Урок на тему “Планети – гігати”
Відкритий урок з астрономії Міжпредметні зв’язки: фізика, математика, інформатика, англійська мова. Роздатковий матеріал: роздруківки QR-кодів з посиланнями на детальну інформацію про планети на сайті www.wikiwand.com
Тема. Подорож Сонячною системою. Планети-гіганти.
Мета: формувати знання учнів про об’єкти Сонячної системи, ознайомитися з загальною характеристикою планет-гігантів, їх особливостями; р озвивати творчу ініціативу й активність учнів, спостережливість, здатність логічно мислити, вміння робити висновки ; формувати науковий світогляд; виховувати зацікавленість до вивчення дисципліни.
Забезпечення заняття:
Унаочнення: зображення планет, навчальне відео, таблиця «Загальна характеристика планет-гігантів», додаток AR Solar System.
Роздатковий матеріал: роздруківки QR-кодів з посиланнями на детальну інформацію про планети на сайті www.wikiwand.com;
ТЗН: комп’ютер, мультимедійне забезпечення, презентація, смартфони.
Міжпредметні зв’язки : фізика, математика, інформатика, англійська мова.
План заняття
- Найвіддаленіша планета Сонячної системи.
- Спочаку його вважали кометою.
- Сатурн – одна з найунікальніших планет Сонячної системи.
- Найбільший.
- Загальна характеристика планет-гігантів.
Вступне слово. Давайте спробуємо на хвилинку уявити безмежність простору, що нас оточує. Цю безмежність з давніх-давен людство називає Всесвітом. За сучасними уявленнями Всесвіт виник приблизно 13,7 млрд років тому внаслідок Великого Вибуху . Відтоді він постійно еволюціонує (змінюється) та розширюється. І чи не диво, що в цій безмежності знайшлося місце і для людини?!
Близько 5 мільярдів років тому на місці Сонячної системи була хмара пилу і газу, відома як сонячна туманність. Гравітація стала скупчувати речовину, яка почала крутитися, формуючи в центрі туманності Сонце. По мірі формування Сонця, матеріал, що залишився, став збиратися в окремі фрагменти. Малі частинки об’єднувалися через силу тяжіння в більші частинки. Сонячний вітер видував легкі елементи, такі як водень та гелій, з найближчих до Сонця регіонів, залишивши лише важкий, твердий матеріали для створення планет земного типу. Але на більшій відстані від світила сонячні вітри мали менший вплив на легкі елементи, що дозволило їм об’єднатися в газові гіганти. У такий спосіб також утворилися астероїди, комети та супутники.
Вдивляючись вночі в безмежність космосу, ми бачимо багато зірок, деякі планети, наш супутник Місяць. А можливо, вам пощастить і ви побачите метеорит чи комету. А давайте спробуємо відірватися від Землі і зазирнути в це простір з найвіддаленішої точки Сонячної системи. Отож, вперед…
Подивимося ближче на щось далеке і недосяжне. (Відкриваємо на смартфонах завчасно завантажений додаток AR Solar System. Тиснемо кнопку «Solar System», щоб переглянути модель Сонячної системи. Для детального ознайомлення з короткою інформацією про кожну планету треба натиснути кнопку «Planetarium». Мова додатку англійська.)
Нептун восьма планета від Сонця та найбільш віддалена в Сонячній системі і оскільки її неможливо побачити неозброєним оком цю планету відкрили відносно недавно лише 1846 року за допомогою математичних розрахунків.
Було помічено, що Уран рухається не зовсім так, як він повинен рухатися під дією притягання Сонця і відомих у той час планет. Тоді запідозрили існування ще однієї масивної планети і спробували розрахувати її положення на небі.
Цю надзвичайно складну задачу незалежно один від одного успішно вирішили англійський астроном Дж. Адамс і француз У. Леверьє. Одержавши дані Леверьє, асистент Берлінської обсерваторії І. Галлі 23 вересня 1846 р. знайшов планету. Відкриття Нептуна мало найбільше значення насамперед тому, що воно послугувало блискучим підтвердження закону всесвітнього тяжіння, покладеного в основу розрахунків. Таким чином, з моменту відкриття Нептун навіть не зробив повного обороту по своїй орбіті.
– Цей газовий гігант дуже швидко обертається навколо своєї осі. Повний екваторіальний оберт займає всього 16 годин.
– Атмосфера планети складається з водню та гелію, а також до її складу входить метан. Оскільки газ метан поглинає червоне світло Нептун має насичений синій колір.
– Нептун має тоненькі кільця, які складаються з дрібних частинок криги та пилу.
– На поверхні Нептуна дуже активний і нестабільний клімат. Тут панують шалені вітри та неймовірно низькі температури. У верхніх шарах атмосфери швидкість вітру часто перевищує 600 метрів на секунду.
Уран став першою планетою, яка була відкрита в сучасній історії. Втім, спочатку цю планету в 1781 році віднесли до розряду комет, і тільки пізніше спостереження астрономів довели, що Уран – це справжнісінька планета.
Усі планети Сонячної системи обертаються навколо своєї осі з нахилом. У багатьох випадках планети мають осьовий нахил, де один з їх полюсів буде трохи нахилений до Сонця. Осьовий же нахил Урана – приголомшливі 99 градусів! Іншими словами, планета обертається на боці. І це призводить до одного дивного факту про Уран… Пора року на Урані триває один довгий день – 42 роки.
Сидеричний день на Урані (тобто час, необхідний планеті для завершення одного оберту навколо своєї осі), становить близько 17 годин. Але нахил Урана настільки виражений, що той чи інший полюс зазвичай спрямований до Сонця. Це означає, що день на північному полюсі Урана триває половину уранського року – 84 земних років.
Отже, якби ви могли стояти на північному полюсі Урана, ви побачили б, як Сонце сходить на небі і кружляло довкола протягом 42 років. До кінця цього довгого, затяжного «літа» Сонце нарешті опуститься б за горизонт. Після цього настануть 42 роки темряви, інакше відомі як єдиний «зимовий» сезон на Урані.
Уран має кільця. Ці кільця складаються з надзвичайно темних частинок, розмір яких варіюється від мікрометрів до метра. На даний момент відомо тринадцять чітких кілець.
Оскільки Сатурн п’ятий за яскравістю об’єкт в Сонячній системі він був відомий ще древнім вавилонянам. Сатурн класифікують як газовий гігант. У зв’язку з цим він не має твердої поверхні. Атмосферу Сатурна переважно становлять водень і гелій. Вважається, що Сатурн має невелике ядро з силікатів і заліза, покрите льодом і глибоким шаром водню.
Проте унікальним його робить система кілець, що ніби пачка балерини, оточує «талію» планети. Іноді кільця «розчиняються» у просторі, коли повертаються до Землі ребром, а іноді – вражають астрономів своєю масивністю. А відкриті вони були ще в далекому 1610 році. Кожному кільцю дана назва – буква латинського алфавіту. Вони привласнювалися в тому порядку, у якому доводили факт наявності кільця. Одержали імена й проміжки між кільцями.
Юпітер більш ніж удвічі масивніший за всі інші планети разом узяті. Уся видима поверхня Юпітера — щільні хмари, розташовані на висоті близько 1000 км над «поверхнею», де газоподібний стан змінюється на рідкий і утворює численні шари жовто-коричневих, червоних і блакитнуватих відтінків. За однією з версій, смуги виникали в результаті явища конвекції в атмосфері планети-гіганта — за рахунок підігрівання і, як наслідок, підняття одних шарів і охолодження й опускання вниз інших.
Ще одне цікаве явище на Юпітері – це його велика червона пляма — овальне утворення зі змінними розмірами, розташоване в південній тропічній зоні. Відкрита Робертом Гуком 1664 року. Станом на 2000 рік «пляма» мала розміри 15 х 30 тис. км, а сто років перед цим спостерігачі відзначали в 2 рази більші розміри. Іноді вона буває не дуже чітко видимою. Це довготривалий вільний вихор (антициклон) в атмосфері Юпітера, що робить повний оберт за 6 земних діб.
Планети-гіганти [Зовнішні]
До групи планет-гігантів входять Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Остання «планета» Сонячної системи – Плутон – відноситься до тіл, що становлять пояс Койпера, він найбільше тіло цієї групи.
Юпітер і Сатурн спостерігаються неозброєним оком, причому Юпітер поступається за блиском тільки Венері. Уран і Нептун видно в невеликі телескопи, для спостереження Плутона необхідний потужний телескоп.
Плутон
Плутон є не великий планетою, а найбільшим астероїдом з зовнішнього астероїдний пояс (пояса Койпера). Орбіта Плутона, на відміну від орбіт великих планет всієї Сонячної системи (за винятком Меркурія) має більший нахил до екліптики і більший ексцентриситет.
Відмінність від земної групи
Основна відмінність планет-гігантів від планет групи Землі – їх істотно більші маси і розміри. У той же час щільності планет цієї групи значно менше щільності планет земної групи. Це говорить про відмінність хімічного складу планет обох груп.
Всі планети-гіганти мають потужні атмосферами, в їх спектрах добре видно смуги поглинання метану й аміаку. Однак основними компонентами атмосфер цих планет є водень і гелій. Відсутність ліній поглинання цих елементів пояснюється тим, що за умов, які панують в атмосферах планет-гігантів, їх видно тільки в далекій ультрафіолетової області спектра, недоступною для спостережень із Землі. Легкообнаружіваемие аміак і метан складають в дійсності не більше 0,1% маси атмосфери планет-гігантів.
Характерними особливостями видимого диска планет-гігантів є паралельні екватору смуги, що абсолютно очевидно на Юпітері і Сатурні, на фотографіях, зроблених із Землі, АМС «Вояджер-2».
Структура внутрішньої будови планет-гігантів має вигляд оболонок. Відмінності в будові виникають через різнорідності мас. Верхній шар хмар планет представляється видимою поверхнею. Хмари складаються з крапель і кристалів рідких і твердих метану й аміаку. Незважаючи на те, що смуги метану й аміаку в спектрах планет добре помітні, їх зміст в атмосфері становить не більше 5 • 10-2%. Нижче хмар лежить шар газорідку атмосфери. Далі слідують шари молекулярного водню і металевого водню. Ці стану речовини в земних умовах отримати неможливо.
У будову Сатурна товщина шарів набагато менше (як набагато менше і розміри планети).
Будова Урана і Нептуна дуже просте, оскільки їх маси набагато менше. У них тільки три оболонки: атмосфера, мантія з льодів і металлосілікатное ядро.
У самому центрі планет-гігантів розташоване металлосілікатное ядро. У ньому немає водню, але, можливо, є лід, незважаючи на температуру близько 23 000 K. Пояснюється це величезним тиском, що досягає 5 • 1011 Па.
Всі планети-гіганти обертаються значно швидше планет групи Землі. Причому у них відзначається цікава закономірність. Період обертання екваторіальних областей значно менше періоду обертання поблизу полюсів. Такий закон обертання спостерігається і у Сонця. Мабуть, він характерний для газоподібних тіл. Тому слід очікувати, що якщо у цих планет і є тверді ядра, то вони невеликі у порівнянні з їх потужними атмосферами.
Якщо серед планет групи Землі тільки сама Земля має значний магнітним полем, то для планет-гігантів характерні дуже сильні, набагато сильніші, ніж у Землі, магнітні поля. Це пов’язано з більш швидким обертанням цих планет.
У всіх планет-гігантів є супутники, число їх може доходити до декількох десятків.
Планети-гіганти мають розвинені системами супутників. Так, Юпітер і Уран мають по два десятка, а Сатурн майже три десятка супутників. Більшість з них – це невеликі (максимум десятки кілометрів в діаметрі) крижані брили. Але деякі представляють великий науковий інтерес.
Супутник Сатурна – Титан і супутник Нептуна – Тритон привертають увагу дослідників тим, що на них є щільна атмосфера, що складається головним чином з азоту.
Планети-гіганти мають системами кілець. Кільця Сатурна видно навіть в аматорський телескоп. Вони були відкриті ще в XVII ст. голландцем X. Гюйгенсом. Кільця Юпітера були відкриті при польоті КА «Піонер» на початку 70-х рр. XX ст. Після цього найтоншими наземними спостереженнями були виявлені кільця у Урана і Нептуна. Їх існування було підтверджено в польоті космічного апарату «Вояджер».
Дослідження планет-гігантів ускладнюється тим, що вони розташовані дуже далеко. Тільки сучасні телескопи з їх приголомшливою роздільною здатністю дозволяють побачити на Юпітері об’єкти, розміри яких не перевищують десятків кілометрів. На Нептуні можна побачити деталі розміром в сотні кілометрів. Найважливіша інформація про природу планет-гігантів була отримана за допомогою ряду АМС ( «Піонер-10», «Вояджер-1 і -2», «Галілео» та ін.).
У 2004 р до Сатурну наблизився і став його штучним супутником космічний апарат «Кассіні». Його спусковий зонд був відправлений на супутник Сатурна Титан – єдиний в Сонячній системі супутник, що володіє атмосферою.