Разработка урока по теме "Малые тела Солнечной системы"

ИИСС «Планетарий» Урок 21. Малые тела Солнечной системы  . Малые тела Солнечной системы Тема   Цели урока    .  Учащиеся должны усвоить:  1. Понятия:     малые   тела   Солнечной   системы,   астероиды,   астероидные   тела,   метеоры, метеориты,   кометы,   карликовые   планеты,   пояс   Койпера,   главный   пояс   астероидов, облако Орта, метеороидные тела. 2. Причины различия понятий метеорит и метеор. 3. Соотношения   между   расположением,   размерами   и   массой   малых   тел   в   Солнечной 4. Основные понятия системе.    .  малые   тела   Солнечной   системы,   астероиды,   астероидные   тела, метеоры,   метеориты,   кометы,   карликовые   планеты,   пояс   Койпера,   главный   пояс астероидов, облако Орта, метеороидные тела. Демонстрационный материал:  Иллюстрации. Модели. Самостоятельная деятельность учащихся:  Выполнение тестовых заданий. Мировоззренческий аспект урока:  Развивать навыки логического мышления учащихся и научного подхода к изучению формирования объектов Солнечной системы. Использование   новых   информационных   технологий:    Работа   с   моделями   «Модель Орбиты   комет   и   карликовых   планет»,   «Метеорные   потоки»,   «Кометы»,   «Кометы: строение». План урока: Краткое содержание урока Формы использования планетария Время, мин Приемы методы   и с I. Вводная беседа. Актуализация темы II. Изучение нового материала: Иллюстрации, демонстрация интерактивных моделей III. Рефлексия IV. Выполнение заданий по карточкам (дифференцированная форма контроля) V.  Домашнее задание 2 25 5 17 1 Беседа учащимися   Объяснение учителя   на Ответы вопросы учащихся Запись   на   доске учителя Конспект урока: Самое главное в данном уроке – дать современную классификацию малых тел Солнечной системы. Данный урок – практически «соло» учителя. Но рекомендуется одно выступление учащихся по заранее подготовленной теме: «Астероиды и кометы вблизи Земли. Оценка опасности столкновения Земли с астероидами и кометами». 1 ИИСС «Планетарий» Малые тела К малым телам Солнечной системы относят астероиды, метеорные тела, кометы, тела пояса Койпера. Астероиды имеют размеры менее тысячи км. Более мелкие тела, чем астероиды, называются «метеороидами» или  метеороидными телами, они могут иметь размеры порядка нескольких метров и даже меньше. Астероид – это небольшое планетоподобное тело Солнечной системы, размером от нескольких метров до тысячи километров, астероиды часто называют малыми планетами (но не карликовыми планетами!). Астероиды Греки и троянцы находятся на одинаковом расстоянии от Солнца и от Юпитера. Два равносторонних   треугольника   «Солнце­Юпитер­Греки»   и   «Солнце­Юпитер­Троянцы», расстояние 5,2 а.е. 2 ИИСС «Планетарий» Астероиды Большинство   орбит   астероидов   сконцентрировано   в   главном   поясе   астероидов между орбитами Марса и Юпитера на расстояниях от 2,0 до 3,6 а. е. от Солнца. Общая масса астероидов оценивается примерно в 1/1000 массы Земли. История открытия астероидов В   1766 году   Иоганном   Даниелем   Тициусом,   а   в   1772 году   независимо   от   него Иоганном   Элертом   Боде,   была   подмечена   закономерность   в   ряде   чисел,   выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде: a = 0,1∙(3∙2n – 2 + 4) а. е., где n = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для пятой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а. е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а. е. Таким образом, правило давало практически правильные результаты для больших полуосей орбит. Правило Тициуса­Боде 1 января   1801 года   итальянский   астроном   Джузеппе   Пиацци   случайно   открыл звезду,   прямое   восхождение   и   склонение   которой   заметно   изменялось   за   сутки наблюдений. Гаусс вычислил орбиту этого астрономического объекта, большая полуось которого   оказалась   равной  2,77 а. е.   Таким   образом   стало   ясно,   что   этот   объект расположен   между   Марсом   и   Юпитером.   Этот   объект   был   назван  Церерой  в   честь древнеримской   богини   плодородия.   Так   астрономы   открыли   новый   тип   объектов   в Солнечной системе, позже названный астероидами. Затем открытия посыпались как из гора изобилия. Наблюдая за движением Цереры, немецкий врач Генрих Вильгельм Ольберс в 1802 году, увлекавшийся астрономией, открыл новый   астероид,   который   назвали  Паллада  в   честь   древнегреческой   богини   Афины Паллады. В 1804 году была открыта  Юнона, в 1807 году –  Веста. Фридрих Вильгельм Гершель   предложил   назвать   маленькие   планеты  астероидами.   Астероид   по­гречески означает «звездообразный». 3 ИИСС «Планетарий» Если   посмотреть   на   график,   то   видно,   что   числу   5   соответствует   именно   пояс астероидов. В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты Фаэтон между Марсом и Юпитером и образования астероидов – ее обломков. Фантастический взрыв Фаэтона К концу XIX века их было известно уже несколько астероидов. В настоящее время известны орбиты нескольких десятков тысяч астероидов главного пояса астероидов.  С 2006 года первый найденный астероид Церера отнесен к карликовым планетам. Таким   образом,   самый   крупный   астероид   –   Паллада   главного   пояса   астероидов   имеет размеры примерно 538 км. В настоящее время параметры орбит известны примерно у 10000 астероидов. Крупнейшие среди астероидов ­ Паллада (538 км), Веста (526 км) и Гигия (450 км). Астероид Церера с 2006 года относится к карликовым планетам. Считается, что число астероидов размером более 200 км порядка тридцати. Вначале малым планетам давали названия древнегреческих богинь и богов, после того, как все имена были использованы, астероиды стали называть женскими именами всех народов мира. Но и это было быстро закончилось, Поэтому часто перед именем стоит номер. Опасные космические объекты, такие как астероиды, орбиты которых пересекают орбиту Земли, представляют серьезную угрозу существованию человеческой цивилизации при столкновении Земли с астероидом. Астероиды вблизи Земли 4 ИИСС «Планетарий» Столкновение крупного астероида с планетой. Среди   астероидов   выделяют   семейства   астероидов   с   примерно   одинаковыми характеристиками. Самые важные среди таких – астероиды, орбиты которых лежат вблизи Земли.  Число астероидов, пересекающих орбиту Земли, и имеющих диаметр более 1 км, примерно   500.  Таких   семейств   три:   семейство   астероида   1862   Аполлон,   семейство астероида 1221 Амур, семейство астероида 2962 Атон. Орбиты   астероидов   семейства   1221   Амур   в   перигелии   почти   касаются   орбиты Земли.  Группа астероида Амур Группа   астероида   Аполлон.   Астероиды группы   Аполлона  заходят  далеко  внутрь орбиты Земли. За последние годы крупные астероиды пролетали неоднократно, вызывая страх и тревогу. В 1936 году астероид Адонис пролетел в 2 млн.км от Земли, в 1937 г. Астероид Гермес   пролетел   на   расстоянии   800   тыс.км   от   Земли.   В   1996   г.   Астероид   Таутатис пролетел на расстоянии 450 тыс.км от Земли 5 ИИСС «Планетарий» Астероид Таутатис. Значительная   часть   астероидов   основного   пояса   движутся   по  устойчивым, стабильным   орбитам, которые мало изменились  за последние  4,5 млрд лет, поэтому столкновений с такими астероидами практически маловероятны. Но орбиты астероидов могут измениться при приближении к планетам­гигантам, при столкновении с другими астероидами и кометами, поэтому орбиты астероидов могут изменяться.  Американским   астрономом   Р.   Бинзелом   была   разработана   качественная   шкала оценки опасности столкновения с Землей астероидов и комет, подобная шкале Рихтера, используемой для градации опасности землетрясений. В 1999 г. шкала была утверждена Международным Астрономическим Союзом.  Оценка опасности столкновения Земли  с астероидами и кометами События, не имеющие последствий  (Белая Зона)  Заслуживающие внимания  (Зеленая Зона)  Вызывающие беспокойство  (Желтая Зона)  Явно угрожающие события  (Оранжевая Зона)  0  1  2  3  4  5  Вероятность столкновения в ближайшие десятилетия равна   0.   К   этой   же   категории   событий   относятся столкновения   с   объектами,   которые   не   смогут достигнуть   поверхности   Земли,   сгорев   в   ее атмосфере.  Вероятность   столкновения   крайне   низка,   порядка вероятности   случайного   столкновения   Земли   с объектом такого же размера. (скорее всего, слежения подобные тела в ближайшие десятилетия с Землей не встретятся)  Близкий,   но   не   являющийся   чем­то   необычным, пролет. Столкновение очень маловероятно. (подобные события происходят нередко)  Близко пролетающее тело, вероятность столкновения 1% или выше. Столкновение способно вызвать только локальные разрушения.  Близкий пролет с вероятностью столкновения 1% или более. Столкновение способно вызвать региональные разрушения.  Близкий   пролет,   который   может   с   существенной вероятностью   вызвать   столкновение,   приводящее   к региональной катастрофе.  6 ИИСС «Планетарий» Неизбежное столкновение  (Красная Зона)  6  7  8  Близкий   пролет,   который   с   существенной вероятностью   может   вызвать   столкновение, приводящее к катастрофе с вероятными глобальными последствиями.    который   с   существенной Близкий   пролет, вероятностью   может   вызвать   столкновение, приводящее   к   катастрофе   с   неизбежными глобальными последствиями.  Столкновение приводящее к локальным разрушениям. Такие столкновения с Землей происходят от одного раза в 50 лет до раза в 1000 лет.  Столкновение   приводящее   к   региональным разрушениям.   Такие  события  происходят  от  одного раза в 10000 лет до одного раза в 100000 лет.  9  10  Столкновение приводящее к глобальной катастрофе с изменением климата. Такие события случаются один раз в 100000 лет или реже.  По различным оценкам велика вероятность падения на Землю астероида диаметром около 1 км раз в 100 тыс. лет. Но наиболее велика вероятность встречи Земли с более мелкими небесными объектами. Двойные астероиды Открыто несколько двойных астероидов.  В   1993   году   американский   космический   аппарат   «Галилео»,   направлявшийся   к Юпитеру, пересекал главный пояс астероидов. Он пролетел на минимальном расстоянии порядка 10000 км от астероида 243 Ида и сфотографировал этот астероид. Оказалось, что астероид Ида имеет маленький спутник, который назвали Дактиль. Астероид Ида и Дактиль. 7 ИИСС «Планетарий» В 2001 г. был обнаружен спутник у астероида 107 Камилла. В 2005 году у астероида Сильвия   было   открыто   2   спутника.   Был   также   открыт   контактный   астероид   4769 Касталия. Самый   крупный   астероид     –   Паллада.   Ранее   самым   крупным   астероидом   была Церера, но её отнесли в 2006 году к карликовым планетам.  Размеры и состав астероидов Название астероида 2 Паллада 4 Веста 10 Гигия 31 Ефросина 704 Интерамния 511 Давида 65 Кибела Размер 538 км 526 км 450 км 370 км 350 км 323 км 309 км Все остальные астероиды главного пояса имеют размеры менее 300 км в диаметре. Химический состав астероида можно оценить по альбедо. Если астероид тёмный, альбедо близко к 0. Например, поверхность астероида 52 Европа практически чёрная, альбедо 0,03. Предполагают,   что   в   поверхность   таких   астероидов   аналогична   глубинным   горным породам Земли. Самый светлый астероид 44 Низа имеет альбедо 0,38. Предполагают, что на поверхности этого астероида присутствуют металлы. Астероид 433 Эрос Астероид Эрос обращается вокруг Солнца с периодом 1,8 земных года. Его размеры – 40 x 14 x 14 км.  В   2000   г.   автоматический   космический   аппарат   NEAR­Шумейкер   сделал   много фотографий   астероида.   433   Эрос.   Исследования   астероида   показали,   что   Эрос   ­ монолитное твердое тело, что его химический состав приблизительно однороден и что он образовался   в   «молодые   годы»     Солнечной   системы.   В   2001   году   аппарат   сел   на поверхность   астероида.   При   посадке   космический   аппарат   NEAR­Шумейкер   успел передать снимки с близкого расстояния с разрешением до 10 см. 8 ИИСС «Планетарий» Поверхность астероида Эрос с расстояния 34 м. Фотография КА NEAR­ Шумейкер, 2001 г. Астероид 216 Клеопатра состоит в основном из металлов типа никеля и железа, как Астероид 216 Клеопатра. показали радарные исследования. Показать анимацию Астероид 216 Клеопатра. 9 ИИСС «Планетарий» Астероид 951 Гаспра. Фотография КА Галилео в 1991 г. Астероид 951 Гаспра имеет размеры 19x12x11 км и обращается почти по круговой орбите внутри главного пояса астероидов.  Состоит Гаспра из  смеси скальных  пород и металлосодержащих минералов. Астероид 253 Матильда с сравнении с астероидами Гаспра и Ида. Астероид 253 Матильда имеет размеры 59 x 47 км. Матильда – тёмный астероид, который,   по   предположениям,   состоит   из   углистых   хондритов.   Поскольку   плотность Матильды очень низкая, всего 1400 км3, то предполагают, что астероид пористый,  как пенопласт. 10 ИИСС «Планетарий» Астероид 253 Матильда. Астероид Гидальго удаляется от Солнца на большее расстояние, а = 5,71 а.е., движется по вытянутой орбите. Астероиды за орбитой Юпитера За орбитой Юпитера в конце ХХ века были открыты и другие астероиды. Второй пояс астероидов называют поясом Койпера. Пояс Койпера – дискообразная область за орбитой Нептуна, на расстоянии от 30 а.е. до 100 а.е. от Солнца, населенная астероидами и ядрами комет.  Можно рядом разместить и другую проекцию: 11 ИИСС «Планетарий» Рис. Пояс Койпера. Ян   Хендрик   Оорт   в   1950   г.   высказал   гипотезу   о   существовании   на   далекой периферии Солнечной системы кометного облака – источника наблюдаемых комет.  Оорт заметил, что имеются особенности орбит комет: 1. Не наблюдалось комет с гиперболическими орбитами, указывающими на то, что они  прилетели из межзвездного пространства. 2. У долгопериодических комет афелий имеет тенденцию лежать на расстоянии около  50000 а.е. от Солнца. 3. Не наблюдается какого­либо выделенного направления, откуда приходят кометы. Поэтому Оорт предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком кометных тел (по его оценке насчитывающим до 1011 тел), находящихся на расстояниях от 20 000 до 200 000 а. е.  Если в 1950 году Оорт исходил из предположения о том, что эти тела были «заброшены» на такие расстояния в результате взрыва гипотетической планеты (которая раньше якобы существовала на месте современного главного пояса астероидов), то   уже   в   1951 перешел   к   представлениям,   совпадающим   с   современными   выводами. Считается, что в процессе роста планет­гигантов (в первую очередь Юпитера и Сатурна) при достижении ими достаточно большой массы гравитационные возмущения становятся настолько сильными, что начинается массовый выброс ими планетезималей из ближайших к их орбитам кольцевых зон. Практически все не вошедшие в планеты и находящиеся в этих зонах тела улетели во внешние области Солнечной системы. Облако, которое составили миллионы   таких   ледяных   тел,   в   дальнейшем   стали   называть  облаком   Оорта.   Это гигантский резервуар, в котором находятся кометные тела, и из которого под действием сближающихся с Солнцем звезд или гигантских газо­пылевых облаков они изменяют свои орбиты и попадают во внутреннюю область нашей планетной системы. 12 ИИСС «Планетарий» Облако Орта. Космический   объект   Хирон   относится   к   кентаврам   и   движется   по   вытянутой орбите. Перигелий Хирона находится внутри орбиты Сатурна, афелий ­ вблизи орбиты Урана, орбита сильно наклонена к эклиптике. Его диаметр составляет примерно 170 км, орбитальный период 50,7 года. В 1988 г. у него была зарегистрирована кома, какая бывает у комет, а в 1996 г. при прохождении перигелия  кома исчезла. Поэтому Хирон  имеет признаки как кометы (наличие комы и хвоста), так и астероида (его размеры значительно превосходят   размеры   известных   комет).   Именно   поэтому   его   назвали   в   честь древнегреческого кентавра Хирона (получеловека­полулошади). В 1992 году был обнаружен второй кентавр – Фол, а в 1993 – третий, Несс. Все объекты   этого   класса   (сейчас   их   известно   более   20)   называют   в   честь   мифических кентавров,   а   сам   класс   так   и   назвали:  кентавры.  Все   кентавры   расположены   между орбитами   Юпитера   и   Нептуна,   движутся   по   сильно   вытянутым   орбитам   с   большим эксцентриситетом, а наклон орбиты к плоскости эклиптики изменяется от 0° до 25°. Наиболее известные кентавры Номер Название Экваториальный диаметр (км) Большая полуось а. е. Перигелий, а. е. Афелий а. е. Открыт Примечания 2060 Хирон  137 13,67 8,45 18,89 1977 13 ИИСС «Планетарий» 5145 Фол 7066 Несс 8405 Асбол 185 58 66 20,43 8,72 32.14 1992 24,56 11,79 37,33 1993 17,94 6,83 29,05 1995 Первый объект пояса Койпера за орбитой Нептуна диаметром около 280 км был открыт в 1992 г. и получил обозначение 1992 QB1. Предполагают, что объекты пояса Койпера представляют собой лёд с небольшими примесями органических веществ, то есть близки по составу к кометному веществу. Масса всех   объектов   пояса   Койпера   превышает   массу   всех   астероидов   главного   пояса астероидов. Но предполагают, что масса объектов облака Орта превышает массу объектов пояса Койпера. Таблица. Крупнейшие объекты пояса Койпера Название Экваториальный диаметр (км) Большая полуось а. е. Перигелий, а. е. Афелий а. е. Открыт Примечания Эрида 3000 Плутон 2320 Санта  EL61 1600 Седна 1800 2005 FY9 1700 Оркус Харон Квавар  Варуна  2002 UX25 1600 1270 1260 930 910 2002 AW197 890 Иксион  820 67,71 39,48 43,34 502 45,64 39,45 39,48 43,4 43,07 42,56 47,47 39,49 37,81 97,61 2005  Карликовая  планета Карликовая  планета 49,3 1930 51,52 2005   928 2003 52,57 2005 48,1 49,3 44,9 45,3 48,7 53,7 49,1 2004 1978 2002 2002 2002 2002 2001 Карликовая  планета           29,6 35,16 76,0 38,71 30,8 29,6 41,9 40,9 36,5 41,3 30,0 14 ИИСС «Планетарий» Изучение орбит на примере «Модель Орбиты комет и карликовых планет» Орбита Седны Метеорные тела Чёткого разграничения между метеороидами (метеорными телами) и астероидами нет. Обычно метеороидами называют тела размерами менее сотни метров, а астероидами ­ более   крупные.   Совокупность   метеороидов,   ображающихся   вокруг   Солнца,   образует метеорное   вещество   в   межпланетном   пространстве.   Некоторая   доля   метеорных   тал является остатком того вещества, из которого когда­то образовалась Солнечная система, некоторая – остатки постоянного разрушения комет, обломки астероидов. Метеорное тело или метеороид – твёрдое межпланетное тело, которое при влете в атмосферу   планеты   вызывает   явление  метеора  и   иногда   завершается   падением   на поверхность планеты метеорита. Что обычно бывает, когда метеорное тело достигает поверхности Земли? Обычно ничего, так как из­за незначительных размеров метеорные тела сгорают в атмосфере Земли. Крупные скопления метеорных тел называется   метеорным роем. Во время сближения метеорного роя с Землей наблюдаются метеорные потоки. Изучение   появлении   метеорных   потоков   на   примере   интерактивной   модели «Метеорные потоки». Метеоры и болиды Явление   сгорания   метеорного   тела   в   атмосфере   планеты   называется  метеором. Метеор   –   это   кратковременная   вспышка,   след   от   сгорания   проходит   через   несколько секунд. За сутки в атмосфере Земли сгорает около 100000000 метеорных тел.  15 ИИСС «Планетарий» Метеор из потока Леониды. Метеор и галактика Большое Магелланово Облако. Если   следы   метеоров   продолжить   назад,   то   они   пересекутся   в   одной   точке, называемой радиантом метеорного потока. Радиант метеорного потока. Радиант   метеорного   потока Леониды. 16 ИИСС «Планетарий» Многие метеорные потоки являются периодическими, повторяются из года в год и названы по созвездиям, в которых лежат их радианты. Так, метеорный поток, наблюдаемый ежегодно примерно с 20 июля по 20 августа,  назван  Перcеидами, поскольку его радиант лежит   в   созвездии   Персея.   От   созвездий   Лиры   и   Льва   получили   соответственно   свое название метеорные потоки Лириды (середина апреля) и Леониды (середина ноября). Исключительно редко метеорные тела бывают сравнительно больших размеров, в этом случае говорят, что наблюдают болид. Очень яркие болиды видны и днём. Болид. Великобритания, 2003 г. Метеориты Если   метеорное   тело   достаточно   большое   и   не   смогло   полностью   сгореть   в атмосфере при падении, то оно выпадает на поверхность планеты. Такие упавшие на Землю или другое небесное тело метеорные тела называют метеоритами. Самые массивные метеорные тела, имеющие большую скорость, выпадают на поверхность Земли с образованием кратера. 17 ИИСС «Планетарий» Метеорный кратер Бэрринджер в Аризоне (США)  от падения крупного метеорита. Диаметр 1200 метров и глубина 180 метров. В 1992 году в городе Пикскиль (США) метеорит пробил автомобиль. В зависимости от химического состава метеориты подразделяются  на  каменные (85 %), железные (10 %) и железо­каменные метеориты (5 %). каменные железные Железо­каменные Мереорит   Бондок.   Филиппины. Найден 1956 г.   Общий вес экземпляров 888 кг. нескольких   Метеорит   Дронино, Фрагмент 291 г. Изменить  коричневый фон   Россия Метеорит Брагин Найден   в   России   в 1807   г.   Имеет   13 фрагментов   общим весом 853 кг. Каменные метеориты  состоят из силикатов с включениями никелистого железа. Поэтому небесные камни, как правило, тяжелее земных. Основными минералогическими составляющими   метеоритного   вещества   являются   железо­магнезиальные   силикаты   и никелистое железо. Более 90 % каменных метеоритов содержит округлые зерна – хондры. Такие метеориты называются хондритами. Железные   метеориты  почти   целиком   состоят   из   никелистого   железа.   У   них удивительная структура, состоящая из четырех систем параллельных камаситовых пластин с низким содержанием никеля и с прослойками, состоящими из тэнита. Железо­каменные метеориты  состоят  наполовину из  силикатов,  наполовину  из металла.   Они   обладают   уникальной   структурой,   не   встречающейся   нигде,   кроме 18 ИИСС «Планетарий» метеоритов. Эти метеориты представляют собой либо металлическую, либо силикатную губку. Один   из   крупнейших   железных   метеоритов,   Сихотэ­Алинский,   упавший   на территорию СССР в 1947 г., был найден в виде россыпи множества осколков. Метеорит Сихотэ­ Алинский, 1947 г., СССР. Общий вес найденных осколков более 31000 кг. Железные метеориты Один из фрагментов метеорита Альенде, Мексика, 1969 г. Общий вес более 2000 кг. На сколе видны светлые минеральные включения, окружённые темным веществом. Метеорит из класса углистых хондритов. Такие метеориты образовывались в результате объединения мелких частиц в эпоху формирования Солнечной системы. Кометы Кометы   –   самые   многочисленные,   самые   протяжённые   и   самые   удивительные небесные   тела   Солнечной   системы.   Слово   «комета»   в   переводе   с   греческого   означает «волосатая», «длинноволосая». При сближении с Солнцем комета принимает эффектный вид, нагреваясь под действием солнечного тепла так, что газ и пыль улетают с поверхности, образуя яркий хвост.  По оценкам ученых, на далеких окраинах Солнечной системы, в так называемом облаке Оорта – гигантском сферическом скоплении кометного вещества – сосредоточено около   1012–1013 комет,   обращающихся   вокруг   Солнца   на   расстояниях   от   3000   до 160 000 а. е.   По мере приближения кометы к Солнцу, лёд ядра кометы начинает испаряться, потоки газа   и   пыли   начинают   выбрасываться   в   космос.   Кома   кометы   и   хвосты   начинают образовываться на расстоянии от Солнца примерно 5 а. е. (орбита Юпитера). Характеристика орбит комет 19 ИИСС «Планетарий» Кометы   движутся   по   вытянутым   траекториям.   Орбита   комет   характеризуется параметрами,   которые   описывают размер орбиты, ее положение относительно Солнца: перигелийным расстоянием q (минимальным расстоянием от Солнца) и эксцентриситетом е (степенью   вытянутости   орбиты),   периодом   обращения   кометы  Р,   большой   полуосью орбиты  а.   Орбита   кометы   может   лежать   не   в   плоскости   эклиптики.   Поэтому   орбита кометы может характеризоваться углом наклона плоскости орбиты кометы i к плоскости эклиптики. Типы хвостов комет Хорошо заметны белый пылевой и синий плазменный хвосты кометы. Типы хвостов комет исследовал русский астроном Ф. А. Бредихин. В конце  XIX века от разделил хвосты комет на три типа:    I  тип хвостов комет прямой и направлен в сторону от Солнца по радиусу вектору. II тип хвостов широкий, изогнутый. III тип хвостов направлен вдоль орбиты кометы. Такие хвосты неширокие. Довольно  редко  встречаются  кометы, хвосты  которых направлены к Солнцу. Это  так  называемые аномальные хвосты.  Под   воздействием   солнечного   ветра   пылевые   частицы   отбрасываются   в направлении, противоположном Солнцу, формируя пылевой хвост кометы. Пылевой хвост кометы имеет обычно желтоватый цвет и светится отражённым от Солнца светом. Плазменный хвост кометы обычно голубоватого цвета. Плазменный хвост кометы образуется из газа, который электризуется под действием ультрафиолетового излучения Солнца – плазмы. Строение кометы У каждой кометы несколько различных составных частей:  Ядро: относительно твердое и стабильное, состоящее в основном изо льда и газа с  небольшими добавками пыли и других твердых веществ.  Голова   (кома):   светящаяся   газовая   оболочка,   возникающая   под   действием электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца. Плотное облако водяного пара, углекислого и других нейтральных газов сублимирующих из ядра.  Пылевой хвост: состоит из очень мелких частиц пыли уносимых от ядра потоком газа. Эта часть кометы лучше всего видна невооруженным глазом. 20 ИИСС «Планетарий»  Плазменный (ионный) хвост: состоит из плазмы (ионизованных газов), интенсивно взаимодействует с солнечным ветром.  Строение   комет,   особенности   хвостов   комет   лучше   иллюстрировать   на   моделях «Кометы» и «Кометы: строение». IV. Выполнение заданий по карточкам (дифференцированная форма контроля, на первом месте № варианта, на втором ­ сложность) Малые тела Солнечной системы              1 ­ 1                                                           1. Назовите три самых крупных астероида главного пояса астероидов и приведите их примерные размеры. 2. Какие периодические кометы вы знаете?  Каковы примерные  их расстояния от Солнца? 3. Можно ли наблюдать метеоры на Луне? 4. Каков химический состав метеоритов? Малые тела Солнечной системы                       2 ­ 1                                                                                     1. Где находятся орбиты большинства астероидов? 2. От   каких   причин   зависит   видимая   угловая   длина     кометных   хвостов?   Как отличить при наблюдении комету без хвоста от обычной туманности? 3. Почему на астероидах отсутствует атмосфера? 4. Найти большую полуось  кометы Галлея, период обращения которой 76 лет.  Малые тела Солнечной системы                         3 ­ 2 1. Каково строение большинства комет? Каковы размеры хвостов  комет и от чего эти размеры зависят  21 ИИСС «Планетарий» 2. Какой   из   известных   астероидов   удаляется   от   Солнца   на   наибольшее расстояние? 3. Может   ли   комета,   периодически   возвращающаяся   к   Солнцу,   вечно сохранять свой вид неизменным? 4. Вычислите период обращения  одной из самых короткопериодических комет ­ кометы Энке, если большая полуось ее орбиты 2,2  а.е. Малые тела Солнечной системы                       4 ­ 3 1. Почему   хвосты   всех   комет   направлены   в   сторону   противоположную Солнцу? 2. Какие   астероиды   носят   название   Троянцы,   как   они   расположены   в 3. Комета имеет период обращения 770 лет. Найти её большую полуось. 4. Каков примерно период обращения кометы, которая в афелии отстоит от солнечной системе? Солнца на 4000 а.е.? Малые тела Солнечной системы                          5 ­ 2 1. Сколько в настоящее время зарегистрировано карликовых планет? 2. Как объяснить колебания блеска астероидов? 3. Назовите  яркие  метеорные потоки,  которые можно наблюдать  в средних широтах. Как они связаны с орбитами разрушившихся комет? 4. Комета имеет период обращения 1000 лет. Найти её большую полуось. Что можно сказать о скорости кометы в афелии и в перигелии? Малые тела Солнечной системы                      6 ­ 2 1. Каковы размеры астероидов? 2. В чем отличие астероида от метеорита и кометы от астероида? 3. Могут ли у астероидов и карликовых планет быть спутники? 4. Комета   Тутля   имеет   большую   полуось   орбиты 5,7 а.е. Найти период обращения этой кометы. Малые тела Солнечной системы                        7 ­ 3 1. По каким орбитам движутся в Солнечной системе кометы? 2. Что представляет собой ядро кометы и ее хвост? В чём отличие ионного хвоста от пылевого? 3. Предположим, что наблюдается полет яркого  метеора, затмевающего своим светом звезды. Как это явление может наблюдать космонавт с Луны? 4. Комета Галлея обращается вокруг Солнца с периодом обращения 76 лет. Нептун имеет период обращения   164,8 лет. Кто из них более удален от 22 ИИСС «Планетарий» Солнца в точке афелия своей орбиты? Малые тела Солнечной системы                    8 ­ 2 1. Охарактеризуйте физическую природу и строение кометы 2. Сравните массу всех астероидов главного пояса с массой Земли. Сравните размеры астероидов с размерами Земли и Луны. Что больше и во сколько раз? 3. В чем отличие метеора от метеорита? 4. Какова скорость кометы в перигелии и в афелии своей орбиты? В какой точке орбиты она максимальна и в какой минимальна? Малые тела Солнечной системы                        9 ­ 2 1. По каким орбитам движутся в Солнечной системе кентавры? Какие у них эксцентриситеты? 2. Что называют поясом Койпера? 3. Предположим, что наблюдается полет яркого  метеора, затмевающего своим светом звезды. Как это явление может наблюдать космонавт с Луны? 4. Кентавр Несс обращается вокруг Солнца по орбите с большой полуосью 24,5 а.е. Найти   период обращения Несса вокруг Солнца. Эксцентриситет Несса 0,518.  Между какими орбитами больших планет движется Несс?  Малые тела Солнечной системы                        10 ­ 2 1. По какой орбите движется  в Солнечной системе Хирон? По какой орбите движется Харон? В чем их самая главная разница в движении? 2. Что представляет собой облако Оорта и чем отличается от пояса Койпера?  3. Чем метеорит отличается от метеороида и от метеора? 4. Кентавр Фол обращается вокруг Солнца по орбите с большой полуосью 20,2 а.е. Найти  период обращения Фола вокруг Солнца.  Ответы: МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 1 ­ 1 1. Паллада – 538 км, Веста – 526 км, Гигия – 450 км. Церера не является астероидом, с  2006 года она отнесена к карликовым планетам. 2. Комета Галлея период Т = 76лет, кометы движутся по вытянутым орбитам, их  расстояния меняются в больших пределах. Перигелий кометы Галлея  q=0,59а.е.,афелий Q=17,8а.е. Короткопериодическая комета Энке Т=3,3года,  q=0,34а.е., Q=2,21а.е.  3. Нет, т.к. метеор – явление в атмосфере, а на Луне нет атмосферы.  4. Существуют железные, железно­каменные и каменные метеориты. 23 ИИСС «Планетарий» МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 2 ­ 1 1. Между орбитами Марса и Юпитера – главный пояс астероидов, за орбитой Нептуна  – пояс Койпера. 2. Истинный размер хвоста зависит от расстояния кометы до Солнца, видимый размер  хвоста еще зависит от расстояния кометы до Земли. Комета движется на фоне  неподвижных звёзд. 3. Астероиды имеют малую массу и не могут удержать атмосферу. 4. Применить 3 закон Кеплера. Ткометы Галлея = 76 лет, Т  = 1 год, а  = 1 а.е.  Ответ: а кометы Галлея =17,8 а.е. МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 3 ­ 2 1. Строение кометы: ядро, голова (кома), пылевой хвост, плазменный (ионный) хвост. Истинный размер хвоста зависит от расстояния кометы до Солнца, видимый размер хвоста еще зависит от расстояния кометы до Земли. 2. Астероид Гидальго  а = 5,71 а.е. 3. Нет.   С   каждым   приближением   к   Солнцу   периодическая   комета   становится   все слабее.   А   есть   такие,   которые   «не   выдерживают»   более   двух­трех   сближений   с Солнцем и, распадаясь, порождают метеоритный рой, продолжающий двигаться по старой орбите. При метеоритного роя встрече с Землей мы наблюдаем  метеорный поток. 4. Применить 3 закон Кеплера. Т = 3,3 года МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 4 ­ 3                                             1. Под воздействием солнечного ветра пылевые частицы отбрасываются в направлении, противоположном   Солнцу,   формируя  пылевой   хвост  кометы.   Пылевой   хвост кометы имеет обычно желтоватый цвет и светится отражённым от Солнца светом. Плазменный хвост  кометы обычно голубоватого цвета. Плазменный хвост кометы образуется   из   газа,   который   электризуется   под   действием   ультрафиолетового излучения Солнца – плазмы. Под действием  светового давления и солнечного ветра часть газов отталкиваются в сторону противоположную Солнцу. 2. Троянцы   движутся   по   орбите   Юпитера,   образуя   равносторонний   треугольник   с Солнцем. Группа Греки (Ахилл, Аякс, Одиссей и другие) опережает Юпитер на 60°. Группа Троянцы (Приам, Эней, Троил и другие) отстает от Юпитера на 60°. К 2004 году стали известны орбиты около 1640 троянцев.  Применить 3 закон Кеплера. а = 84 а.е.  Применить 3 закон Кеплера. Т = 2,5105 лет 3. 4. 24 ИИСС «Планетарий» МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 5 ­ 2 1. 4. Эрис, Плутон, Церера и Седна. 2. Форма астероидов может отличаться от сферической, а также разные части  астероида могут по разному отражать солнечный свет, поэтому в результате  вращения наблюдается колебание блеска. 3. Леониды. Наблюдаются в ноябре. Радиант в созвездии Льва. Персеиды. Радиант в созвездии Персея, наблюдаются летом в июле и августе. Метеорные потоки связаны с разрушением   комет,   например,   метеорный   поток   Андромедиды   связаны   с разрушением кометы Биэлы.  4. а = 100 а. е., скорость V в перигелии велика, в афелии очень мала, поэтому комета практически всё время находится вдали от Солнца, а область перигелия «пролетает» очень быстро.  МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 6 ­ 2 1. Порядка нескольких км. 2. Отличие   астероида   от   метеорита   заключается   в   том,   что   астероид   –  это   небольшое планетоподобное   тело   Солнечной   системы,   размером   от   нескольких   метров   до тысячи километров,  а метеорит – тело, выпавшее на поверхность Земли. Комета от астероида отличается тем, что комета движется по очень вытянутой орбите и при приближении   к   Солнцу   у   неё   образуется   большой   хвост.   Размеры   ядра   кометы незначительные,   всего   несколько   км,   а  размеры   хвоста   –  самые   протяжённые   объекты   в Солнечной системе. 3. Да.  У   некоторых   астероидов   и   карликовых   планет   открыты   спутники.   Например,   у карликовой   планеты   Плутона   открыто   3   спутника.  Астероид   Ида   имеет   маленький спутник, который назвали Дактиль. У астероида 107 Камилла обнаружен спутник. В 2005 году у астероида Сильвия было открыто 2 спутника. 4. Применить 3 закон Кеплера. Т = 13,6 лет. МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 7 ­ 3 1. По вытянутым эллипсам. 2. Ядро   кометы   не   твердое   единое   тело,   пусть   даже   астероидных   размеров,   а совокупность  отдельных   тел.   Эти   тела   (глыбы,   камни,   песчинки,   пылинки)   слабо связаны   между   собой,   но   все­таки   образуют   до   поры   до   времени   единое   целое. Однако с каждым приближением к Солнцу периодическая комета становится все слабее. Под   воздействием   солнечного   ветра   пылевые   частицы   кометы   отбрасываются   в направлении, противоположном Солнцу, формируя пылевой хвост кометы. Пылевой хвост кометы имеет  обычно желтоватый  цвет и  светится  отражённым  от Солнца светом. Плазменный хвост кометы обычно голубоватого цвета. Плазменный хвост кометы образуется   из   газа,   который   электризуется   под   действием   ультрафиолетового излучения Солнца – плазмы. 3. Нельзя наблюдать. 4. а Галлея  = 17,8 а. е.,  q = 0,59 а. е. удаляется от Солнца на 217,80,59=35,01 а. е.; а  25 ИИСС «Планетарий» Нептуна = 30 а. е. Дальше от Солнца в афелии  МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 8 ­ 2 1. При   сближении   с   Солнцем   комета   принимает   эффектный   вид,   нагреваясь   под действием  солнечного тепла так, что газ и пыль улетают с поверхности, образуя яркий   хвост.  У   каждой   кометы   несколько   различных   составных   частей:  ядро: относительно   твердое   и   стабильное,   состоящее   в   основном   изо   льда   и   газа   с небольшими добавками пыли и других твердых веществ; голова (кома): светящаяся газовая   оболочка,   электромагнитного   и корпускулярного излучения Солнца. Плотное облако водяного пара, углекислого и других нейтральных газов сублимирующих из ядра; пылевой хвост: состоит из очень мелких частиц пыли уносимых от ядра потоком газа. Эта часть кометы лучше всего видна   невооруженным   глазом;  плазменный   (ионный)   хвост:   состоит   из   плазмы (ионизованных газов), интенсивно взаимодействует с солнечным ветром   возникающая   под   действием   2. Общая масса астероидов главного пояса оценивается примерно в 1/1000 массы  Земли. Размеры самого большого астероида – Паллады 538 км, в 24 меньше Земли и  6 раз меньше Луны. 3. Метеор  явление в атмосфере. 4. V в перигелии максимальное, V в афелии минимальное. МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 9 ­ 2 1. Все   кентавры   расположены   между   орбитами   Юпитера   и   Нептуна,   движутся   по сильно   вытянутым   орбитам   с   большим   эксцентриситетом,   а   наклон   орбиты   к плоскости эклиптики изменяется от 0° до 25°. 2. Пояс Койпера – дискообразная область за орбитой Нептуна, на расстоянии от 30 а.е. до 100 а.е. от Солнца, населенная астероидами и ядрами комет. 3. Нет, с Луны это явление в атмосфере Земли наблюдать нельзя. 4. Применить 3 закон Кеплера. Период Т = 121 год. Орбита кентавра расположена  между орбитами Юпитера и Нептуна. МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 10 ­ 2 1. Хирон    имеет признаки как кометы (наличие комы и хвоста), так и астероида (его размеры значительно превосходят размеры известных комет). Именно поэтому его назвали в честь древнегреческого кентавра Хирона (получеловека­полулошади). Его орбита находится между орбитами Юпитера и Неплуна. Харон – спутник карликовой планеты Плутон, вращается вокруг Плутона. 2. Облако   Орта   ­   гигантское   облако   кометных   тел   (насчитывающим   до   1011 тел), находящихся на расстояниях от 20 000 до 200 000 а. е. Пояс Койпера – дискообразная область за орбитой Нептуна, на расстоянии от 30 а.е. до 100 а.е. от Солнца, населенная астероидами и ядрами комет 3. Метеорное тело или метеороид – твёрдое межпланетное тело, которое при влете в атмосферу планеты вызывает явление  метеора  и иногда завершается падением на 26 ИИСС «Планетарий» поверхность планеты метеорита. 4. Т = 90 лет 27