Разбор тренировочных заданий

Узнаем, научимся, сможем

На уроке

мы узнаем:

- как рассчитываются основные физические характеристики Солнца; каково строение Солнца; по каким параметрам сравнивают между собой различные звёзды; что такое диаграмма «спектр – светимость»; каковы этапы эволюции звёзд; что такое Млечный Путь;

- какие существуют галактики; какие галактики относятся к активным; как взаимодействуют галактики; что такое красное смещение;

мы научимся:

- решать типовые качественные и расчётные задачи по определению звёздных характеристик; определять типы звёзд по их звёздным характеристикам;

- различать галактики по строению и активности; оценивать массы галактик по параметрам звёзд; определять скорость движения галактик по их красному смещению;

мы сможем:

- проводить самостоятельно эксперименты по исследованию солнечных явлений; искать и анализировать информацию о строении, параметрах и эволюции звёзд.

- решать качественные и количественные задания по теме урока; находить изображения галактик, информацию об их особенностях.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Проработать материал и написать краткий конспект

Звезды. Солнце

Наше изучение звёзд начинается с изучения Солнца, ближайшей к Земле, звезды.

Основные характеристики Солнца.

Первая величина, которая легко вычисляется для Солнца – это его радиус.

Угол, под которым видно Солнце с Земли, равен 16 секундам. Расстояние от Земли до Солнца - значение большой полуоси орбиты Земли. Радиус Солнца равен 700000 км.

Массу Солнца определим, используя третий обобщённый закон Кеплера.

Химический состав Солнца: примерно 70% водорода, 29 % гелия;

Температура на поверхности Солнца 6000 К.

Атмосфера Солнца. Нижний слой, называющийся фотосферой, имеет небольшую высоту.

Внешняя часть, называющаяся короной, простирается на несколько радиусов Солнца.

В структуре фотосферы выделяют гранулы, протуберанцы, темные пятна.

С поверхности Солнца постоянно идёт поток заряженных частиц, называемый солнечным ветром. Временами на Солнце происходят вспышки, увеличивающий поток частик и всевозможные излучения Солнца.

Основные характеристики звёзд.

Основные характеристики звёзд. Изучение звёзд затруднено тем, что они находятся далеко и освещенность, которую они создают на Земле очень мало. Проблему наблюдения за звёздами решают при помощи больших телескопов

Измерения температур поверхности звёзд показывают, что есть прямая связь между температурой звезды и видом её спектра.

В результате все звёзды разнесены по звёздным классам: O, B, A, F, G, K,

Обозначение	Цвет	Темпера -тура, К
O	Голубой	30000-60000
B	Голубовато-белый	10000-30000
A	Белый	7500-10000
F	Желтовато-белый	6000-7500
G	Жёлтый	5000-6000
K	Оранжевый	3500-5000
M	Красный	2000-3500

Э.Герцшпрунг и Г.Рессел составили диаграмму зависимости светимости всех известных звёзд от их спектрального класса.

По этой диаграмме все звёзды расположились в четырёх группах.

Главная последовательность диаграммы дает расположение большинства звёзд. Солнце является звездой данной группы звёзд.

Плотности звёзд данной группы примерно равны плотности Солнца.

Вторая и третья группы звёзд данной диаграммы – гиганты и сверх - гиганты.

Группа звёзд гигантов – звёзды красного цвета со светимостью примерно в сто раз больше Солнца, а размеры в десятки раз больше.

Сверх – гиганты также звёзды со светимостью в сотни тысяч раз больше солнечной, а размерами в сотни раз больше. Плотность сверх – гиганта Бетельгейзе составляет одну миллионную долю плотности воздуха.

Белые карлики – это группа звёзд, которая располагается на диаграмме внизу слева. Светимость белых карликов в сотни и тысячи раз меньше солнечной и по размерам сравнимы с планетами. Однако, плотность достигает огромных значений.

Источник энергии Солнца и звёзд.

Источником энергии Солнца и звёзд является ядерная энергия, которая выделяется при синтезе ядер гелия из ядер водорода.

Это - так называемая термоядерная реакция.

Доказательством верности наших представлений о строении Солнца является результаты поиска и регистрации нейтрино, которые сопровождают термоядерные реакции в недрах Солнца и легко проникают от места реакции до самой Земли.

Эволюция звёзд.

Рождение звезды происходит в процессе сжатия газопылевых облаков галактик. Сначала увеличивается плотность, растёт температура и начинается излучение в инфракрасном диапазоне. Облако на этом этапе называют протозвездой.

Любая звезда в своей жизни проходит определенные стадии своей эволюции: рождение, пребывание на главной последователь последовательности, расширение и превращение в гиганта или сверх - гиганта. В зависимости от массы звезды происходит дальнейшее преобразование - либо в белого карлика, либо в нейтронную звезду или черную дыру.

Галактики

Наблюдая за звёздным небом, люди давно заметили светло – дымчатую полосу, пролегающую по всему небу. До нас дошло греческое название этой полосы из мифов – Млечный Путь. В своих догадках древнегреческий философ Демокрит считал, что Млечный Путь - это множество далёких звёзд.

Г. Галилей, наблюдая Млечный Путь впервые из астрономов в телескоп, установил, что действительно, Млечный Путь усеян огромным количеством маленьких звёздочек. Следующим астрономом, сделавшим значительный вклад в изучение Млечного Пути, стал В. Гершель. Он установил, что Солнечная система находится в Млечном Пути.

В наблюдениях за звёздным небом астрономами были открыты многочисленные звёздные скопления и газопылевые облака. Дальнейший анализ этих звёздных скоплений показал, что большинство из них находятся за пределами нашей Галактики. На сегодняшний день число открытых таких же галактик, как Млечный Путь, исчисляется миллиардами.

Все галактики относятся всего лишь к трём классам:

1.эллиптические;

2.спиральные

3.неправильные.

Эллиптические галактики представляют из себя звёздные скопления, образующие структуру, подобную шару или эллипсоиду. Из общего числа галактик к эллиптическим относятся примерно 25%. Яркость и плотность эллиптической галактики уменьшается от центра к периферии. Масса галактик этого вида может достигать 10¹³ масс Солнца.

Примерно 70% галактик относятся к спиральным галактикам. Спиральные галактики представляют из себя плоскую вращающуюся структуру с ядром и ветвями. Разновидностью спиральной галактики является галактика с перемычкой в ядре, с концов которой начинаются ветви. Помимо множества звёзд в ветвях галактик этого вида содержится много газа и пыли, а также звёзд класса О и В. Наша Галактика и ближайшая к нам галактика Андромеды относятся также к спиральным галактикам. Масса спиральных галактик может составлять от 10¹⁰ до 10¹² масс Солнца.

Небольшую группу (5% от общего числа) образуют неправильные галактики. У этих галактик нет ядра и выраженной структуры. К неправильным галактикам от носятся ближайшие к Млечному Пути Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако.

Галактики, радиоизлучение которых превышает мощность видимого излучения, называются радиогалактиками.

Существует класс галактик, которые пребывают в активной фазе своей эволюции, сопровождающейся выбросами очень больших масс вещества из ядра. Такие галактики называются активными. Большой мощностью радиоизлучения отличаются квазары. Эти образования, подобные звездам, находятся в ядрах галактик. Имея размеры всего лишь в десятки раз больше размеров Солнечной системы, квазары излучают энергию (видимого излучения и всех других видов излучения) в 10¹² светимостей Солнца. Для выделение такой громадной энергии требуется источник. В ядрах галактик таким источником является реакция постепенного захвата массивной черной дырой ближайших звёзд.

Помимо одиночных галактик существуют скопления галактик. В частности, Млечный Путь, галактика Андромеды, Малое и Большое Магеллановы Облака образуют местную группу галактик, которые связаны тяготением и движутся вокруг единого центра масс. В настоящее время известны тысячи скоплений галактик, в которых содержатся тысячи галактик.

Анализ спектров света галактик показал, что все линии спектра смещены в сторону его красного конца, т.е. длина волны всех линий в составе спектра увеличивается. Из формулы эффекта Доплера следует, что это может быть обусловлено удалением источников света от точки наблюдения. Чем больше скорость, тем больше красное смещение и наоборот. Дальнейшие расчёты, сделанные Э.Хабблом показали, что наблюдаемая скорость удаления галактик прямо пропорциональна расстоянию до них. Этот факт можно сформулировать по-другому: галактики удаляются друг от друга с увеличивающейся скоростью.

 

Разбор тренировочных заданий

1. Приведены имена ученых в произвольном порядке.

Э. Хаббл; В. Гершель; Демокрит; Г. Галилей.

Расположите имена учёных в хронологическом порядке.

Решение:

На первое место, конечно, поставим Демокрита. Во всех смыслах – первый.

Ещё почти 2 тысячи лет после античных времён астрономы продолжают смотреть в небо невооружённым глазом (или глазами). Пока первым Г. Галилей не воспользуется телескопом. Затем, используя наиболее совершенный телескоп того времени, В. Гершель обследует нашу Галактику – Млечный Путь.

Ну и напоследок, Э. Хаббл, чьи основные открытия пришлись на начало XX века.

Ответ: Демокрит, Г. Галилей, В. Гершель, Э. Хаббл

 

2. Дописать данные

а)  Период вращения Земли вокруг Солнца равен 365,25 суток.

б) Радиус Солнца равен 700000км, а время, за которое Солнце (точнее, точка экватора) совершит полный оборот 25,4 суток.

в) Период вращения Солнца вокруг центра Галактики 200 млн. лет

Домашнее задание

Выберите одно утверждение о звёздах, которые соответствуют диаграмме:

1) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса В главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса G главной последовательности.

2) Температура поверхности звёзд спектрального класса F ниже температуры звёзд спектрального класса А.

3) Звезда Арктур имеет температуру поверхности 4100 К, следовательно, она относится к звёздам спектрального класса В.

4) Средняя плотность сверхгигантов существенно больше средней плотности белых карликов.