Тема занятия: Наша звездная система - Галактика. Строение и происхождение Галактик.

Тема   занятия:   Наша   звездная   система   ­   Галактика.   Строение   и   происхождение Галактик. Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:   способствовать пониманию зависимости между радиоактивным  излучением и его биологическим действием. Дать понятие о строение атома, ядерных реакций. Задачи занятия:  1. Обучающая:  Формирование   представления  о  галактиках  как   одной  из  основных типов космических систем на примере рассмотрения физической природы и основных характеристик нашей Галактики. Ввести понятия: Млечный Путь, наша Галактика (ее ядро,   спиральные   рукава,   состав),   звездные   скопления,   туманности,   облака,   о межзвездной среде, ее газовой и пылевой составляющих и о космических лучах и т.д. Дать   представление   о   взаимосвязи   эволюции   космической   среды   в   Галактике   с эволюцией звезд.  2. Воспитывающая: Формирование научного мировоззрения учащихся: ­   в   ходе   знакомства   с   историей   изучения   и   природой   Галактики   и   ее   основными физическими характеристиками, строением и составом; ­   на   основе   раскрытия   философских   положений   о   материальном   единстве   и познаваемости мира при изложении астрономического материала о природе Галактики. Политехническое  образование  и трудовое  воспитание  при  повторении  и углублении знаний о методах и инструментах, применяемых для изучения Галактики (спектральный анализ, радиоастрономия (радиотелескопы), ИК – астрономия и т.д.).   3. Развивающая: усвоить, что подобно невидимым микрообъектам, которые были открыты   физикой   элементарных   частиц   (мир   атомов,   многообразие   элементарных частиц)   и   биологией   (мир   мельчайших   организмов,   исследования   на   клеточном   и молекулярном уровнях), внегалактическая астрономия открыла мегамир (мир галактик и их скоплений), недоступный непосредственному наблюдению. Планируемые образовательные результаты: способствовать усилению практической направленности   в   обучении   физики,   формировании   умений   применять   полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических объектов,  умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать  инициативу  и  активность  при решении физических задач, формировать умение  работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства наглядности  (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических  предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме,  собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин. Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит  учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель  создает условия для мотивации учебной деятельности. Освоение нового материала: Теория.   Галактики В 1924 г. Эдвин Хаббл установил, что туманность Андромеды образована огромным числом звезд,  сливающихся в сплошное туманное пятно из­за огромной удаленности. Большинство других известных  туманностей оказались такими же удаленными гигантскими системами, состоящими из миллионов и  миллиардов звезд. Гигантские гравитационно­связанные системы звезд и межзвездного вещества,  расположенные вне нашей Галактики, стали называть галактиками. Современные мощные телескопы  сделали доступной регистрацию сотен миллиардов галактик. Фотоснимки показали, что галактики различаются по внешнему виду и структуре. Хаббл предложил  классифицировать галактики по их форме. Позднее его классификация стала основой современной  классификационной схемы. Согласно современной классификации, различают галактики следующих  основных типов: эллиптические (Е), спиральные (S), неправильные (Ir) и линзовидные (SO). Эллиптические галактики в проекции на небесную сферу выглядят как круги или эллипсы. Число звезд в них плавно убывает от центра к краю. Звезды вращаются в такой системе в разных плоскостях. Сами  эллиптические галактики вращаются очень медленно. Они содержат только желтые и красные звезды,  практически не имеют газа, пыли и молодых звезд высокой светимости. Физическим характеристикам  этих галактик свойствен довольно широкий диапазон: диаметры – от 5 до 50 кпк, массы – от 106 до 1013 масс Солнца, светимости от 106 до 1012 светимостей Солнца. Около 25% изученных галактик  принадлежат к галактикам эллиптического типа. M 87– гигантская эллиптическая галактика, крупнейшая в скоплении галактик в Деве с массой 2000­ 3000 млрд солнечных масс, и одна из крупнейших известных галактик. Является мощным  источником радио­ и гамма­излучения. Из ядра галактики вылетают струи вещества, движущегося с релятивистской скоростью. Первая из них  была открыта в 1918 и имеет длину более 5000 св. лет. Предполагается, что в центре галактики  находится сверхмассивная чёрная дыра с массой порядка 6,6 миллиарда солнечных масс. Спиральные галактики – это сильно сплюснутые системы с центральным уплотнением (в котором  находится ядро галактики) и с заметной спиральной структурой. Размеры этих галактик достигают 40 кпк, а светимости – 1011 светимостей Солнца.  В окружающем уплотнение диске имеются две или более клочковатые спиральные ветви.   Спиральные  рукава представляют собой области активного звездообразования и состоят по большей части из  молодых горячих звёзд; именно поэтому рукава хорошо выделяются в видимой части спектра.  Абсолютное большинство наблюдаемых спиральных галактик вращается в сторону раскручивания  спиральных ветвей. Примерно у половины спиральных галактик в центральной части имеется почти прямая звездная  перемычка – бар, от которой начинают закручиваться спиральные рукава. Такие галактики называются  спиральными с перемычкой. В спиральных ветвях галактик сосредоточены самые яркие и молодые звезды, яркие газопылевые  туманности, молодые звездные скопления и звездные комплексы. Поэтому спиральный узор отчетливо  виден даже у далеких галактик, хотя на долю спиральных рукавов приходится всего несколько  процентов массы всей галактики. Наша Галактика является спиральной. Ближайшая звездная система,  похожая по структуре и типу на нашу Галактику, – это туманность Андромеды. Свет от этой галактики  доходит до нас примерно за 2 млн. лет. Линзообразная галактика – тип галактик, промежуточный между эллиптическими и спиральными  в   классификации Хаббла. Линзообразные галактики – это дисковые галактики (как и, например,  спиральные), которые потратили или потеряли свою межзвёздную материю (как эллиптические) и поэтому частота формирования звёзд в них понижена. Всё же, в своих дисках они могут сохранять  значительные запасы пыли. В результате, они состоят в основном из старых звёзд. В тех случаях, когда  галактика обращена плашмя в сторону наблюдателя, часто бывает трудно чётко различить  линзообразные и эллиптические галактики из­за невыразительности спиральных рукавов  линзообразной галактики. Галактика Веретено – галактика в созвездии Дракон. Галактика открыта в 1781 году французским астрономом Пьером Мешеном. В 1788 году независимо  открыта английским астрономом Уильямом Гершелем. Галактика наблюдается практически с ребра, что позволяет видеть тёмные области космической пыли,  находящиеся в галактической плоскости. Галактика Веретено находится на расстоянии примерно в 44 млн световых лет. Свету требуется около  60 тысяч лет, чтобы пересечь всю галактику. К неправильным галактикам относят маломассивные галактики неправильной структуры. У них не  наблюдается четко выраженного ядра и вращательной симметрии. Видимая яркость таких галактик  создается молодыми звездами высокой светимости и областями ионизированного водорода.  Массы неправильных галактик составляют от 108 до 1011 масс Солнца, размеры этих галактик  достигают 10 кпк, а светимости их не превышают 1011 светимостей Солнца. В таких галактиках  содержится много газа – до 50 % их общей массы. Ближайшими к нам яркими неправильными галактиками являются расположенные в Южном полушарии  Магеллановы Облака (Большое и Малое). Они выглядят как два туманных облачка, серебристо  светящихся в хорошую погоду на ночном небе. Большое Магелланово Облако, имеющее в диаметре 7  кпк, расположено от нас на расстоянии 52 кпк. По мнению некоторых астрономов, в Магеллановых  Облаках можно различить зачатки спиральной структуры. В отдельные группы галактик выделяют: Взаимодействующие галактики, связанные между собой "перемычками", "хвостами" и "гамма­ формами", состоящими из звезд. Компактные галактики, не превышающие своими размерами 3000 св. лет, и изолированные в  пространстве звездные системы имеющие значительно меньшие размеры – до 200 св. лет. Активные галактики выделяются интенсивным свечением в радио­ или ультрафиолетовом диапазоне,  испусканием g –квантов высоких энергий, необычайно яркими ядрами с двойными и даже кратными  источниками излучения, в которых происходят бурные процессы, сопровождаемые выбрасыванием  мощных потоков газа (джетов) со скоростью свыше 1000 км/с (до 1% от общего числа галактик).  Активность ряда галактик может объясняться процессами, происходящими в результате их тесного  взаимодействия (слияния). Так, столкновение галактики М81 и М82 около 600 000 лет назад привело к  образованию в области их контакта сотен гигантских областей активнейшего звездообразования, из­за  чего галактика М82 наблюдается сейчас как "взрывающаяся". В особый класс космических объектов следует выделить квазары и квазаги. Квазар – мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из  самых ярких объектов во Вселенной – их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает  суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша. В первую очередь квазары были опознаны  как объекты с большим красным смещением, имеющие электромагнитное излучение (включая  радиоволны и видимый свет) и настолько малые угловые размеры, что в течение нескольких лет после  открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» – звёзд. Квазаг – космический объект, напоминающий квазар, но не обладающий сильным радиоизлучением.  Квазаги были открыты в 1965 году. Как и квазары, квазаги имеют очень большие (больше, чем у  сверхгигантских галактик) светимости при сравнительно малых размерах, но, в отличие от квазаров, у  квазагов нет сильного радиоизлучения. Расстояние до галактик определяется несколькими способами, из наблюдений находящихся в них: 1) звезд цефеид на основе соотношения "период изменения блеска – светимость цефеиды";  2) звезд ярких голубых и красных гигантов и сверхгигантов по основной фотометрической  , где m – видимая звездная величина звезды, M – абсолютная звездная  формуле  величина звезды, определяемая на основе закономерностей (диаграмм) "спектр – светимость" и "цвет –  светимость";  3) вспышек Новых и Сверхновых (на основе той же фотометрической формулы). К сожалению, эти методы применимы лишь для измерения расстояния до самых близких галактик,  разрешаемых в мощнейшие телескопы на отдельные звезды, и по ряду причин полученные результаты  несколько расходятся между собой, т.е. являются недостаточно точными. В 2000­2001 гг. была сделана первая попытка определить расстояние до ближайших галактик наиболее  точным и устойчивым к различным помехам параллактическим способом: использовалась система  радиотелескопов, работающая в режиме радиоинтерферометра. Расстояние до далеких галактик определяется на основе закона Хаббла, о котором вы узнаете на  следующем уроке. В настоящее время среднее расстояние между отдельными галактиками в скоплениях в среднем в 100  раз превосходит размеры галактик и продолжает увеличиваться. В эпоху формирования галактики  были ближе друг к другу и чаще взаимодействовали между собой. При столкновениях галактик их  протяженные газовые короны рассеивались по всему скоплению. Более массивные галактики при  движении внутри скоплений ускоряют движение других галактик, а сами тормозятся, захватывая газ из  корон галактик. Ближайшая спиральная галактика М31 – "Туманность Андромеды" находится на расстоянии 750 кпк от  нашей Галактики и постепенно сближается с ней. Через 3­4 миллиарда лет они сблизятся до 20­400 кпк  и, возможно, сольются. В отличие от других космических объектов, одиночные галактики наблюдаются исключительно редко.  Как правило, они являются элементами каких­либо обширных галактических систем – групп, скоплений и Сверхскоплений галактик. Домашнее задание:   Сообщение: Солнце – ближайшая к нам звезда