Metodika prepodavaniya astronomii| << Predydushaya |
Metodika provedeniya 4
uroka
"Planety Solnechnoi sistemy i ekzoplanety"
Cel': znakomstvo uchashihsya s fizicheskoi prirodoi planet na primere rassmotreniya osnovnyh harakteristik planet Solnechnoi sistemy.
Zadachi obucheniya:
Obsheobrazovatel'nye: formirovanie ponyatii o planetah kak klasse kosmicheskih tel:
- ob osnovnyh fizicheskih
harakteristikah planet: masse, razmerah,
plotnosti, himicheskom sostave, vnutrennem
stroenii;
- o klassifikacii planet v zavisimosti ot ih
proishozhdeniya, plotnosti i himicheskogo
sostava i o harakteristikah grupp
zemlepodobnyh planet i planet-gigantov;
- o fizicheskoi prirode i osnovnyh
harakteristikah zemlepodobnyh planet
Solnechnoi sistemy (Merkurii, Venere, Marse);
- o fizicheskoi prirode i osnovnyh planet-gigantov
Solnechnoi sistemy (Yupitere, Saturne, Urane,
Neptune);
- o vnesolnechnyh planetah.
Vospitatel'nye: formirovanie nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya v hode znakomstva s istoriei izucheniya i prirodoi planet Solnechnoi sistemy i ekzoplanet. Patrioticheskoe vospitanie pri oznakomlenii s rol'yu rossiiskoi nauki i tehniki v issledovanii planet sredstvami astronomii i kosmonavtiki. Politehnicheskoe obrazovanie i trudovoe vospitanie pri izlozhenii svedenii ob ustroistve AMS i o prakticheskom primenenii rezul'tatov issledovaniya planet Solnechnoi sistemy.
Razvivayushie: formirovanie umenii analizirovat' informaciyu, sostavlyat' klassifikacionnye tablicy i shemy, reshat' zadachi na raschet osnovnyh fizicheskih harakteristik astronomicheskih instrumentov (teleskopov) i kosmicheskih tel.
Ucheniki dolzhny znat':
- osnovnye harakteristiki planet
kak klassa kosmicheskih tel;
- osnovnye gruppy planet i predstaviteli
etih grupp v Solnechnoi sisteme;
- ob osnovnyh fizicheskih harakteristikah
planet Solnechnoi sistemy: dvizhenii, masse,
razmerah i plotnosti (v sravnenii s zemnymi),
vnutrennem stroenii, rel'efe, fizicheskih
usloviyah na poverhnosti i osobennostyah
proishozhdeniya;
- ob evolyucii planet Solnechnoi sistemy;
- ob osnovnyh fizicheskih harakteristikah
vnesolnechnyh planet.
Ucheniki dolzhny umet': sostavlyat' klassifikacionnye tablicy i shemy; reshat' zadachi na raschet harakteristik kosmicheskih tel; ispol'zovat' obobshennyi plan dlya izucheniya kosmicheskih ob'ektov.
Naglyadnye posobiya i demonstracii:
- fotografii, shemy i risunki
planet iz kosmosa, osnovnyh detalei ih
rel'efa, vnutrennego stroeniya planetoidov;
- diapozitivy iz serii slaid-fil'mov "Illyustrirovannaya
astronomiya": "Stroenie Solnechnoi
sistemy"; "Planety Solnechnoi sistemy";
"Solnce i ego sem'ya";
- diafil'my (fragmenty diafil'mov): "Astrofizicheskie
metody nablyudenii"; "Solnechnaya sistema";
"Planety i malye tela Solnechnoi sistemy";
"Planety"; "Planety-giganty";
- kinofil'my (fragmenty kinofil'mov):
"Planetnaya sistema" ("Solnechnaya
sistema"); videofil'm "Bol'shoi Tur"
(SShA);
- tablicy: "Solnechnaya sistema"; "Planety";
- naglyadnye posobiya: demonstracionnaya
model' planetnoi sistemy; karta dvizheniya
planet; globus Marsa; obrazcy gornyh porod i
mineralov (bazal'ty, limonit, olivin i t.d.).
Zadanie na dom:
1) Po uchebniku astronomii:
- B.A. Voroncov-Vel'yaminova:
§§ 18, 19 (1,3); voprosy k paragrafam.
- E.P. Levitana: povtorit' §§ 14, 15 (1, 2);
voprosy k paragrafam.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: § 19 (1-5, 7);
upr. 19.9.
2. Vypolnit' zadaniya iz sbornika zadach Voroncova-Vel'yaminova B.A. [28]: 251; 319; 320; 322; 323.
3. Dopolnitel'nye zadaniya lya uchashihsya fiziko-matematicheskih klassov: vypolnit' zadaniya iz sbornika olimpiadnyh zadach V.G. Surdina [289]: 10.24; 10.25; 11.6; 9.
Plan uroka
|
Etapy uroka |
Soderzhanie |
Metody izlozheniya |
Vremya, min |
|
1 |
Povtorenie i aktualizaciya astronomicheskogo materiala |
Beseda |
5-7 |
|
2 |
Izlozhenie novogo materiala: 1) Planety: obshie svedeniya.2) Planety zemnoi gruppy: osnovnye fizicheskie harakteristiki, atmosfery, rel'ef, usloviya na poverhnosti. 3) Evolyuciya planet zemnoi gruppy. 4) Planety-giganty: osnovnye fizicheskie harakteristiki, atmosfery 5)Ekzoplanety |
Lekciya, rasskaz uchitelya |
25-30 |
|
3 |
Zakreplenie materiala, reshenie zadach |
Rabota po gruppam, beseda |
5-7 |
|
4 |
Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie |
3 |
|
Metodika izlozheniya materiala
V nachale uroka provoditsya tradicionnoe povtorenie i aktualizaciya uchebnogo materiala, izuchennogo na vseh predydushih urokah. Chast' uchenikov vypolnyaet v eto vremya sootvetstvuyushie programmiruemye zadaniya. Osnovnoe vnimanie sleduet udelit' voprosam o fizicheskoi prirode, proishozhdenii i osnovnyh harakteristikah otdel'nyh grupp i klassov planetnyh tel:
1. Opredelite ponyatiya "planetnoe
telo"; "planetnaya sistema"; "planeta";
"planetoid"; "meteoroid".
2. Po kakim principam klassificiruyutsya
planetnye tela i planetnye sistemy?
3. Chto vy znaete ob osnovnyh klassah i
gruppah planetnyh tel?
4. Chto vy znaete o planetah? Kakie gruppy
planet vy znaete? Nazovite otlichiya mezhdu
gruppami planet: v osnovnyh fizicheskih
harakteristikah, proishozhdenii i
vnutrennem stroenii. Kakie planety
Solnechnoi sistemy yavlyayutsya zemlepodobnymi?
Kakie planety Solnechnoi sistemy yavlyayutsya
planetami-gigantami?
Uchitel' popravlyaet, utochnyaet, obobshaet otvety uchashihsya. Svedeniya o Zemle mozhno special'no ne povtoryat': ves' material uroka postroen na postoyannom sravnenii dannyh o planetah Solnechnoi sistemy s sootvetstvuyushimi harakteristikami Zemli. Pri izlozhenii novogo materiala sleduet eshe raz obratit' vnimanie uchenikov na kosmogonicheskie prichiny razlichii mezhdu osnovnymi gruppami planet i to, chto fizicheskie usloviya na poverhnosti kazhdoi planety kak i vse ostal'nye ee harakteristiki i svoistva zavisyat massy planety, ee rasstoyaniya ot Solnca i ot osobennostei ee evolyucii.
Vnachale izlagayutsya svedeniya o planetah zemnoi gruppy:
V gruppu etih planet vhodyat Merkurii, Venera, Zemlya i Mars, sostoyashie v osnovnom iz silikatnyh porod, soedinenii zheleza i drugih tyazhelyh himicheskih elementov. Vnutrennee stroenie etih planet otrazheno na ris. 133.
Merkurii - blizhaishaya k Solncu planeta Solnechnoi sistemy. Massa Merkuriya 0,0551 zemnoi, diametr - 4878 km, srednyaya plotnost' 5,44 g/sm3. Orbita Merkuriya obladaet bol'shim ekscentrisitetom (0,206) i naklonom k ekliptike (7œ ). Prilivnoe deistvie Solnca pridalo planete rezonansnyi nesinhronnyi harakter dvizheniya: sidericheskii period obrasheniya Merkuriya - 87,97d, a period vrasheniya - 58,65d: Merkurii delaet 3 oborota vokrug svoei osi za 2 merkurianskih goda, povorachivayas' k Solncu to odnoi, to drugoi storonoi. Osobennosti orbital'nogo dvizheniya Merkuriya priveli k neravnomernosti vidimogo dvizheniya Solnca v nebe planety: v afelii Solnce peremeshaetsya v nebe ochen' medlenno, a v perigelii, kogda skorost' orbital'nogo dvizheniya prevyshaet skorost' vrasheniya planety, Solnce pochti nedelyu dvizhetsya po nebu "vspyat'".
 |
Merkurii poluchaet v 6 raz bol'she solnechnoi energii na edinicu ploshadi poverhnosti, nezheli Zemlya - ot 9,15 do 11 kVt/m2, poetomu na ekvatore Merkuriya v polden' temperatura podnimaetsya do +427œ S/+510œ S, no v polnoch' opuskaetsya do -183œ S/-210œ S: u Merkuriya prakticheski net atmosfery, davlenie gazovoi obolochki, sostoyashei iz geliya i, v neznachitel'noi stepeni, vodoroda, neona i argona, v 500 mlrd. raz slabee, chem u poverhnosti Zemli. Postoyanno rasseivayushayasya atmosfera Merkuriya nepreryvno popolnyaetsya gazom iz solnechnoi atmosfery. Teplovoi potok iz nedr planety prenebrezhimo mal. Merkurii obladaet slabym magnitnym polem (0,7-1,0% napryazhennosti zemnogo).
Poverhnost' Merkuriya ves'ma napominaet poverhnost' Luny, ona vsya izryta kraterami udarnogo proishozhdeniya, nazvannymi v chest' pisatelei, hudozhnikov, kompozitorov (Dostoevskii (600 km), Tolstoi (300 km), Bethoven, Roden, Pushkin i t.d.). Chast' kraterov obladaet svetlymi luchevymi sistemami. Vysota gor Antoniadi i Skiaparelli dostigaet 2 - 4 km; mnogochislennye eskarpy - obryvy (sbrosy) imeyut protyazhennost' ot 20 do 500 kilometrov i vysotu do 2-3 km. Na issledovannom uchastke poverhnosti obnaruzheny lish' nebol'shie "morya"- ravniny Zhary (diametrom 1300 km), Susei, Tir, Budh, Sobkou i Severnaya ravnina (ris. 255-256). Predpolozhitel'no, porody litosfery slozheny v osnovnom obednennymi zhelezom gabbroidami i anortozitami.
 |
| Ris. 17. Stroenie i fizicheskie harakteristiki atmosfery Venery |
Venera - blizhaishaya k Zemle planeta, pochti sovpadayushaya s nei po razmeram i masse, no blizost' Venery k Solncu obuslovila v 2 raza bol'shii pritok energii na edinicu ploshadi poverhnosti i porodila ryad sushestvennyh otlichii v evolyucii planet.
Prilivnoe deistvie Solnca pochti uravnyalo po prodolzhitel'nosti sidericheskii venerianskii god (224,7d) i venerianskie sutki (243,02d). Venera vrashaetsya vokrug svoei osi v obratnom napravlenii po otnosheniyu k bol'shinstvu planet. Teplovoi potok iz nedr planety ves'ma znachitelen (10-5 Vt/sm2) i podderzhivaet moshnye vulkanicheskie processy v litosfere Venery, tektonicheskaya aktivnost' nedr planety nevysoka. Venera obladaet ochen' slabym magnitnym polem, zahvachennym i szhatym iz magnitnogo polya mezhplanetnogo prostranstva. Kak i u Merkuriya, u Venery net sputnikov planety.
Osnovnoi detal'yu rel'efa Venery yavlyayutsya ravniny – ploskie ili slaboholmistye kamennye pustyni, zanimayushie 75-80% ploshadi ee poverhnosti. Svoeobraznymi formami venerianskogo rel'efa yavlyayutsya tessery (8% ploshadi planety) - platoobraznye vozvyshennosti, poverhnost' kotoryh predstavlyaet soboi haoticheskoe nagromozhdenie tektonicheskih struktur, i vency – kol'cevye struktury diametrom v neskol'ko soten kilometrov, voznikshie vsledstvie deistviya podnimayushihsya mantiinyh plyumov. Vydelyayut tri materika: zemlya Ishtar, zemlya Afrodity, oblast' Beta, i moshnye gornye massivy - vysota krupneishih gor Maksvella dostigaet 11 km. Chislo kraterov udarnogo proishozhdeniya i vulkanov (v tom chisle deistvuyushih) otnositel'no neveliko.
Pochti vse detali rel'efa nosyat zhenskie imena: ravniny nazvany v chest' mifologicheskih personazhei (Rusalki, Snegurochki, Baby-Yagi); krupnye kratery - v chest' vydayushihsya zhenshin, a malen'kie - lichnymi zhenskimi imenami. Sostav venerianskih porod v raionah posadok AMS "Venera" i "Vega" blizok k sostavu zemnyh bazal'tov, vstrechayushihsya na okeanskih ostrovah (toleitovye i subshelochnye bazal'ty).
Moshnaya atmosfera Venery dolgo skryvala ot zemnyh nablyudatelei poverhnost' planety. Issledovaniya himicheskogo sostava i stroeniya atmosfery i poverhnosti planety byli proizvedeny s pomosh'yu AMS "Venera" i "Vega" (SSSR), "Mariner", "Pioner-Venera" i "Magellan" (SShA).
Sostav atmosfery Venery: SO2 » 95,5%; N2 » 3,5%, ostal'nye gazy okolo 0,1%. Vysokoe soderzhanie uglekislogo gaza porodilo moshnyi parnikovyi effekt, blagodarya kotoromu temperatura vblizi poverhnosti sostavlyaet ot +470œ S do +600œ S pri davlenii 93-95 atm. V rezul'tate yavleniya superrotacii pochti vsya atmosfera Venery vrashaetsya, obgonyaya vrashenie planety.
V yarkom, zhelto-zelenom u gorizonta i oranzhevo-krasno-bagryanom v zenite, zakrytom vechnymi tuchami nebe nikogda ne proglyadyvaet Solnce. Trehsloinye oblaka Venery razlichayutsya razmerami i koncentraciei chastic, i sostoyat v verhnem yaruse v znachitel'noi mere iz mel'chaishih kapelek sernoi kisloty, a nizhe - iz kristallikov sery. Gremyat grozy. Skorost' vozdushnyh potokov v glavnom sloe oblakov dostigaet 100 m/s, odnako nizhe vysoty 45-50 km nebo pochti vsegda bezoblachno i pochti bezvetrenno. U poverhnosti planety skorost' vetra ne prevyshaet 1 - 5 m/s, osadkov pochti ili sovsem ne vypadaet.
 |
|
Ris. 18. Stroenie i |
Mars - samaya znamenitaya planeta Solnechnoi sistemy. Mars imeet massu 6,42× 1023 kg, pochti v 9 raz men'she Zemli po masse i vdvoe po razmeram: diametr planety 6776 km. Mars v 1,5 raza dal'she ot Solnca, orbita Marsa obladaet bol'shim ekscentrisitetom (0,0934); marsianskii god vdvoe dol'she zemnogo (687d), a sutki na Zemle i Marse (24,6h) pochti sovpadayut. Na edinicu ploshadi poverhnosti Marsa padaet lish' 43% ot toi energii Solnca, chto padaet na zemnuyu poverhnost'. Sovremennyi teplovoi potok iz nedr Marsa sostavlyaet okolo 4× 10-6 Vt/sm2. U Marsa obnaruzheno ochen' slaboe magnitnoe pole.
Sostav atmosfery Marsa: SO2 » 95%, N2 » 2,5%, Ar » 1,6%. Davlenie razrezhennoi, pochti celikom sostoyashei iz uglekislogo gaza i prakticheski ne soderzhashei kisloroda (0,1-0,4 %) atmosfery Marsa v 160 raz slabee, chem u poverhnosti Zemli; parnikovyi effekt pochti otsutstvuet, povyshaya srednyuyu temperaturu vsego na 3-5 K.
Udalennost' planety ot Solnca i razryazhennost' atmosfery priveli k tomu, chto dazhe letom na ekvatore Marsa temperatura redko podnimaetsya dnem vyshe 0œ S, opuskayas' noch'yu do -97œ S; zimoi morozy usilivayutsya do -130œ S.V severnom polusharii leto (177d) dlinnee zimy (156d). Vo vremya tayaniya polyarnyh shapok grandioznye potoki vozduha "peretekayut" iz vesennego polushariya v osennee. Vetra so skorost'yu 40-70 m/c (do 100 m/s!) vzdymayut pyl' massoi do 1 mlrd. tonn na vysotu 7-15 km. Moshnye pylevye buri prodolzhayutsya 50-100 sutok, vyzyvaya rezkoe global'noe poholodanie na planete.
Rel'ef Marsa ochen' raznoobrazen i, kak pravilo, ne svyazan s okraskoi raiona (hotya nablyudaemye v teleskop 2/3 svetlyh uchastkov poverhnosti Marsa nazvany "materikami", a temnye - "moryami"). Severnoe polusharie nizhe yuzhnogo na 3-5 km. Vokrug severnogo polyusa Marsa prostiraetsya Velikaya Severnaya ravnina, k yugu tyanutsya ravniny Arkadiya, Utopiya i Acidaliiskaya. Pochti na ekvatore v strane Farsida vozvyshayutsya gigantskie, samye vysokie v Solnechnoi sisteme, gory - potuhshie shitovye vulkany Olimp (23 km), gora Askriiskaya, gora Pavlina i gora Arsiya. Raion yuzhnogo polyusa ves'ma kraterizovan, gusto pokrytaya kraterami vsevozmozhnyh razmerov (Skiaparelli - 470 km) oblast' protyanulas' (s 50œ severnoi shiroty, 40œ zapadnoi dolgoty) na yug, k ekvatoru (do 220œ zapadnoi dolgoty). Kraternoe more - ravnina Argir imeet razmery 900 km, eshe krupnee ravnina Ellada - gigantskii paleokrater diametrom okolo 2100 km i glubinoi 9 km. K severo-zapadu ot Argira nahoditsya gigantskii kan'on - dolina Marinera dlinoi 4500 km, shirinoi do 100 km i glubinoi do 5-7 km. Krasnovatyi cvet Marsa ob'yasnyaetsya bol'shoi rasprostranennost'yu zhelezosoderzhashih porod. Po himicheskomu sostavu marsianskie porody blizki k zemnym bazal'tam. Na fotografiyah poverhnosti Marsa my vidim to kamenistuyu, to peschanuyu pustynyu pod krasnovatym, pochti vsegda bezoblachnym nebom.
V nastoyashee vremya osnovnye zapasy vody na Marse (2,3-4,7 mln. km3) sosredotocheny v kriosfere - pripoverhnostnom sloe vechnoi merzloty v desyatki i sotni metrov tolshinoi v krupnyh ravninnyh basseinah i do 3-4 km v polyarnyh shapkah, sostoyashih ne tol'ko iz l'da (ryhlaya i bugristaya severnaya polyarnaya shapka), no i zamerzshego uglekislogo gaza i gazovyh gidratov (ravninnaya, pokrytaya okruglymi vpadinami yuzhnaya polyarnaya shapka). Na snimkah, poluchennyh s borta AMS, otchetlivo vidny suhie rusla rek protyazhennost'yu do 1000 km i grandioznye kan'ony, tyanushiesya na tysyachi kilometrov pri shirine do 200 km i glubine do 3 km. Vozmozhno, pod severnoi polyarnoi shapkoi sohranilis' reliktovye ozera zhidkoi vody.
Sushestvovanie zhizni na Marse v sovremennuyu epohu vpolne veroyatno; eksperimenty, provedennye na bortu posadochnyh modulei AMS "Viking" (SShA) ne dali odnoznachnogo otveta na etot vopros.
U Marsa est' 2 pokrytyh kraterami i borozdami sputnika nepravil'noi formy: Fobos (razmery 22´ 30 km, rasstoyanie ot planety 6000 km, period obrasheniya 7h30m), i Deimos (razmery 15´ 12 km, rasstoyanie ot planety 20070 km, period obrasheniya 30h18m) - veroyatno, zahvachennye prityazheniem Marsa asteroidy.
Znakomstvo uchenikov so svedeniyami ob evolyucii planet zemnoi gruppy sposobstvuet formirovaniyu obshenauchnyh ponyatii o poznavaemosti mira, edinstve zakonov fiziki dlya vsei Vselennoi, vzaimosvyazi i vzaimoobuslovlennosti prirodnyh yavlenii. Pri etom skryto osushestvlyaetsya formirovanie ponyatiya o kosmicheskom processe evolyucii kosmicheskih ob'ektov, demonstriruet mosh' sovremennoi nauki.
Evolyuciya Merkuriya opredelyalas' blizost'yu k Solncu i maloi massoi planety. Solnechnyi veter i davlenie sveta umen'shili koncentraciyu legkih elementov v protoplanetnom sgustke i sposobstvovali bystroi akkumulyacii planetnogo tela. Poverhnost' planety nagrevalas' luchami blizkogo svetila i vzryvami pri stolknoveniyah Merkuriya s melkimi planetezimalyami. Nedra planety, pomimo gravitacionnogo szhatiya i raspada radioaktivnyh elementov, nagrevalis' pod deistviem prilivnyh sil so storony Solnca, tormozivshih vrashenie Merkuriya vokrug osi. Vse eto sposobstvovalo bystroi differenciacii veshestva: po-vidimomu, Merkurii byl pervoi iz polnost'yu sformirovavshihsya planet Solnechnoi sistemy. Evolyuciya ego zakonchilas' 3,3-3 mlrd. let nazad s obrazovaniem osnovnyh obolochek - massivnogo zhelezonikelevogo yadra radiusom 1840 km (0,75 radiusa planety RM) massoi 0,62 massy planety, mantii tolshinoi 0,25 RM i litosfery (kory) tolshinoi do 200 km, a takzhe osnovnyh detalei rel'efa (basseinov, gor i kraterov). K nastoyashemu vremeni tolshina kory uvelichilas' do 500 km, a tektonicheskaya i vulkanicheskaya deyatel'nost' pochti prekratilis'.
Samye rannie stadii evolyucii Venery, ee vnutrennee stroenie i himicheskii sostav, veroyatno, ochen' shodny s zemnymi, no v dal'neishem puti ih razvitiya sil'no razoshlis'.
Differenciaciya nedr Venery nachalas' ran'she, nezheli u Zemli. V nastoyashee vremya konvekciya veshestva v mantii, po-vidimomu, otsutstvuet ili ochen' slaba. Teplovaya energiya nedr vydelyaetsya v osnovnom deistvuyushimi vulkanami. Pri vysokoi aktivnosti vulkanicheskih processov na poverhnosti Venery otsutstvuyut yavnye sledy global'noi tektoniki litosfernyh plit. Zagadkoi venerianskogo rel'efa yavlyaetsya ego otnositel'naya molodost': vozrast stareishih obrazovanii ne prevyshaet 500 mln. let. Ryad uchenyh schitaet eto sledstviem katastroficheskogo global'nogo pereplavleniya vsei litosfery planety okolo 350 millionov let nazad, kogda tysyachi sverhmoshnyh vulkanicheskih izliyanii obrazovali morya i okeany rasplavlennoi lavy. Tak obrazovalis' bazal'tovye ravniny - osnovnoi vid venerianskogo rel'efa. Aktivnyi vulkanizm znachitel'no uvelichil soderzhanie parov H2O i SO2 v atmosfere, porodiv plotnuyu oblachnost'. Effekt "yadernoi zimy" vyzval ostyvanie poverhnosti planety do 100œ S. Dissociaciya vodyanyh parov i pogloshenie dvuokisi sery gornymi porodami velo k razrusheniyu oblachnogo sloya 130 mln. let nazad - nebo Venery stalo svobodnym ot oblakov - i novomu nagrevaniyu Solncem poverhnosti planety. Sovremennyi oblachnyi pokrov sformirovalsya okolo 30 mln. let nazad v rezul'tate novoi vspyshki vulkanicheskoi aktivnosti. V kachestve ob'yasneniya osobennostei rel'efa, vnutrennego stroeniya, evolyucii i harakteristik dvizheniya Merkuriya i Venery vydvinuta gipoteza, soglasno kotoroi Merkurii yavlyaetsya "poteryannym" sputnikom Venery, vrashavshemsya vokrug nee na rasstoyanii 400000 km 4 - 4,5 milliarda let nazad. V dal'neishem Merkurii neodnokratno sblizhalsya s Veneroi i stanovilsya na vremya (desyatki i sotni millionov let) ee sputnikom. Moshnoe prilivnoe rasseyanie energii vyzyvalo plavlenie litosfery ili rezko usilivalo tektonicheskie i vulkanicheskie processy v nedrah Venery, i tormozilo vrashenie oboih planet.
Evolyuciya Marsa byla obuslovlena nebol'shoi massoi planety i udalennost'yu ot Solnca. Formirovanie zhelezo-sul'fidnogo yadra nachalos' vskore posle zaversheniya akkumulyacii planety i zatyanulos' na milliard let. Gravitacionnaya differenciaciya veshestva byla ne stol' glubokoi i polnoi, kak u drugih planet zemnoi gruppy, i podtverzhdaetsya obogashennost'yu mantii sernistym zhelezom i obiliem zhelezosoderzhashih porod v litosfere Marsa, hotya koncentraciya zheleza v himicheskom sostave planety na 25 % nizhe, chem u Zemli. Processy plavleniya veshestva v mantii soprovozhdalis' intensivnoi tektonicheskoi i vulkanicheskoi deyatel'nost'yu, s obrazovaniem na poverhnosti Marsa bazal'tovyh ravnin i vulkanicheskih shitov. Atmosfera Marsa pervye sotni millionov let sostoyala iz vodoroda i geliya, a posle uhoda vodoroda - iz uglekislogo gaza, azota i drugih gazov (SO, NH3, SN4, N2O i dr.). V nebe yarko svetili 2 zvezdy - Solnce i formiruyushiisya Yupiter, zheltaya i krasnaya.
Tri milliarda let nazad Mars dostig vershiny svoei evolyucii. V Gesperiiskuyu eru (3,5-2,5 mlrd. let nazad) Mars imel postoyannuyu gidrosferu. Severnuyu ravninu zanimal solenyi okean ob'emom do 15 mln. km3 glubinoi 0,7-1 km; v otdel'nye promezhutki vremeni on raspadalsya na dva – odin, okruglyi, zapolnyal bassein udarnogo proishozhdeniya v raione Utopii, drugoi, nepravil'noi formy – raion Severnogo polyusa. V umerennyh i nizkih shirotah bylo mnogo ozer i rek, na Yuzhnom plato - ledniki. Mars obladal plotnoi atmosferoi, analogichnoi toi, kotoraya v to vremya byla u Zemli, pri temperature u poverhnosti do 500S i davlenii svyshe 1 atm. Vozmozhno, v tu epohu na Marse sushestvovala biosfera: v treh meteoritah marsianskogo proishozhdeniya ALN 84001, Nakla i Shergotti gruppoi amerikanskih uchenyh byli obnaruzheny obrazovaniya, shozhie s okamenelymi ostankami mikroorganizmov vozrastom ot 4000 do 165 millionov let.
V Amazoniiskuyu eru (2,5-1 mlrd. let nazad) klimat Marsa stal katastroficheski nestabil'nym; proishodili moshnye, no postepenno zatuhayushie global'nye tektonicheskie i vulkanicheskie processy, v hode kotoryh voznikli krupneishie v Solnechnoi sisteme marsianskie vulkany; neskol'ko raz sil'no izmenyalis' harakteristiki gidrosfery i atmosfery, poyavlyalsya i ischezal Severnyi okean. Katastroficheskie navodneniya, svyazannye s tayaniem kriosfery priveli k obrazovaniyu grandioznyh kan'onov: v dolinu Ares Vallis s yuzhnyh nagorii Marsa stekal potok polnovodnee Amazonki; rashod vody v doline Kasei prevyshal 1 mlrd. m3/s. Milliard let nazad aktivnye processy v litosfere, gidrosfere i atmosfere Marsa prekratilis' i on prinyal sovremennyi oblik. Vinoi global'nyh katastroficheskih izmenenii marsianskogo klimata schitayutsya bol'shoi ekscentrisitet orbity i neustoichivost' osi vrasheniya, vyzyvayushie ogromnye, do 45%, kolebaniya potoka solnechnoi energii, padayushei na poverhnost' planety; slabyi pritok tepla iz nedr Marsa, obuslovlennyi nebol'shoi massoi planety, i vysokaya razrezhennost'yu atmosfery, obuslovlennaya vysokoi stepen'yu ee dissipacii.
Dalee izlagaetsya material o planetah-gigantah Solnechnoi sistemy:
V gruppu planet-gigantov Solnechnoi sistemy vhodyat Yupiter, Saturn, Uran i Neptun. Vse oni sostoyat v osnovnom iz vodoroda i geliya, bystro vrashayutsya vokrug osi i splyusnuty u polyusov, obladayut moshnymi protyazhennymi atmosferami, magnitnymi polyami i radiacionnymi poyasami, sistemami sputnikov i kolec, i izluchayut v prostranstvo bol'she energii, chem poluchayut ee ot Solnca.
 |
Yupiter - samaya bol'shaya planeta Solnechnoi sistemy, v 318 raz bol'she Zemli po masse i v 11 raz po razmeram. V teleskop horosho vidny polosy oblakov, tyanushiesya vdol' ekvatora, v tropicheskih zonah i u polyusov planety. Oblaka raspolagayutsya v neskol'ko sloev, na urovne verhnego temperatura atmosfery 148 K, s glubinoi ona uvelichivaetsya. Sostav verhnih sloev atmosfery: 87 % vodoroda i 13 % geliya, vglub' ee rastet soderzhanie uglevodorodov - etana, metana, sery, ugleroda, azota i slozhnyh organicheskih molekul.
 |
|
Ris. 20. Stroenie i
osnovnye |
V atmosfere Yupitera skorost' vetra v tropikah dostigaet 660 km/ch. V 80-100 km pod ammiachnymi oblakami ekvatorial'noi zony nad uchastkami, gde iz glubin atmosfery voshodyat potoki gazov, v oblakah diametrom do 100 km gremyat sil'neishie grozy. Energiya dvizheniya voshodyashih potokov preobrazuetsya v gorizontal'noe vrashatel'noe dvizhenie vihrei. Bushuyut uragany s poryvami vetra do 1500 km/ch, voznikayut ciklony i smerchi - samyi moshnyi iz nih, Bol'shoe Krasnoe pyatno v yuzhnom polusharii Yupitera, s voronkoi v 15000 km, sushestvuet bolee 300 let. Tri peremeshavshiesya cepochkoi "Belyh Ovala" – ciklony diametrom do 900 km, v 1998-2001 gg. slilis' v odin bol'shoi vihr' razmerami chut' men'she Bol'shogo Krasnogo pyatna.
U Yupitera, v nashem ponimanii, net tverdoi poverhnosti: na glubine 0,02RYu (1400-1500 km) pod deistviem kolossal'nogo davleniya (r = 5× 109 Pa, T = 6500 K) atmosfernyi vodorod perehodit v zhidkoe sostoyanie, a na glubine 0,22-0,24RYu (16800 km) pri R = 1011 Pa i T = 104 K vodorod stanovitsya tverdym, "metallicheskim". Metallicheskaya tverdaya obolochka prostiraetsya pochti do granicy s vneshnim yadrom massoi 20 MÅ , predpolozhitel'no sostoyashim iz vody, metana, silikatov na glubine 0,85RYu, a glubzhe raspolozheno vnutrennee yadro metallov (zheleza, nikelya i dr.) i silikatov. Po raschetam uchenyh v centre Yupitera davlenie dostigaet 26,6× 1011 Pa pri T = 2,3-2,5× 104 K. Vnutrennii potok tepla iz nedr planety na granice atmosfery i kosmosa dostigaet 5,6 Vt/m2; obshee kolichestvo izluchaemoi Yupiterom energii sostavlyayut 1018 Vt - v 2,5 raza bol'she, nezheli Yupiter poluchaet ot Solnca.
Yupiter obladaet samym moshnym magnitnym polem i obshirnoi sistemoi radiacionnyh poyasov - istochnikom kosmicheskih luchei (v osnovnom, elektronov). U polyusov Yupitera nablyudayutsya moshnye polyarnye siyaniya. Yupiter - vtoroi po moshnosti posle Solnca "radioperedatchik" Solnechnoi sistemy.
U Yupitera 28 sputnikov, v ih chisle krupnye planetoidy Io, Ganimed, Evropa, Kallisto, i sistema tonkih kolec, sostoyashih iz mel'chaishih pylinok.
Saturn podoben Yupiteru po svoim fizicheskim harakteristikam, no ustupaet emu po masse, razmeram, moshnosti teplovogo potoka iz nedr i aktivnosti atmosfery.
U Saturna naibol'shee v Solnechnoi sisteme chislo sputnikov - 30, v chislo kotoryh vhodit obladayushii plotnoi atmosferoi i uglevodorodnoi gidrosferoi planetoid Titan.
U Saturna samaya krasivaya i krupnaya sistema kolec, sostoyashaya v osnovnom iz bol'shogo kolichestva oblomkov l'da razmerami men'she metra, kamnei i pyli. Predpolagaetsya, chto kol'ca planet-gigantov obrazuyutsya iz melkih sputnikov, razrushennyh prilivnymi silami ili predstavlyayushih soboi ostatki veshestva, iz kotorogo v dalekom proshlom sformirovalis' planety i ih sputniki. Radius vneshnego kol'ca Saturna prevyshaet 900000 km pri tolshine 4 km.
Uran i Neptun znachitel'no men'she Yupitera i Saturna po masse i razmeram, no plotnee ih, v himicheskom sostave Urana i Neptuna vozrastaet dolya geliya, metana, ammiaka v atmosferah, vody i tyazhelyh himicheskih elementov v glubokih sloyah planet. Davlenie i temperatura na dne ih atmosfer nedostatochny dlya perehoda vodoroda v zhidkoe molekulyarnoe sostoyanie.
Uran vrashaetsya vokrug Solnca "lezha na boku" (e = 97œ 55') v obratnom, kak Venera, napravlenii. Na polyusah planety polyarnyi den' i noch' dlyatsya po 42 goda. Teplovoi potok iz nedr neznachitel'no prevyshaet energiyu, poluchaemuyu planetoi ot Solnca.
Temperatura atmosfery T = 64 K pochti odinakova na urovne vsei "vidimoi poverhnosti", predstavlyayushei soboi opticheski neprozrachnuyu dymku iz kapel' ili kristallov uglevodorodov v atmosfere, samoi spokoinoi sredi planet-gigantov. V atmosfere nablyudayutsya slabye vihri, struinye techeniya, pyatna i metanovye oblaka.
Magnitnoe pole Urana imeet ochen' slozhnuyu strukturu, obuslovlennuyu osobennostyami ego vrasheniya. U Urana 21 sputnik. Mnogochislennye kratery obnaruzheny na Oberone, Titanii, Ariele poverhnost' Umbrielya naoborot, dovol'no gladkaya. Naibolee slozhnym rel'efom (borozdy, hrebty, razlomy glubinoi v neskol'ko kilometrov) obladaet Miranda. 10 kolec planety shirinoi do 9300 km sostoyat iz ugol'no-temnyh chastic razmerami okolo 1 sm.
Neptun - samaya dalekaya iz planet-gigantov, odnako on izluchaet v prostranstvo v 2,7 raza bol'she energii, chem poluchaet ot Solnca; moshnyi teplovoi potok iz nedr planety obuslovlivaet znachitel'nuyu meteorologicheskuyu aktivnost' atmosfery, vrashayusheisya v obratnuyu storonu ot napravleniya vrasheniya planety so skorost'yu vetrov ot 100 do 400-700 m/s; nablyudayutsya mnogochislennye oblaka, pyatna i vihrevoi shtorm diametrom do 12000 km. Plotnaya golubaya atmosfera Neptuna soderzhit pomimo vodoroda i geliya, metan (do 15 %), etan S6N6, acetilen S2N2, etilen S2N4 i drugie gazy. Predpolagaetsya, chto na dne ee nahoditsya global'nyi okean iz vody, nasyshennoi razlichnymi solyami. Dno okeana - tverdaya ili gazo-zhidkaya ledyanaya mantiya, (r = 1011 Pa pri T = 2-5× 103 K) sosredotochivshaya v sebe 70 % massy planety. Yadro planety predpolozhitel'no sostoit iz oksidov kremniya, sul'fidov, magniya i zheleza i sostavlyaet 25 % massy planety. V centre planety davlenie 6-8× 1011 Pa, temperatura 7× 103 K). U Neptuna 8 sputnikov. 5 kolec Neptuna shirinoi ot 15 do 5000 km na 17-40 % sostoyat iz pyli.
Izuchennyi material zakreplyaetsya v hode obshei besedy po voprosam, ne do konca ponyatym ili osobo interesnym shkol'nikam, pri zapolnenii tablicy 2 i dostraivanii shemy ris. 5 "Planetnye tela" primerami izuchennyh ob'ektov.
K sozhaleniyu, bol'shoi ob'em izuchaemoi na uroke informacii prakticheski ne ostavlyaet mesta dlya resheniya zadach na zakreplenie proidennogo materiala. Ostaetsya zadat' na dom neskol'ko zadanii iz sbornika B.A. Voroncova-Vel'yaminova [28] (NN 319-323) ili sochinit' podobnye, na rabotu s risunkami iz uchebnikov:
1) Opredelite razmery polyarnoi shapki Marsa na ego fotografii (s. 73 uchebnika B.A. Voroncova-Vel'yaminova; ris. 39 uchebnika E.P. Levitana).2) Opredelite srednie razmery kraterov na Merkurii (ris. 50 uchebnika B.A. Voroncova-Vel'yaminova; ris. 36 uchebnika E.P. Levitana; ris. 19.1 uchebnika A.V. Zasova, E.V. Kononovicha).
Zamechaniya, rekomendacii i dopolneniya k metodike provedeniya uroka:
1. G.I. Malahova predlagaet organizovat' izuchenie temy "Fizicheskaya priroda planet" [24, s. 51-57] tak, chtoby uchashiesya sami prishli k vyvodu o razdelenii planet na 2 gruppy – zemlepodobnyh planet i planet-gigantov. Dlya etogo v nachale uroka uchenikam snachala perechislyayut planety Solnechnoi sistemy v poryadke udaleniya ot Solnca, a zatem na doske i v tetradyah zapolnyaetsya tablica "Osnovnye fizicheskie harakteristiki planet" (ukazyvayutsya diametr, massa, srednyaya plotnost', period vrasheniya, naklon osi vrasheniya k ploskosti orbity, temperatura, nalichie i sostav atmosfery, rel'ef poverhnosti). Uchitel' v hode besedy, opirayas' na podskazki uchenikov, napominaet ob osnovnyh metodah opredeleniya fizicheskih harakteristik planet. Nekotorye yacheiki tablicy ostayutsya nezapolnennymi: chislovye dannye dlya nih rasschityvayutsya uchenikami pri reshenii zadach doma. Shodstva i razlichiya v harakteristikah planet uchitel' ob'yasnyaet usloviyami ih obrazovaniya.
Zatem shkol'nikov prosyat sopostavit' parametry planet i naiti zakonomernost' v ih raspredelenii. Ucheniki vydelyayut 2 gruppy planet i dayut im nazvaniya; nuzhno ogovorit', chto Pluton k etim gruppam ne otnositsya.
Dalee rassmatrivayutsya usloviya na poverhnosti planet. Uchenikam predlagaetsya ob'yasnit' prichiny nalichiya ili otsutstviya planetnyh atmosfer (kak pravilo, shkol'niki ukazyvayut na uskorenie sily tyazhesti i parabolicheskuyu skorost' na poverhnosti i sleduet obratit' ih vnimanie na to, chto nalichie atmosfery opredelyaetsya zavisyashei ot temperatury srednei skorosti gazovyh molekul), osobennosti ih struktury i sostava. Iz-za otsutstviya vremeni raschet II kosmicheskoi skorosti dlya kazhdoi iz planet i skorosti gazovyh molekul pri raznyh temperaturah na uroke vypolnyat' ne sleduet. Dostatochno obshego vyvoda: planety-giganty iz-za bol'shih mass i udalennosti ot Solnca dolzhny obladat' moshnymi protyazhennymi atmosferami, sostoyashimi iz vodoroda i geliya, a otnositel'no legkie i blizkie k Solncu planety zemnoi gruppy dolzhny obladat' atmosferami iz bolee tyazhelyh gazov.
Uchitel' predlagaet perechislit' faktory, kotorye mogut opredelyat' temperaturu planet. V kachestve glavnogo ucheniki ukazyvayut na rasstoyanie do Solnca i po zadaniyu uchitelya rasschityvayut osveshennost' planet na osnove zakonov fotometrii. Uchitel' obrashaet vnimanie shkol'nikov na neobhodimost' ucheta al'bedo, teplovogo potoka iz nedr planet i parnikovogo effekta v atmosferah.
Dalee rassmatrivayutsya osobennosti rel'efa planet i prichiny, ego formiruyushie. Mozhno predlozhit' uchenikam reshit' zadachi, svyazannye s opredeleniem harakteristik otdel'nyh detalei rel'efa planet (razmerov kraterov i t.d.). Podrobnye svedeniya o fizicheskih usloviyah na poverhnosti kazhdoi iz planet uchashiesya izuchayut samostoyatel'no, doma.
2. L.I. Selivanova [267] predlagaet netradicionnyi sposob postroeniya urokov v forme igry "Chto? Gde? Kogda?" posle uroka-lekcii na dannuyu temu, predusmatrivayushii vystupleniya uchashihsya s dokladami, demonstracii sdelannyh imi modelei prosteishih astronomicheskih instrumentov s rasskazom o naznachenii i rabotu po zapolneniyu obobshayushih i sistematiziruyushih tablic. Voprosy uchitel' gotovit vmeste s uchashimisya.
Plan uroka:
1) Klass razbivayutsya na komandy po
4 cheloveka; kazhdaya ob'yavlyaet svoi nomer i
kapitana, poluchaet listy s nomerami
voprosov, zapisannyh na doske.
2) Vedushii rasskazyvaet ob usloviyah igry i
predstavlyaet pravo vybrat' vopros 1 komande.
3) Zachityvaetsya vopros; posle 30-sekundnogo
obdumyvaniya daetsya otvet.
4) Eksperty ocenivayut ego i oglashayut
rezul'tat. Pri nevernom (nepolnom) otvete
komande pomogayut soperniki, eto im
zachityvaetsya.
5)Dalee po 1 voprosu igrayut ostal'nye
komandy; posle muzykal'noi pauzy igra idet
po krugu.
6)Po itogam igry vystavlyayutsya otmetki
komandam i igrokam.
2. G.A. Shirinskii [314] rekomenduet provedenie igry "Puteshestvie na Merkurii, Veneru i Mars".
3. A.A. Pivovarov [208] predlagaet mnogokratnoe primenenie didakticheskih zadanii, v kotoryh astronomicheskie ponyatiya posledovatel'no raskryvayutsya po mere izucheniya sootvetstvuyushego materiala. Vnachale ucheniki otvechayut na pervye 1-2 voprosa, zatem kolichestvo voprosov uvelichivaetsya, v nih nachinaet vklyuchat'sya material po konkretnym astronomicheskim ob'ektam (no rannie voprosy prodolzhayut zadavat'sya: a) dlya povtoreniya; b) dlya utochneniya, uglubleniya i pereosmysleniya soderzhaniya ponyatiya). K zadaniyam prilagayutsya risunki, fotografii, shemy i t.d.
"Znaesh' li ty planety?" (9 variantov).
1) Kak nazyvaetsya planeta?2) Kakov poryadkovyi nomer planety (ot Solnca)?
3) Izobrazite astronomicheskii znak planety.
4) K kakoi gruppe planet ona otnositsya: k zemlepodobnym ili k gigantam?
5) Ocenite rasstoyanie planety do solnca i Zemli.
6) Nazovite otlichitel'nye priznaki planety.
7) Skol'ko sputnikov ona imeet? Nazovite nekotorye iz nih.
8) Nazovite periody vrasheniya planety vokrug osi i obrasheniya vokrug Solnca.
9) Ocenite massu, razmery i plotnost' planety s sravnenii s zemnoi.
10) Daite harakteristiku atmosfery planety i uslovii na ee poverhnosti.
11) Ukazhite osobennosti rel'efa planety.
| << 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 >> | |
