Конспект уроку з природознавства Тема: малі небесні тіла

Тема: малі небесні тіла

Мета уроку:

* Дидактична: сформувати уявлення про малі тіла Сонячної системи; ввести поняття астероїд, метеор, метеорит, комета, болід;  удосконалити навички самостійної роботи.

* Розвивальна: розвивати спостережливість, кмітливість, уміння швидко переключати увагу; розвивати логічне мислення, уміння знаходити правильне рішення; формувати вміння застосовувати індуктивний і дедуктивний методи.

* Виховна: формування таких моральних якостей як взаєморозуміння, уміння гідно відстоювати свою точку зору; формувати інтерес до вивчення астрономії.

Тип уроку:  вивчення нового матеріалу

Методи розкриття теми уроку: розповідь вчителя, бесіда з учнями, 

Хід уроку

1. Перевірка домашнього завдання.

2. Вивчення нового матеріалу.

Малі тіла.У Сонячній системі, окрім Сонця і дев яти великих планет, є ще так звані малі тіла. Це малі планети або астероїди, комети, метеорні тіла або метеороїди і міжпланетний пил. У наш час доводиться говорити і про космічне сміття - сукупність штучних об'єктів та їхніх фрагментів у космосі, які не функціонують, але здатні пошкодити або навіть зруйнувати штучний супутник чи міжпланетну станцію.

Після появи правила Тиціуса-Боде, за яким можна було наближено визначити відстані планет від Сонця за допомогою простої залежності, група астрономів у 1796 р. розпочала пошук небесного тіла, яке мало б знаходитися на відстані 2,8 а. о. Але відкриття цього тіла цілком випадково зробив італійський астроном Джузеппе Піацці (1746-1826). 1 січня 1801 р., займаючись складанням каталогу зір, він знайшов зореподібний об'єкт 7"', який за добу змістився на 6'. Цю першу з малих планет або астероїдів назвали іменем античної богині плодючості - Церера. Вона найбільша серед відомих малих планет, її діаметр оцінюють у 1 000 км. Зразу ж було відкрито ще три малих планети: Паллада (діаметр близько 600 км), Веста (540 км) і Юнона (245 км).

Впродовж XIX ст. кількість малих планет поступово збільшувалась, а з кінця століття їх стали відшукувати фотографічним методом: під час тривалих експозицій зображення астероїда внаслідок швидкого руху має вигляд рисочки, а тому його неважко відрізнити від зір. Згодом на відстані від 2,2 а. о. до 3,2 а. о., у так званому поясі астероїдів, до кінця XX ст. було виявлено і надійно встановлено параметри орбіт понад 9 000 малих планет. Найяскравіша серед них -Веста - має блиск 6,5'", всі інші - слабкіші.

Астероїдам з добре визначеними орбітами привласнюють номери (в порядку відкриття) і назви. Перша сотня, за деякими винятками, названа іменами богинь грецької і римської міфології. Згодом астрономи звернулися до міфів інших народів, потім - до епосу. Зараз астероїди мають найрізноманітніші назви, де є імена видатних вчених: Коперник (1822), Ейнштейн (2001); географічні назви: Амазонка (1042), Україна (1709); імена персонажів художніх творів та героїнь опер: Кармен (558), Аїда (861); назви наук: Геометрія (876), Астрономія (1154); квітів: Мальва (1072). Серед астероїдів є такі, назви яких пов'язані з Україною, як-от: Ялта (1475), Одеса (2606), Київ (2171), є також Кобзар (2427), Каменяр (2428), астероїди Всехсвятський (2721), Амосов (2948), Філатов (5316) тощо.

Загалом право надати ім'я астероїдові має вчений, який його відкрив, після чого пропозиція розглядається Комісією Міжнародного Астрономічного Союзу і затверджується Конгресом МАС.

Більшість астероїдів з відомими орбітами мають розміри до кількох десятків кілометрів; це - тверді кам'янисті тіла. Кількість астероїдів з розмірами понад 1 км, можливо, сягає 50 тис, а менших від 1 км - сотні тисяч. Однак повна маса малих тіл, очевидно, не перевищує 1/го маси Місяця, і з усіх астероїдів, разом узятих, скомпонувалася б планета не більша 1 500 км в діаметрі.

Рухаються астероїди навколо Сонця в той же бік, що й планети, і мають витягнуті еліптичні орбіти. Деякі виходять далеко за межі поясу астероїдів. Одні з них в афелії віддаляються за орбіту Сатурна, інші в перигелії навіть проникають усередину орбіти Меркурія. Наприклад, Ікар, відкритий 1949 р., має перигелій 28 млн км і кожні 19 років наближається до Землі. Останній раз це відбулося 1987 р., коли відстань до астероїда становила кілька мільйонів кілометрів.

Комети. Певно, найефектнішими малими тілами Сонячної системи є комети. У перекладі з грецької слово «комета» означає «довговолоса» (мал. 16.2 на стор. 100). Довгий час, услід за Арістотелем, дотримувалися думки, нібито комети - це згущення газів у земній атмосфері. Лише датський астроном Тіхо Браге переконливо довів: ці об'єкти знаходяться далі від Місяця. А сподвижник Ньютона Едмонд Галлей (1656-1742) визначив, що ці світила належать до Сонячної системи. Дотепер зареєстровано близько 1 100 комет.

На відміну від астероїдів, що мають орбіти з малим ексцентриситетом, орбіти комет - це дуже витягнуті еліпси. Частіше за все еліпси витягнуті так, що ділянки орбіт, які пролягають усередині Сонячної системи, мають вигляд параболи чи гіперболи. Від ступеня витягнутості еліпса залежить і період обертання комети навколо Сонця. Наприклад, комета Енкв має період обертання навколо Сонця 3,31 роки. Найвідоміша серед комет - комета Галлея - повертається до Сонця кожні 75,5 років. її появу у близьких до Сонця околицях зареєстровано вже 30 разів, із них двічі - у XX ст. (1910 і 1986 рр.).

Комети, відомі за їхніми попередніми появами, астрономи називають періодичними. Але таких комет небагато, близько 330. Основна маса комет, а їх відкривають щороку кілька десятків, влітають в Сонячну систему з величезною швидкістю і точнісінько так само, обігнувши Сонце, покидають її. їхні періоди обертання становлять від тисяч до десятків мільйонів років. Прилітають вони до Сонця з величезної кометної хмари, так званої хмари Оорта.

Згідно з теорією, розробленою у 1950 р. нідерландським астрономом Я. Оортом, на відстані приблизно 100-150 тис. а. о. від Сонця знаходиться величезна кількість - сотні мільйонів чи може й мільярди окремих комет. За припущенням, хмара Оорта - це залишки матеріалу, які не пішли на утворення планет Уран і Нептун. Ще на ранніх стадіях розвитку Сонячної системи під дією збурюючих сил з боку планет-гігантів вони були викинуті на велику відстань за межі планетних орбіт.

В середньому раз на 20 років з'являється комета, яку добре видно неозброєним оком, усі ж інші спостерігаються лише в телескоп.

Відомий астроном Ф. Уїппл із Кембриджа припустив, що к о -метні ядра - це величезні грудки зі снігу, куди вкраплені тугоплавкі частинки. Безпосередня зустріч космічних апаратів «Вега-1», «Вега-2» і «Джотто» в 1985-1986 рр. з кометою Галлея підтвердила цю здогадку. До складу ядер комет входять в основному водяний лід та інші льоди - метановий, аміачний, з вуглекислого газу. Тугоплавкі частинки складаються з металів та силікатів.

На великих відстанях від Сонця кометне ядро побачити неможливо. Адже розміри його, як правило, не перевищують 10-20 км, і світла воно відбиває дуже мало. Наприклад, у комети Галлея ядро має неправильну форму і розміри 16x8x8 км

Та з наближенням до Сонця, починаючи з відстані 6 а. о., кометний лід починає випаровуватись. Газ, що випаровується, тягне за собою пилинки. Продукти випаровування і пилинки навколо ядра утворюють кому або голову комети, яскравість якої швидко зменшується в напрямку до краю.

Під дією тиску сонячного світла і сонячного вітру (потоків заряджених частинок з боку Сонця) речовина голови комети відкидається у бік, протилежний від Сонця, утворюючи протяжний хвіст комети. От тоді, власне кажучи, комета і стає «кометою» — «довговолосою».

Через дію тих же сил тиску, віддаляючись від Сонця, комета рухається вже хвостом уперед. Чим ближча комета до Сонця, тим довшим стає її хвіст, збільшується і голова комети. В момент проходження комети біля Сонця діаметр її голови може перевищувати відстань від Землі до Місяця. А хвіст комети іноді простягається на відстань до 150 млн км. Залежно від того, яка сила має переважну дію на комету - сила відштовхування за рахунок тиску сонячного вітру і сонячного світла чи сила притягання з боку Сонця, — кометні хвости набувають різної форми.

За рахунок випаровування речовина комети безперервно розсіюється у просторі, і її маса зменшується, так само як і вміст летких складових у зовнішніх шарах ядра. При проходженні перигелію поблизу земної орбіти комета може втратити поверхневий шар товщиною до кількох метрів. Тривале існування таких комет, як комета Галлея, пояснюють утворенням пористого теплоізоляційного шару, який перешкоджає занадто інтенсивному випаровуванню.

Густина речовини в голові (окрім центральної її частини) та хвості комети дуже мала. А тому, якщо навіть Земля пройде крізь хвіст комети, це не буде загрозою для біосфери Землі. Однак, відбиваючи сонячне світло, комети яскраво світяться на тлі ще більш розрідженого космічного простору. Але при зіткненні Землі безпосередньо з ядром комети може статися катастрофа. її масштаби залежать від розмірів ядра. За однією з гіпотез, Тунгуська катастрофа 1908 року була викликана падінням на Землю невеликої комети, що мала ядро діаметром близько 500 м. А в липні 1994 р. астрономи спостерігали явище падіння на Юпітер комети Шумейкера—Леві 9, яка перед тим завдяки притяганню планети розділилась на понад 20 фрагментів.

За традицією кометам присвоюють ім'я першовідкривача. Це заохочує багатьох аматорів до пошуків. У XX ст. з кожних чотирьох комет лише одну відкривали астрономи-фахівці. В наш час у космічних просторах мандрують комети, названі іменами таких українських астрономів, як Г. Неуймін, Г. Шайн, М. Черних, К. Чурюмов, С. Гера-сименко, та аматора астрономії Б. Скоритченка.

 Метеори і метеорні потоки. Пилові частинки, що виділяються із хвоста й голови комети, розсіюються вздовж її орбіти. Якщо ця орбіта перетинається з орбітою Землі, то час від часу потік пилових частинок буде зустрічатися з земною атмосферою.

Пилові частинки, які рухаються параболічними орбітами, мають швидкість 42 км/с. З іншого боку, швидкість руху Землі по орбіті - майже ЗО км/с. Тому залежно від того, наздоганяють частинки Землю чи рухаються їй назустріч, швидкість входження в атмосферу Землі може становити 12-72 км/с.

При рухові крізь атмосферу на висоті 110-80 км маломасивна частинка повністю руйнується. Світлове явище, яке спостерігається при цьому, називається метеором.

Якщо ж падає одразу багато метеорів, спостерігається незвичайне небесне явище - метеорний дощ (мал. 16.5). Здається, що всі метеори падають з однієї точки неба. Ця точка називається радіантом метеорного потоку. Назва метеорного потоку пов'язується з тим сузір'ям, у якому знаходиться радіант.

Наприклад, з 12 по 14 серпня спостерігається метеорний потік Перевід и з радіантом у сузір'ї Персея. Цей потік пов'язаний з періодичною кометою Свіфта-Туттля, яка спостерігалась востаннє 1992 р. Щороку 18-19 листопада спостерігається метеорний потік Леоніди з радіантом у сузір'ї Лева, пов'язаний з періодичною кометою Темпеля-Туттля, відкритою 1865 р. Метеорний потік Оріоніди з 16 по 26 жовтня породжений кометою Галлея.

Серед метеорів, які спостерігаються на нічному небі, є й такі, що не пов'язані з метеорними потоками. Метеорні тіла або метеороїди, що їх спричиняють, мають індивідуальні орбіти. Це - випадкові, спорадичні метеори. Як правило, це пилинки невеликих розмірів і мас.

Загалом за добу спалахує приблизно 100 млн метеорів, яскравіших за 5т. Ще більше - телескопічних метеорів. Таким чином, щорічно на Землю випадає до 500 000 тонн космічної речовини. Але порівняно з масою Землі це - мізерна величина, яка не відіграє істотної ролі у збільшенні її маси.

Якщо в атмосферу Землі вривається метеороїд, маса якого становить десятки чи сотні грам, то він породжує явище боліда. Яскраві боліди видно навіть удень.

Метеорне тіло, яке впало на Землю, називається метеоритом. Через роздроблення в атмосфері падіння на поверхню Землі цілого метеорита - велика рідкість.

У 1947 р. в горах Сіхоте-Аліня (Росія) впали залишки дуже великого метеорита загальною масою 23 тонни, що склало третину його початкової маси.

Якщо маса метеорита становить сотні тонн, то при ударі об поверхню Землі утворюється кратер із розмірами, які дорівнюють поперечнику метеорита. Якщо маса метеорита становить десятки і сотні тисяч тонн, космічне тіло вдаряється об Землю з виділенням значної кількості теплової енергії, що породжує вибух. Такий вибух може призвести до дуже великих руйнувань, а від метеорного тіла залишаться лише незначні уламки. Яскравим прикладом подібного є Аризонський кратер діаметром 1 200 м і глибиною 180 м (мал. 16.7). Розрахунки показують, що метеорит, який утворив цей кратер, мусив мати масу від 60 до 200 тис. тонн і розміри не менше 100 м.

На «обличчі» нашої планети зараз відомо не менше 150 кратерів, які отримали назву астроблем («зоряних ран»), їхній вік сягає десятків та сотень мільйонів років. Є астроблеми і на території України: це кільцеві структури діаметром у кілька сотень кілометрів на півночі та на півдні країни. Найдавніша з них Іллінецька (Вінницька область), вік якої близько 400 млн років, кратер має діаметр 7 км і глибину 700 м.

Щороку на поверхню Землі випадає близько 500 метеоритів масою від 1 кг і більше, проте знаходять їх лише приблизно 20. Колекції цих об'єктів налічують майже 700 метеоритів, падіння яких спостерігали, і близько 900, знайдених випадково. Найбільший метеорит Гоба, знайдений у Південно-Західній Африці, має масу майже 60 тонн.

У наш час найбільше метеоритів збирають в Антарктиді. У місцях, де сильні вітри зривають льодові шапки, метеорит, який упав сотні тисяч років тому, опиняється на поверхні. Знаходять їх багато і в сухих кам'янистих пустелях Західної Австралії та Намібії.

Залежно від хімічного складу метеорити поділяють на кам'яні хондрити - близько 85%,і кам'яні ахондри-т и (від грец. «хондрос» - «зерно») - 7 %. Таку назву метеорити отримали через наявність або, відсутність у їхньому складі маленьких кулястих залізо-магнієвих силікатних включень у вигляді зерен.

Серед них трапляються такі, що містять вуглецеві хондри (1 % ).

Окрему групу метеоритів складають залізні метеорити з високим вмістом нікелистого заліза (5 %) і залізо-кам'яні (2 %) з невеликими кам'яними включеннями.

Вважається, що метеорити генетично пов'язані з астероїдами. За винятком зразків місячного грунту, це єдині космічні тіла, які можна досліджувати в земних лабораторіях. Припускається, що речовина метеоритів являє собою первинну речовину з часів утворення Сонячної системи, а тому за їхньою допомогою визначається її вік - приблизно 4,6 млрд років.

Весь міжпланетний простір заповнено пилом з частинок розмірами в кілька мікронів і газом у вигляді електронів і протонів.

Сонячне світло, яке відбивається пилом і розсіюється на вільних електронах, утворює явище зодіакального світла. Зодіакальне світло спостерігається або на вечірньому небосхилі на заході, або вранці на сході перед появою Сонця. Воно має вигляд слабкого сяйва у формі конуса, вісь якого лежить вздовж екліптики.

Серед усього розмаїття астероїдів і метеороїдів астрономи виділили понад сотню тіл, які через можливість зіткнення з Землею несуть із собою потенційну небезпеку для її мешканців. І хоча досі не зареєстровано жодного випадку загибелі людей від метеоритів, небезпека існує цілком реально.

Так, у штаті Індіана (США) метеорит упав не далі ніж за 4 м від хлопчиків, які гралися. Іншим разом, також у США, великий метеорит влучив у поштову скриньку біля сільського будинку і залишився там. У 1992 р. в Нью-Йорку метеорит вагою 12,4 кг влучив у автомобіль. Зрозуміло, що це не єдині випадки і не виключено, що за довгу історію Землі відбувалися зіткнення планети не тільки з метеороїдами невеликої маси, але і з астероїдами, що призводило до катастрофічних наслідків. З подібною катастрофою пов'язують загибель динозаврів 65 млн років тому.

Окрім тіл природного походження, в навколоземному просторі налічують понад 7 500 штучних об'єктів. Серед них лише 6 % функціонують, а решта - залишки ракет-носіїв, фрагменти зруйнованих КА, тіла супутників, які виробили свій ресурс тощо - це так зване космічне сміття. Воно може випадати на Землю, створюючи космічну загрозу.

Тому не дивно, що вчені розробляють методи своєчасного виявлення, а при потребі - і знищення небезпечних «прибульців». Спеціальні служби контролю, створені в провідних космічних державах, з допомогою радарних, оптичних та інших методів слідкують за навколоземним простором. Сучасні методики дозволяють на висотах 40-50 тис. км виявляти об'єкти до 100 см, а на висотах 200-500 км - навіть до 10 см. Розробляються також проекти «космічних сміттєвозів». Таким чином людство намагається захистити себе від можливої метеоритної небезпеки.

3. Закріплення матеріалу

1.  Які складові виділяють у будові комети, коли вона проходить поблизу Сонця?

2. У чому полягає різниця між метеором, метеорним тілом (метеороїдом) і метеоритом?

3. Що таке «космічне сміття»?

4. Кільце астероїдів (К а.) поділило планети на внутрішні (орбіти яких всередині К. а.) і зовнішні (їхні орбіти охоплюють К. а.). З'ясуйте, які з планет віднесено до одної і які до іншої групи і зіставте це з поняттями нижні і верхні планети. Визначте, у чому принципова різниця між поняттями нижня і верхня планета, внутрішня і зовнішня планета.

4. Д/З § 21