviya fizicheskih zakonov, sleduet predpolozhit' sushestvovanie ryada zakonomernostei dlya vseh planetnyh sistem:
1. Osnovnaya massa planetnoi sistemy zaklyuchena v central'noi zvezde.
2. Rasstoyanie mezhdu zvezdoi i planetami, mezhdu planetnymi telami i ih sputnikami obuslavlivayutsya osnovnymi fiziko-himicheskimi harakteristikami, nachal'nym raspredeleniem massy, masshtabami i osobennostyami turbulentnyh dvizhenii veshestva vnutri protoplanetnogo diska, vozmushayushimi vzaimodeistviyami formiruyushihsya protoplanet i opisyvayutsya opredelennym zakonom.
3. Orbity planetnyh tel i ih sputnikov ellipticheskie i lezhat v odnoi ploskosti (za isklyucheniem orbit melkih meteoroidov).
4. Pochti vse planetnye tela vrashayutsya vokrug svoei osi i vrashayutsya vokrug central'noi zvezdy v napravlenii ee osevogo vrasheniya - napravlenii vrasheniya protozvezdnogo oblaka vsledstvie statisticheskogo osredneniya momenta impul'sa vseh obrazovavshih zvezdu i planetnye tela chastic protozvezdnogo oblaka.
Soglasno sovremennym teoriyam zvezdoobrazovaniya prakticheski vse odinochnye medlennovrashayushiesya zvezdy spektral'nyh klassov F5 - M9 massoi menee 10 M¤ dolzhny obladat' planetnymi sistemami. Planetnye sistemy dolzhny byt' u 30-50% zvezd Galaktiki - u 30-50× 109 zvezd! Odnako v silu nizkoi sobstvennoi svetimosti i blizosti k svoim central'nym svetilam planetnye sistemy predstavlyayut ochen' trudnyi ob'ekt dlya astronomicheskih nablyudenii.
Poisk planetnyh sistem osushestvlyaetsya razlichnymi sposobami: o nalichii planetnyh sistem svidetel'stvuyut periodicheskie mikrosmesheniya linii v opticheskom ili dazhe radio- spektre zvezdy (metod luchevyh skorostei) ili periodicheskie mikrosmesheniya v dvizhenii dannoi zvezdy otnositel'no drugih zvezd (astrometricheskii metod).
Planety chuzhih planetnyh sistem poluchili obshee nazvanie vnesolnechnyh (ekzoplanet).
Tabl. 1
Obshie svedeniya o planetnyh sistemah i
ekzoplanetah
|
NN |
Zvezda |
Rasstoyanie do zvezdy, pk |
Spektr-klass zvezdy |
Massa zvezdy, M¤ |
Massa planety, mYupitera |
Bol'shaya poluos' orbity, (min / max) a. e |
Period vrasheniya T, sut. |
||
|
1 |
u Andromedy |
13,47 |
F8V |
1.25 |
0.71 |
0.056 |
4.71 |
||
|
2 |
r 1 Raka |
13.45 |
G8 |
0.85 |
0.93 |
0.11 |
14.64 |
||
|
3 |
HD 75289 |
28,94 |
G0V |
0.42 |
0.044 |
3.51 |
|||
|
4 |
HD 187123 |
49,92 |
G5 |
0.52 |
0.029 |
3.097 |
|||
|
5 |
HD 209458 |
47 |
G0V |
0.63 |
0.052 |
3.5243 |
|||
|
6 |
HD 192263 |
19,9 |
K2V |
0.76 |
0.16 |
23.87 |
|||
|
7 |
55 Raka |
12.53 |
G8V |
0.84 |
0.11 |
14.65 |
|||
|
8 |
47 Bol'shoi Medvedicy |
14,08 |
G1V |
1.1 |
2.41 |
2.09 (1.88/2.29) |
1098.0 |
||
|
9 |
HD 114762 |
40,57 |
F9V |
1.15 |
11.6 |
0.36 |
84.9 |
||
|
10 |
70 Devy |
18.11 |
G4V |
0.95 |
6.6 |
0.47 (0.25/0.69) |
116.4 |
||
|
11 |
t Volopasa |
15,60 |
F6IV |
1.25 |
3.87 |
0.045 |
3.32 |
||
|
12 |
HD 37124 |
33 |
G4IV-V |
1.04 |
0.59 (0.48/0.70) |
155 |
|||
|
13 |
HD 130322 |
30 |
K0III |
1.08 |
0.10 |
10.724 |
|||
|
14 |
r Severnoi Korony |
17,47 |
G0Va |
1.0 |
1.1 |
0.23 |
39.645 |
||
|
15 |
14 Gerkulesa |
18,15 |
K0V |
0.8 |
3.3 |
2.5 (1.58/3.42) |
1619± 70 |
||
|
16 |
HD 177830 |
59 |
K0 |
1.28 |
1 (0.56/1.44) |
391 |
|||
|
17 |
HD 217107 |
19.72 |
G8IV |
1.28 |
0.08 |
7.11 |
|||
|
18 |
HD 210277 |
21.29 |
G0 |
1.28 |
1.09 (0.59/1.59) |
437 |
|||
|
19 |
16 Lebedya V |
21,62 |
G1.5Vb |
1.0 |
1.5 |
1.7 (0.56/2.85) |
804 |
||
|
20 |
Gliese G 876, Eridan |
4,7 |
M4V |
0.32 |
0.56 |
0.13 |
30.12 |
||
|
21 |
51 Pegasa |
15,36 |
G2IVa |
1.0 |
0.47 |
0.051 |
4.23 |
||
|
22 |
HD 134987 |
25 |
G5V |
1.58 |
0.78 (0.59/0.97) |
260 |
|||
|
23 |
i Chasov |
15,5 |
G0V |
2,26 |
0,93 (0.76/1.1) |
320 |
|||
|
24 |
HD 12661 |
37 |
K0 |
2.83 |
0.83 (0.56/1.1) |
264.5 |
|||
|
25 |
HD 1237 |
17,62 |
G6V |
3.31 |
0.49 (0.24/0.74) |
133.8 |
|||
|
26 |
HD 195019 |
37,36 |
G3IV-V |
3.43 |
0.12 |
18.3 |
|||
|
27 |
Gliese G 86 |
10,91 |
K1V |
4 |
0.10 |
15.76 |
|||
|
28 |
HD 168443, Zmeya |
37,88 |
G5 |
7.7 17.2 |
0.26 (0.3/0.11) |
57.9 |
|||
|
29 |
HD 222582 |
42 |
G5 |
5.4 |
1.34 (0.37/2.29) |
576 |
|||
|
30 |
HD 10697 |
30 |
G5IV |
6.59 |
2.0 (1.76/2.1) |
1083 |
|||
|
31 |
HD 89744 |
40 |
F7V |
7.2 |
0.88 (0.25/1.5) |
256 |
|||
|
32 |
Lalande 21185 |
2 |
M2 |
0.9 |
2.47 |
2 117 (5,8 goda) |
|||
|
33 |
HD 46375, Edinorog |
0.24 |
0.04 |
3,02 |
|||||
|
34 |
79 Kita |
0,21 |
0.35 |
75 |
|||||
|
35 |
HD 168746 Shita |
0.24 |
|||||||
|
36 |
HD 108147 Yuzhnogo Kresta |
0.345 |
|||||||
|
37 |
HD 83443 Parusov |
0.351 |
0.04 |
2,986 |
|||||
|
38 |
e Eridana |
3,22 |
G2 |
~ 1 |
3.2 |
~ 3.6 let |
|||
|
39 |
Laland 21185 |
~ 1 |
3.65 |
~ 7 let |
|||||
|
40 |
HD 82943 |
2.2 |
1.16 |
442.3 |
|||||
|
41 |
HD 28185 |
5.6 |
1.0 |
360 |
|||||
|
42 |
HD 80606 |
0.44 (0.03/0.85) |
|||||||
|
42 |
HD 74156 |
1.5 |
0.27 |
51.2 |
|||||
|
43 |
PSR 1257+12 |
~ 300 |
neitronnaya zvezda |
4,7× 10-5
(0.015MÅ ) |
0.176 |
25.34 |
|||
V nastoyashee vremya astronomy nablyudayut planety-giganty iz planetnyh sistem nekotoryh blizkih zvezd i vokrug nekotoryh pul'sarov. K seredine 2001 goda kolichestvo izvestnyh planetnyh sistem prevysilo 60. Vse oni ne pohozhi na Solnechnuyu sistemu. Znachitel'naya chast' ekzoplanet imeet sil'no vytyanutye ellipticheskie orbity s ekscentrisitetom do 0,5-0,6 (v Solnechnoi sisteme ekscentrisitet planetnyh orbit ne prevyshaet 0,2). Chast' planet-gigantov – "goryachie yupitery" – vrashaetsya po ochen' blizkim k zvezde krugovym orbitam. Otkryta planetnaya sistema v tesnoi dvoinoi zvezdnoi sisteme, sostoyashei iz karlikov klassov K i M v1,5-2 a.e. drug ot druga; planeta-gigant vrashaetsya vokrug centra mass sistemy na rasstoyanii 5-7 a.e. Neitronnaya zvezda-pul'sar PSR 1257+12 v sozvezdii Devy imeet 4 planety; nichto zemnoe ne prozhilo by i sekundy v vechnoi t'me pod potokami radiacii, omyvayushimi poverhnosti etih planet 160 raz v sekundu.
Svedeniya o nekotoryh planetnyh sistemah, izvestnyh na seredinu 2001 goda, privodyatsya v tabl. 1. Uchitel' mozhet primenyat' soderzhanie tablicy dlya povysheniya obrazovannosti uchenikov, kak spravochnyi material i dannye dlya sostavleniya zadach. Pri znakomstve s tablicei sleduet obratit' vnimanie uchenikov na to, chto edinstvennoi podrobno issledovannoi planetnoi sistemoi v nastoyashee vremya ostaetsya nasha Solnechnaya sistema.
Dalee izlagayutsya kosmogonicheskie svedeniya o proishozhdenii planetnyh sistem i planetnyh tel.
Izlozhenie materiala nachinaetsya s povtoreniya (napominaniya) ponyatiya "kosmicheskie processy". Soobshaem uchenikam, chto odnim iz naibolee interesnyh i vazhnyh dlya sovremennoi nauki, dlya ponimaniya prichin vozniknoveniya zhizni i razuma na Zemle i vo Vselennoi yavlyaetsya kosmicheskii process obrazovaniya kosmicheskih ob'ektov.
Proishozhdenie i razvitie kosmicheskih ob'ektov izuchaet otdel'nyi razdel astronomii – nauka kosmogoniya.
Odnim iz glavnyh napravlenii issledovanii kosmogonii yavlyaetsya izuchenie uslovii i processov vozniknoveniya planetnyh sistem i planetnyh tel.
V slabyh, himiko-biologicheskih i gumanitarnyh klassah material o kosmogonii planetnyh sistem i planetnyh tel mozhno izlagat' uproshenno, s oporoi na shemu ris. 1.
V klassah s sil'nym kontingentom uchenikov i fiziko-matematicheskih klassah material mozhno izlagat' bolee gluboko i podrobno:
Planetnye sistemy formiruyutsya v hode obrazovaniya zvezd iz veshestva kosmicheskih gazopylevyh oblakov (tumannostei), obogashennyh tyazhelymi himicheskimi elementami i szhimayushihsya pod deistviem sil tyagoteniya. Moment impul'sa szhimayushegosya vrashayushegosya protozvezdnogo oblaka (L > 1053 g/sm2× s) raspredelyaetsya v nem neravnomerno. Vnutrennimi oblastyam, sosredotochivshimi v sebe do 99% massy oblaka, peredaetsya vsego 1-2% nachal'nogo momenta impul'sa, i oni szhimayutsya v protozvezdu. Vneshnim oblastyam oblaka peredaetsya do 98-99% momenta impul'sa i oni preobrazuyutsya v protoplanetnyi disk, vrashayushiisya vokrug molodoi zvezdy. Plotnost' veshestva v protoplanetnom diske prevyshaet 10-18 g/sm3, razmery chastic kosmicheskoi pyli sostavlyayut okolo 0,1 mkm.
 |
|
Ris. 2. Formirovanie Solnechnoi sistemy kak primer obrazovaniya planetnyh sistem |
Gazopylevoi disk vokrug formiruyusheisya zvezdy ochen' bystro "splyushivaetsya" pod deistviem sil gravitacii i centrobezhnoi sily, napravlennyh k naibolee plotnoi chasti diska v ploskosti ego vrasheniya. Spustya neskol'ko soten tysyach let disk imeet massu okolo 0,1M¤ , razmery ot 0,2 do 50-70 a.e. i tolshinu okolo 0,001 diametra. Razmery pylevyh chastic uvelichivayutsya v rezul'tate slipaniya do 10 mkm; ih orbity stanovyatsya pochti krugovymi. Akusticheskie udarnye volny, rasprostranyayushiesya v oblake pri szhatii protozvezdnogo sgustka veshestva i vozgoranii molodoi zvezdy, sposobstvuyut vozniknoveniyu neodnorodnostei v diske. Turbulentnye vihri uskoryayut dvizhenie chastic i vedut k vozniknoveniyu neskol'kih gazopylevyh utolshenii (uplotnenii) - "kolec szhatiya", raspadayushihsya zatem na bolee melkie. Effekt kol'cevogo szhatiya ne zavisit ot nachal'noi massy i razmerov diska i voznikaet pri formirovanii lyubyh planetnyh sistem.
Vnutri kolec v rezul'tate vnutrennih dinamicheskih processov formiruyutsya mnogochislennye pervonachal'nye gazopylevye sgusheniya. Krupnye chasticy prisoedinyayut k sebe melkie, voznikayut plotnye sgustki protoplanetnogo veshestva - planetezimali - zarodyshi planetnyh tel massami do 6× 1027 kg i razmerami svyshe 1-100 km, medlenno szhimayushiesya pod deistviem sobstvennogo tyagoteniya.
Raspad gazopylevogo diska s obrazovaniem "kolec szhatiya" i posleduyushim formirovaniem planetezimalei proishodit bystree, chem za 106 let. Na obrazovanie planetnyh tel zatrachivaetsya ne bolee 10-20% veshestva protoplanetnogo diska: osnovnaya massa kosmicheskoi pyli i gaza rasseivayutsya v mezhzvezdnom prostranstve.
Skorost' i napravlenie evolyucii protoplanetnogo oblaka zavisit ot ego massy. Rannee formirovanie massivnyh planetezimalei vedet k neustoichivosti protoplanetnogo diska, uskoryaet ego evolyuciyu. Prilivnoe vzaimodeistvie planetezimalei obuslovlivaet raspredelenie mass i orbit budushih planet.
Pri svoem dvizhenii vokrug novorozhdennoi zvezdy planetezimali sozdayut v prostranstve protoplanetnogo diska spiral'nye volny szhatiya i "akkumuliruyut" (sobirayut) iz nego veshestvo. Ih massa i razmery uvelichivayutsya do polnogo istosheniya protoplanetnogo diska, poka vse veshestvo iz okruzhayushego prostranstva ne vypadet na ih poverhnost'.
V okolozvezdnom prostranstve plotnost' veshestva protoplanetnogo oblaka umen'shaetsya namnogo bystree, nezheli na ego periferii: magnitnoe pole vrashayusheisya zvezdy uvlekaet raskalennuyu gazopylevuyu "smes'": veshestvo chastichno akkreciruet vdol' magnitno-silovyh linii na poverhnost' zvezdy, a chastichno "vytalkivaetsya" proch' ot nee; etomu sposobstvuet davlenie elektromagnitnogo izlucheniya i potokov elementarnyh chastic zvezdnogo vetra. Vokrug zvezdy na rasstoyanie desyatkov ee radiusov obrazuetsya pochti polnost'yu svobodnaya ot veshestva "zona prozrachnosti".
Pri uvelichenii razmerov planetezimalei svyshe 2000 km protoplanetnyi disk preobrazuetsya v utonchayusheesya so vremenem gazopylevoe kol'co, vnutrennyaya granica kotorogo razdelyaet zonu sformirovavshihsya planet ot zony, v kotoroi process planetoobrazovaniya eshe ne zavershilsya.
V techenie neskol'kih millionov let v bystro szhimayushemsya i redeyushem protoplanetnom diske mozhet sformirovat'sya neskol'ko gigantskih protoplanet. Sila ih tyagoteniya vmeste s vozmushayushim vozdeistviem spiral'nyh voln plotnosti sil'no izmenyaet harakteristiki dvizheniya protoplanet i ostatkov veshestva protoplanetnogo diska. V rezul'tate tormozheniya treniem v veshestve protoplanetnogo oblaka i rezonansnogo vzaimodeistviya so spiral'nymi volnami plotnosti oni teryayut svoyu mehanicheskuyu energiyu, razogrevayutsya i sblizhayutsya s formiruyusheisya zvezdoi. Vzaimnye vozmusheniya dvizheniya vedet k uvelicheniyu ekscentrisitetov orbit planetnyh tel: chast' protoplanet nachinaet vrashat'sya po sil'no vytyanutym ellipticheskim orbitam, a chast' priobretaet parabolicheskie ili dazhe giperbolicheskie orbity i navsegda pokidaet planetnuyu sistemu; naibol'shie shansy ucelet' imeyut protoplanety, vrashayushiesya po krugovym orbitam v "zone prozrachnosti" v neposredstvennoi blizosti ot molodoi zvezdy.
Pri "akkumulyacii" planetezimalei mehanicheskaya energiya padayushego na nih veshestva prevrashaetsya v teplovuyu: protoplanetnoe telo razogrevaetsya, i pri temperature svyshe 1500 K v centre tel nachinaetsya vydelenie gazov. Gravitacionnoe szhatie uvelichivaet temperaturu v nedrah tel do neskol'kih tysyach kel'vin. Razogrevu protoplanet sposobstvuet moshnaya udarnaya bombardirovka: mezhdu ih orbitami vrashayutsya milliardy melkih i mel'chaishih planetezimalei i sgustkov veshestva. V nedrah formiruyushihsya protoplanet nachinayutsya processy differenciacii (razdeleniya) planetnyh obolochek i degazacii: tyazhelye komponenty i soedineniya opuskayutsya vniz, k centru planety, a legkie podnimayutsya vverh, k poverhnosti. Davlenie, plotnost' i temperatura veshestva bliz centrov planet znachitel'no povyshayutsya i veshestvo kachestvenno izmenyaetsya: obrazuyutsya obolochki planet – pervichnoe yadro i mantiya, v rasplavlennyh nedrah generiruetsya magnitnoe pole, vydelyayushayasya pri rassloenii, gravitacionnom szhatii i raspade radioaktivnyh elementov energiya putem konvekcii perenositsya k poverhnosti planet. Legkie veshestva, vsplyvaya na poverhnost', obrazuyut pervichnye koru (litosferu), gidrosferu i atmosferu planety.
Tak obrazuyutsya planetnye tela, dal'neishaya evolyuciya kotoryh zavisit ot ih massy i rasstoyaniya do central'nogo svetila (zvezdy ili planety).
Tak, veroyatno, sformirovalos' bol'shinstvo izvestnyh seichas planetnyh sistem.
Formiruyushiesya protoplanetnye diski nablyudayutsya v infrakrasnom diapazone vokrug neskol'kih soten molodyh zvezd. U Vegi, a Liry, vnutrennii diametr diska sostavlyaet 44 a.e. pri vneshnem diametre 490 a.e.; nekotorye dannye ukazyvayut na sushestvovanie po krainei mere odnoi uzhe sformirovavsheisya planety-giganta vdvoe massivnee Yupitera na rasstoyanii 54 a.e. ot zvezdy. U Fomal'gaut, a Yuzhnoi Ryby vnutrennii diametr diska 51 a.e. pri vneshnem diametre 900 a.e. Planety sformirovalis' takzhe u zvezd b Zhivopisca i u e Eridana – v protoplanetnom diske diametrom 0,8/580 a.e. na rasstoyanii 60 a.e. ot zvezdy (massa planety okolo 0,32 massy Yupitera). V centre formiruyusheisya planetnoi sistemy ob'ekta NGC 2071 (1300 sv. let ot Zemli) nablyudaetsya protozvezda massoi okolo 1 M¤ , vokrug kotoroi vrashaetsya protoplanetnyi disk razmerami okolo 30 a.e. i massoi 0,01 M¤ , v nedrah kotorogo nachalos' obrazovanie planetezimalei.
 |
|
Ris. 3. Raschetnye modeli
morfologii planetnoi sistemy |
V rezul'tate razlichii v pervonachal'nom stroenii i sostave, masshtabah i osobennostyah turbulentnyh dvizhenii veshestva vnutri protoplanetnogo diska dannoi massy mogut obrazovat'sya planetnye sistemy s raznym kolichestvom planet s razlichnymi massami i zakonami mezhplanetnyh rasstoyanii. Odnako chislo vozmozhnyh variantov dlya protoplanetnogo oblaka s opredelennoi massoi konechno: Solnechnaya sistema mogla by imet' ne bolee 10 variantov stroeniya. Naibol'shii interes vyzyvayut varianty obrazovaniya planetnoi sistemy, v sostav kotoryh vhodit ob'ekt massoi ot 989 do 5050 MÅ , kotoryi v hode dal'neishei evolyucii neizbezhno prevrashaetsya v korichnevyi ili dazhe krasnyi karlik - redchaishii sluchai vozniknoveniya dvoinoi zvezdy, obladayushei planetnoi sistemoi s shirokoi "zonoi zhizni" mezhdu zvezdami i srazu za karlikom s maloi svetimost'yu. Esli zhe nachal'naya massa protoplanetnogo oblaka byla na 0,15 M¤ bol'she, chasticy oblaka slilis' by v edinyi zvezdopodobnyi sputnik Solnca.
Otkryto neskol'ko desyatkov gigantskih planetezimalei i planet-gigantov massoi 1,5 –2,5× 1027 kg, samostoyatel'no sformirovavshihsya iz sgustkov veshestva v nedrah plotnyh protozvezdnyh tumannostei.
Dalee izlagayutsya svedeniya ob obrazovanii Solnechnoi sistemy kak imeyushie naibol'shii nauchnyi i prakticheskii interes i naibolee podrobno izuchennyi chastnyi sluchai kosmogonii planetnyh sistem:
Szhatie protosolnechnogo oblaka massoi okolo 10 M¤ i posleduyushee otdelenie protoplanetnogo diska moglo byt' vyzvano udarnoi volnoi pri vspyshke Sverhnovoi na rasstoyanii sotni svetovyh let ot tumannosti; vzryv vnedril v ee sostav izotopy tyazhelyh himicheskih elementov, urana i toriya. Nachal'naya massa protozvezdnogo diska sostavlyala 0,01-0,1 M¤ .
Temperatura v central'noi ploskosti protoplanetnogo diska Solnechnoi sistemy umen'shalas' s udaleniem ot Solnca. Osobenno sil'no nagrevalas' blizhaishaya k zvezde "goryachaya" zona oblaka: na rasstoyanii v 1 a.e. temperatura sostavlyala 300-400 K.
Process obrazovaniya planet zemnoi gruppy v "goryachei zone" protoplanetnogo oblaka na rasstoyanii ot 0,3 do 2,5-3 a. e. ot Solnca zanyal okolo 100 millionov let.
Vrashenie magnitnogo polya molodogo Solnca, svetovoe izluchenie i potoki elementarnyh chastic solnechnogo vetra "vymetali" veshestvo iz blizhaishih okrestnostei Solnca, obrazuya "zonu prozrachnosti". V pervuyu ochered' udalyalis' legkie himicheskie elementy - vodorod i gelii, koncentraciya kotoryh postepenno sdvigalas' k granicam Solnechnoi sistemy, porozhdaya razlichie v himicheskom sostave planet zemnoi gruppy i planet-gigantov. Zona formirovaniya zemlepodobnyh planet ochistilas' ot pervichnogo gaza eshe do togo, kak planetezimali "nabrali" polovinu svoei okonchatel'noi massy. Sferoidal'nye chasticy-hondry iz tugoplavkogo silikatnogo veshestva i pyl' pod deistviem sil gravitacii i elektrostaticheskogo prityazheniya stali sblizhat'sya i slipat'sya, obrazuya sgustki hondritnogo veshestva. Oni koncentrirovalis' v ploskosti gazopylevogo diska i v rezul'tate treniya po spirali postepenno sblizhalis' s Solncem. Prisoedinyaya k sebe melkie sgustki i chasticy pyli, oni uvelichivalis' do kilometrovyh razmerov i stanovilis' planetezimalyami. Veroyatnost' vzaimodeistviya mnogochislennyh planetezimalei mezhdu soboi byla vysoka (1 stolknovenie v 1000 let); pri nebol'shoi vzaimnoi skorosti oni ob'edinyalis', pri vysokoi – razrushalis' na fragmenty, bystro vhodivshie v sostav drugih planetezimalei. Za 20000 let v protoplanetnom diske obrazovalis' sotni ob'ektov razmerom s Lunu; za posleduyushie 10 mln. let samye krupnye iz nih dostigli razmerov Zemli. Dal'neishemu uvelicheniyu massy, razogrevu, pervichnoi differenciacii nedr i dal'neishei evolyucii planet sposobstvovala intensivnaya udarnaya bombardirovka: obshaya massa veshestva mezhdu orbitami proto-Venery i proto-Marsa dostigala 0,01 MÅ .
Obrazovanie planet-gigantov proishodilo v "holodnoi zone" protoplanetnogo diska na rasstoyanii ot 4 do 40 a. e. ot Solnca, gde temperatura veshestva tumannosti umen'shalas' do 10-20 K v 10-20 a. e. ot Solnca. Chastic vodorodno-gelievyh "snezhinok" i vodyanogo l'da v etoi oblasti bylo v desyatki raz bol'she, nezheli pylinok. Process planetoobrazovaniya, veroyatno, shel v 2 etapa: vnachale obrazovalis' tverdye yadra massoi do 2 MÅ : u Yupitera za 30 millionov let, u Saturna za 200 millionov let, u Urana i Neptuna za 1 mlrd. let, posle chego na yadra nachinalos' vypadenie (akkreciya) gaza iz okruzhayushego prostranstva, prodolzhavsheesya ot 1 do 10 millionov let, pri etom temperatura naruzhnyh sloev Yupitera dostigala 5000 K, a Saturna - 2000 K, chto opredelilo silikatnyi sostav ih blizhaishih sputnikov. Nizkoe soderzhanie vodoroda i geliya v atmosferah Urana i Neptuna ob'yasnyaetsya tem, chto k momentu okonchaniya pervogo etapa ih formirovaniya solnechnyi veter "vymel" eti gazy za predely Solnechnoi sistemy.
Ryad uchenyh predpolagaet, chto obrazovanie planet-gigantov iz sgustkov veshestva protozvezdnoi tumannosti nachalos' eshe v epohu formirovaniya proto-Solnca. Takzhe est' gipoteza o tom, chto nachal'nye etapy formirovanii Urana i Neptuna proishodili znachitel'no blizhe k Solncu, a izmenenie orbit ih planetezimalei proizoshlo v rezul'tate vozmushayushego vzaimodeistviya s pra-Yupiterom, pra-Saturnom i drugih planetezimalyami, chast' kotoryh pri etom pokinula predely Solnechnoi sistemy, a drugie stali sputnikami planet-gigantov (Triton, Feba i dr.) ili stolknulas' s nimi. Naibolee krupnye sputniki i sistemy kolec, predpolozhitel'no, sformirovalis' v akkrecionnom diske planet-gigantov.
V promezhutke mezhdu "goryachei" i "holodnoi" zonami protoplanetnogo oblaka iz veshestva obshei massoi do 8× 1024 kg obrazovalos' neskol'ko desyatkov planetezimalei razmerami svyshe 1000 km. Naibolee krupnye imeli razmery do 8000 km, v ih nedrah proishodili processy chastichnoi differenciacii veshestva s obrazovaniem zheleznogo (zhelezokamennogo) yadra. Vse oni obladali ochen' neustoichivymi, podverzhennymi vozmushayushemu vliyaniyu Yupitera orbitami. V rezul'tate gravitacionnogo vzaimodeistviya i stolknovenii mezhdu soboi i bolee melkimi planetezimalyami v techenie pervogo milliarda let sushestvovaniya Solnechnoi sistemy chast' etih tel pokinula ee predely. Ostavshiesya izmenili harakteristiki svoih orbit i (ili) podverglis' drobleniyu i razrusheniyu na melkie oskolki, obrazovavshie poyas asteroidov. Chast' asteroidov obrazovalas' putem slipaniya melkih planetezimalei pri ih vzaimodeistvii (stolknoveniyah) mezhdu soboi, chto velo k ih uplotneniyu; za schet radioaktivnogo raspada elementov (v osnovnom, izotopa 26Al) ih nedra razogrevalis'. V dal'neishem stolknoveniya priveli k razrusheniyu i drobleniyu roditel'skih tel. V rezul'tate vozmushenii so storony planet-gigantov ih orbity postoyanno izmenyalis'; v nastoyashee vremya v poyase asteroidov ostalas' lish' 1/2000 chast' nachal'nogo veshestva. Melkie reliktovye planetezimali mogli sohranit'sya do nashego vremeni.
Kometnye yadra i kentavry obrazovalis' analogichnym putem v "holodnoi" zone protoplanetnogo oblaka na rasstoyanii do 50 a. e. ot Solnca, gde ucelelo ogromnoe chislo melkih i mel'chaishih planetezimalei: tak voznikli kometnye poyasa mezh orbitami planet-gigantov. Znachitel'nuyu chast' kometnyh yader byla "vybroshena" gravitacionnymi vozmusheniyami formiruyushihsya planet-gigantov na okrainy Solnechnoi sistemy i, chastichno, v mezhzvezdnoe prostranstvo: tak obrazovalis' poyas Koipera i okruzhayushee Solnechnuyu sistemu sfericheskoe oblako Hillsa i kvazisfericheskoe oblako Oorta.
Svoeobrazie harakteristik dvizheniya planet: raznyi naklon osi vrasheniya k ploskosti ekliptiki (u Urana pod uglom 97œ 55¢ ), razlichnye periody osevogo vrasheniya (u Venery - obratnoe vrashenie vokrug svoei osi), vozmozhno, obuslovleno prilivnymi vzaimodeistviyami planetezimalei i (ili) mnogochislennymi pryamymi i frontal'nymi soudareniyami krupnyh planetezimalei s melkimi na poslednih stadiyah obrazovaniya iz veshestva protoplanetnogo diska.
Ustoichivost' i pochti krugovaya forma orbit bol'shinstva planet Solnechnoi sistemy, veroyatno, obuslovleny stabiliziruyushim vliyaniem tyagoteniya Solnca i Yupitera: samaya massivnaya planeta vrashaetsya v 5 a.e. ot Solnca po orbite s malym ekscentrisitetom (0,04).
Izlozhenie novogo materiala zavershaetsya kratkim opisaniem struktury, sostava i stroeniya Solnechnoi sistemy:
Solnechnaya sistema - sistema kosmicheskih ob'ektov, sostoyashaya iz zvezdy klassa G2 Solnce i vrashayushihsya vokrug nee pod deistviem sil tyagoteniya planetnyh tel: 9 bol'shih planet - Merkuriya, Venery, Zemli, Marsa, Yupitera, Saturna, Urana, Neptuna, Plutona; 62 izvestnyh sputnikov planet (planetoidov i asteroidov); 105-106 malyh planet - asteroidov; 1013-1014 komet i beschislennogo mnozhestva meteornyh tel, kosmicheskoi pyli i gaza. Prostranstvo Solnechnoi sistemy razmerami svyshe 3× 1016 m yavlyaetsya nositelem gravitacionnyh i magnitnyh polei i pronizano elektromagnitnym izlucheniem i potokami elementarnyh chastic. Vozrast Solnechnoi sistemy 4,5-5 milliardov let.
Solnce sosredotochivaet v sebe 99,866% massy Solnechnoi sistemy, na dolyu bol'shih planet prihoditsya 0,134% massy, sputnikov planet - 0,00004%, asteroidov - 0,0000001%, komet - 0,0003% i meteornyh chastic 0,000000000001%. Geometricheskii centr Solnechnoi sistemy prakticheski sovpadaet s centrom Solnca.
Bol'shie planety Solnechnoi sistemy obrashayutsya vokrug Solnca v napravlenii ego osevogo vrasheniya po pochti krugovym orbitam, slabo naklonennym drug k drugu i lezhashim vblizi ploskosti solnechnogo ekvatora. Bol'shinstvo planet vrashaetsya vokrug svoei osi v tom zhe napravlenii. Sputniki planet v osnovnom vrashayutsya vokrug planet v tom zhe napravlenii, v kotorom proishodit osevoe vrashenie planet, no nekotorye, samye dalekie sputniki planet obladayut obratnym dvizheniem. Bol'shinstvo orbit asteroidov lezhit mezhdu orbitami Marsa i Yupitera. Otkryty sotni silikatno-ledyanyh i ledyanyh planetoidov, kentavrov i kometnyh yader poyasa Koipera, orbity kotoryh lezhat za orbitoi Plutona na rasstoyanii okolo 50-70 a. e. ot Solnca. Obshee chislo meteoroidov razmerami svyshe 1 km na rasstoyanii do 100 a.e. ot Solnca dostigaet 1 milliona. V gigantskom oblake kometnyh yader, okruzhayushem Solnechnuyu sistemu, vydelyayut 2 sloya: sfericheskoe oblako Hillsa iz 1013-1014 ledyanyh meteoroidov na rasstoyanii do 20000 a.e. i kvazisfericheskoe oblako Oorta iz 1011-1012 ob'ektov na rasstoyanii do 105 a. e. ot Solnca. Pod deistviem vozmushenii ot prohodyashih vblizi zvezd kometnye yadra v oblake menyayut svoi orbity i chast' ih ustremlyaetsya vnutr' Solnechnoi sistemy; orbity izvestnyh komet obladayut bol'shim ekscentrisitetom i naklonom k ekliptike.
Za granicu Solnechnoi sistemy prinimayut rasstoyanie ot Solnca do geliopauzy - tochki, v kotoroi davlenie solnechnogo vetra uravnoveshivaetsya davleniem mezhzvezdnoi sredy.
 |
|
Ris. 4. Stroenie Solnechnoi sistemy |
Srednie rasstoyaniya planet ot Solnca podchinyayutsya empiricheskomu zakonu, sformulirovannomu v konce XVIII veka astronomami I. Ticiusom i I. Bode: r = 0.3*2n + 0.4 (a. e.), gde r - rasstoyanie ot planety do Solnca. Dlya Merkuriya n = -¥ ; dlya Venery n = 0; dlya Zemli n = 1; dlya Marsa n = 2; dlya Yupitera n = 4 i t. d.
V nastoyashee vremya blizhaishei k Solnechnoi sisteme zvezdoi yavlyaetsya Proksima Centavra, krasnyi karlik (11,05m), komponent troinoi zvezdnoi sistemy a Centavra, raspolozhennaya na rasstoyanii 270 000 a.e. (4,2 svetovyh goda). V techenii blizhaishego milliona let okolo Solnechnoi sistemy na rasstoyanii do 0,5 sv. goda (30 000 a.e.) proidet 8 zvezd; naibol'shee sblizhenie ispytaet krasnyi karlik Glize 710 (M* ~ 0,3M¤ ) iz sozvezdiya Zmeenosca.
Izuchennyi material zakreplyaetsya v hode obshei besedy po voprosam, ne do konca ponyatym ili osobo interesnym shkol'nikam i pri sostavlenii obobshayushih i klassifikacionnyh tablic i shem:
- Sostav'te obshuyu klassifikacionnuyu
shemu "Planetnye tela" (ris. 5):
Ris. 5 - Sostav'te tablicu 2, obobshayushuyu svedeniya o planetnyh telah:
|
Tipy kosmicheskih tel |
Klassy kosmicheskih tel |
Gruppy kosmicheskih tel |
Energetika |
Sistemy, obrazuemye dannymi gruppami i klassami kosmicheskih tel |
Na dannom uroke ucheniki lish' nachinayut rabotu nad sostavleniem tablicy 2. Ona prodolzhaetsya na protyazhenie vseh urokov po dannoi teme i okonchatel'no zavershaetsya na poslednem zanyatii. Obychnym shriftom v tablice vypisany bazovye dannye, kursivom – rasshirennye i uglublennye (dlya uchashihsya fiziko-matematicheskih klassov i osobo odarennyh uchenikov).
Tabl. 2
Planetnye tela
|
Tipy kosmicheskih tel |
Klassy kosmicheskih tel | Gruppy kosmicheskih tel: | Energetika | Sistemy, obrazuemye dannymi gruppami i klassami kosmicheskih tel: |
| Planetnye tela -
kosmicheskie tela massoi ot 10-17 kg
do 1027 kg. Planetnye tela: prostranstvenno-obosoblennye, gravitacionno-svyazannye, neprozrachnye dlya izlucheniya massy veshestva v intervale ot 10-17 kg do 1027 kg |
Meteoroidy- imeyushie proizvol'nuyu formu, odnorodnye po stroeniyu ob'ekty massami do 1022 kg | Meteornye chasticy -
mel'chaishie chasticy tverdogo
kosmicheskogo veshestva massami svyshe10-17
kg i razmerami svyshe 10-7 m,
vhodivshie v sostav protozvezdnoi
tumannosti ili obrazovavshiesya pri
slipanii etih chastic v processe
formirovaniya protoplanetnogo diska, pri
droblenii i raspade asteroidov i komet i
vybrosah chastic korennyh porod
planetnyh tel pri ih stolknoveniyah s
asteroidami i kometami i izverzheniyah
vulkanov. Komety: ob'ekty massami ot 1011 kg do 1017 kg, razmerami 102 - 105 m, sformirovavshiesya vo vneshnih oblastyah holodnoi zony protoplanetnogo oblaka, otlichayushiesya bol'shim ekscentrisitetom orbit (0< e< 1) i himicheskim sostavom yader, soderzhashim do 90 % massy komety i sostoyashim v osnovnom iz l'da i zamerzshih gazov (SO, SO2 i t.d.), s primes'yu neletuchih veshestv. Asteroidy (malye planety): massami do 7× 1022 kg, razmerami do 105 m, obrazovavshiesya pri droblenii i raspade planetezimalei na granice goryachei i holodnoi zon protoplanetnogo oblaka i sostoyashie v osnovnom iz silikatnyh porod i soedinenii metallov |
Mehanicheskaya energiya
dvizhushegosya tela (kineticheskaya energiya
dvizhushihsya tel, potencial'naya energiya
tel v pole tyagoteniya). Himicheskaya energiya, vydelyayushayasya v yadre pri prohozhdenii perigeliya. Mehanicheskaya energiya dvizhushegosya tela |
Pylevye sputniki planet:
nahodyashiesya v tochkah Lagranzha skopleniya
meteornyh chastic. Meteornye potoki - toroidal'nye skopleniya meteornyh chastic, s plotnost'yu10-29 - 10-24 kg/m3 i vremenem sushestvovaniya do 105 let, voznikayushie pri raspade yader komet i dvizhushiesya vdol' ih orbit. Pylevaya sostavlyayushaya mezhplanetnoi sredy so srednei plotnost'yu 10-25 kg/m3, sostoyashaya na 98% iz meteornyh chastic, vhodivshih ranee v sostav komet, 1 - 2% veshestva asteroidov i menee 1% chastic veshestva protoplanetnogo oblaka. Semeistva komet vydelyayutsya na osnove blizosti afeliya kometnoi orbity k orbite planety; vydelyayut semeistvo Yupitera (4,1< a< 8,5 a.e., T » 3,5-15 let) semeistvo Saturna (10,99< a< 17,93 a.e.) semeistvo Urana (a » 20 a.e.); semeistvo Neptuna (30< a< 38 a.e.) Poyas Koipera - istochnik korotkoperiodicheskih komet, toroidal'noe skoplenie kometnyh yader obshim chislom do 2 × 105 ob'ektov na rasstoyanii 35 - 50 a.e. ot Solnca. Oblako Oorta - sfericheskoe skoplenie kometnyh yader obshei chislennost'yu do 1012 ob'ektov, sformirovavsheesya okruzhayushee Solnechnuyu sistemu na rasstoyanii 0,5 - 15× 105 a.e. ot Solnca s periodom obrasheniya 106 - 107 let. Semeistva asteroidov - gruppy asteroidov, vydelyaemye na osnove shodstva elementov orbit, obuslovlennom obshnost'yu proishozhdeniya. Poyas asteroidov - toroidal'noe skoplenie 98 % asteroidov obshei chislennost'yu do 105 - 107 tel massoi do 3,5 × 1020 kg, na rasstoyanii 2,2 < a < 3,6 a.e. ot Solnca, mezhdu orbitami Marsa i Yupitera. Melkie sputniki planet |
| Planetnye tela | Planetoidy - ob'ekty massami ot 1022 kg do 1023 kg, imeyushie sfericheskuyu formu, no sravnitel'no odnorodnoe ili slabodiffrencirovannoe vnutrennee stroenie | Silikatno-ledyanye
planetoidy so srednei plotnost'yu
veshestva 103 - 3 × 105
kg/m3 i sostoyashie na 20 % - 90 % iz
l'da i zamerzshih gazov SO2 ,NN4
i t.d. s primes'yu neletuchih veshestv,
okruzhayushih yadro iz silikatnyh porod. Silikatnye (lunopodobnye) so srednei plotnost'yu veshestva 3× 105 - 3,5 × 105 kg/m3, sostoyashie v osnovnom iz tverdyh silikatnyh porod |
Raspad radioaktivnyh
elementov v nedrah ob'ekta; gravitacionnaya energiya sistemy "sputnik - planeta", mehanicheskaya energiya dvizheniya |
Krupneishie ob'ekty
poyasa Koipera (v Solnechnoi sisteme -
Pluton, Hiron i dr.). Sputniki planet, vrashayushiesya vokrug bolee massivnyh ob'ektov (obshego centra tyazhesti) pod deistviem sil tyagoteniya: silikatno-ledyanye(Evropa, Ganimed, Kallisto, Titan, Triton i dr.). - silikatnye (Luna, Io i dr.). Krupneishie malye planety (Cerera, Vesta, Yunona, Pallada) |
| Korichnevye karliki - ob'ekty s massoi okolo1028 kg, zanimayushie promezhutochnoe polozhenie mezhdu planetnymi telami i zvezdami | Energiya gravitacionnogo szhatiya; vremya vyhoda na glavnuyu posledovatel'nost' svyshe 15 mlrd. let | Planetnye sistemy. Dvoinye zvezdnye sistemy |
||
Zamechaniya, rekomendacii i dopolneniya k metodike provedeniya uroka:
1. Po mneniyu V.V. Radzievskogo [240], poskol'ku v nashe vremya v ponyatie okruzhayushei sredy postepenno vklyuchaetsya blizhnii kosmos, neobhodimo usilenie akcenta na teme "Stroenie Solnechnoi sistemy" i "Fizicheskaya priroda tel Solnechnoi sistemy".
2. V stat'e E.A. Koryakinoi, E.D. Syrnevoi "Izuchenie temy "Proishozhdenie i razvitie nebesnyh tel" [110] rassmatrivaetsya metodika izucheniya voprosov kosmogonii planetnyh sistem i planetnyh tel v programme kursa astronomii 70-h godov. Nesmotrya na nekotoroe faktologicheskoe starenie materiala (za poslednie 30 let uchenymi razrabotana podrobnaya teoriya obrazovaniya planetnyh sistem i planetnyh tel, podtverzhdennaya dannymi astronomicheskih nablyudenii i komp'yuternogo modelirovaniya), publikacii ne poteryala svoei metodicheskoi znachimosti. Avtory rekomenduyut provodit' urok v forme lekcii s elementami besedy ili v forme seminara s privlecheniem materiala po istorii astronomii. "Vtoroi variant kazhetsya bolee udachnym, tak kak on raznoobrazit metodiku provedeniya urokov po astronomii i etim dopolnitel'no vozbuzhdaet interes uchashihsya… pri podgotovke i provedenii seminara maksimal'no realizuetsya ideya samostoyatel'noi raboty uchenikov. Podgotovka k nemu idet pod rukovodstvom uchitelya, kotoryi zaranee sostavlyaet plan, podbiraet literaturu iz imeyusheisya v shkol'noi biblioteke. Zadanie dlya podgotovki daetsya s tem, chtoby uchashiesya imeli po krainei mere dve nedeli dlya samostoyatel'noi raboty. V eti zhe nedeli uchitel' naznachaet vremya konsul'tacii… Podgotovka mozhet byt' differencirovannoi: uchashimsya, sidyashim v odnom ryadu, rekomenduetsya opredelennaya gruppa voprosov i odinakovaya literatura, chtoby na uroke byli ne tol'ko soobsheniya uchenikov, a mogla vozniknut' svoeobraznaya diskussiya. Uchitel' dolzhen obobshit' rasskazy uchashihsya, a v processe seminara dat' im vozmozhnost' uiti v storonu ot glavnoi temy. Osnovnoe vnimanie udelyaetsya gipoteze O.Yu. Shmidta. K uroku uchashiesya mogut izgotovit' fotogazetu dlya raboty s epidiaskopom, ispol'zuya dlya nee illyustracii iz zhurnalov i sobstvennye shematicheskie zarisovki, otrazhayushie harakteristiki Solnechnoi sistemy, fazy razvitiya protoplanetnogo oblaka i t.d. Plan uroka ne zavisit ot formy ego provedeniya. Na uroke rassmatrivayutsya voprosy:
- Stroenie Solnechnoi sistemy.
- Zakonomernosti, deistvuyushie v Solnechnoi sisteme.
- Postanovka problemy proishozhdeniya Zemli i planet.
- Soderzhanie pervyh kosmogonicheskih gipotez Kanta i Laplasa.
- Nesostoyatel'nost' gipotezy Laplasa.
- Sovremennaya gipoteza obrazovaniya gazopylevogo oblaka okolo Solnca.
- Razvitie gazopylevogo oblaka okolo Solnca. Rol' Solnca pri etom.
- Obrazovanie Zemli i drugih planet iz holodnyh chastic.
- Ob'yasnenie na osnove gipotezy O.Yu. Shmidta osnovnyh zakonomernostei, harakternyh dlya Solnechnoi sistemy.
- O.Yu. Shmidt – polyarnik, matematik, kosmogonist.
- Razvitie zhizni na Zemle.
| << Predydushaya |
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha
Publikacii so slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
