Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Уполномоченный орган местного самоуправления в сфере образования «Управление образования Североуральского городского округа»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1

Учебный проект по астрономии

МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Исполнители:

                                                                   Казанцев Дмитрий,

учащийся 5Б класса  МАОУ СОШ №1

Руководитель:

                                                                         Леоненко Анна Николаевна,

                                                                      учитель физики высшей категории,

Североуральский городской округ

2016

Учебный проект по астрономии

 "МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ»

Учебный предмет (дисциплины, близкие к теме): астрономия.

Возраст учащихся: 5 класс.

Тип проекта:  поисковый.

Продукты проекта: Презентация, выполнена в программе Power Point .

Основополагающий вопрос:

 Каковы загадки малых тел солнечной системы?

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ:

Ø Что такое малые тела Солнечной системы?

Ø Каковы особенности астероидов?

Ø Как возникают метеорные тела?

Ø Стоит ли бояться комет?

Проблемный вопрос: Что такое малые тела Солнечной системы?

Малое тело Солнечной системы — этот термин введен Международным астрономическим союзом в 2006 году для описания объектов Солнечной системы, которые не являются ни планетами, ни карликовыми планетами, ни их спутниками:

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.

    Орбиты подавляющего большинства малых тел Солнечной системы расположены в двух различных областях, называемых пояс астероидов и пояс Койпера. Эти два пояса имеют свои внутренние структуры, вызванные возмущением больших планет (в частности Юпитера и Нептуна соответственно) и имеют плохо определяемые границы. Другие области Солнечной системы также содержат малые тела, но в гораздо меньшей концентрации. Они включают в себя околоземные астероиды, кентавры, кометы, объекты рассеянного диска.

Проблемный вопрос : Каковы особенности астероидов?

Астероид – это небольшое планетоподобное тело Солнечной системы, размером от нескольких метров до тысячи километров, астероиды часто называют малыми планетами (но не карликовыми планетами!).

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 И. Тициусом, а в 1772 году независимо от него И.Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде: a = 0,1∙(3∙2^n – 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.

1 января 1801 года итальянский астроном Д. 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. Этот объект, расположенный между Марсом и Юпитером, был назван Церерой в честь древнеримской богини плодородия. Так астрономы открыли новый тип объектов в Солнечной системе -астероиды. Немецкий врач Г. 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. Ф. Гершель предложил назвать маленькие планеты астероидами. Астероид по-гречески означает «звездообразный».

 В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты Фаэтон между Марсом и Юпитером и образования астероидов – ее обломков, а область назвал поясом астероидов.

 В настоящее время известны орбиты нескольких десятков тысяч астероидов главного пояса астероидов.  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. В настоящее время часто перед именем стоит номер.

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.

         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

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.

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

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.

Размеры и состав астероидов:  

Все остальные астероиды главного пояса имеют размеры менее 300 км в диаметре. По химическому составу можно выделить три класса: тёмные углеродные, светлые силикатные и металлические.

  Углеродистые астероиды  являются наиболее распространёнными объектами в главном поясе, на них приходится 75% всех астероидов. Эти астероиды имеют слегка красноватый оттенок. Поскольку они отражают очень мало солнечного света, их трудно обнаружить.  Зато эти астероиды довольно сильно излучают в инфракрасном диапазоне из-за наличия в их составе воды. В целом их спектры соответствуют спектру вещества, из которого формировалась Солнечная система, за исключением летучих элементов. По составу они очень близки к углеродистым хондритным метеоритам, которые находят на Земле. Крупнейшим представителем этого класса является астероид (10) Гигея.  Вторыми по распространённости являются  силикатные астероиды внутренней части пояса, располагающиеся до расстояния 2,5 а. е. от Солнца.  На  их поверхности обнаруживают кроме силикатов некоторые металлы (железо и магний). Астероид (3) Юнона является самым крупным представителем этого класса. 

  Металлические астероиды , богатые никелем и железом, составляют 10% от всех астероидов пояса. Они расположены преимущественно в центральных областях пояса на расстоянии 2,7 а. е. от Солнца.

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.

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 какого-либо 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 планет-гигантов (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 газо-пылевых облаков они изменяют свои орбиты и попадают во внутреннюю область нашей планетной системы.

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 (получеловека-полулошади).

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°.

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.

Проблемный вопрос: Как возникают 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 когда-то 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 из-за 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.

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.

Если следы метеоров продолжить назад, то они пересекутся в одной точке, называемой радиантом метеорного потока.

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.

         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.

         В зависимости от химического состава метеориты подразделяются на каменные (85 %), железные (10 %) и железо-каменные метеориты (5 %).

Каменные метеориты состоят из силикатов с включениями никелистого железа. Поэтому небесные камни, как правило, тяжелее земных. Основными минералогическими составляющими метеоритного вещества являются железо-магнезиальные 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.

Железо-каменные метеориты состоят наполовину из силикатов, наполовину из металла. Они обладают уникальной структурой, не встречающейся нигде, кроме метеоритов. Эти метеориты представляют собой либо металлическую, либо силикатную губку.

         Один из крупнейших железных метеоритов, Сихотэ-Алинский, упавший на территорию СССР в 1947 г., был найден в виде россыпи множества осколков.

Проблемный вопрос:  Стоит ли бояться комет?

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).

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 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.

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.

·           Плазменный (ионный) хвост: состоит из плазмы (ионизованных газов), интенсивно взаимодействует с солнечным ветром.

      В большей степени увидеть комету – это чудо, которое многие мечтают увидеть хотя бы раз в жизни. Но в исключительно редких случаях, кометы могут вызвать проблемы на Земле. Большинство ученых считают, что очень большой астероид или комета могли поразить Землю приблизительно 65 миллионов лет назад. В результате этого вызванные изменения на Земле привели к вымиранию динозавров. Очень большие астероиды, а также очень большие кометы, могли бы привести к серьезному повреждению если бы достигли Земли . Тем не менее, ученые считают, что крупные последствия , как те, что убили динозавров происходят один раз за несколько сот миллионов лет.

Заключение:

       Таким образом, ответ на основополагающий вопрос : загадка малых тел солнечной системы для меня прежде всего в том, что их название не соответствует  их истинным размерам, так как их размеры удивительно большие. Рассмотрев строение и особенности рождения вех видов малых тел, я узнал, что между ними существуют связи: метероиды рождаются от астероидов, метеоры от комет, а сами астероиды, возможно осколки разрушившейся планеты.

      Работа над проектом помогла мне разобраться в особенностях учебного проектирования, но в ходе его создания мне пришлось столкнуться  такими трудностями: отбор информации из огромного материала в сети Интернет,

 правильное построение слайдов презентации. 

Источники:

1.Несколько интересных фактов из жизни комет

                           http://goo.gl/U4s9bv

2. Малые тела солнечной системы http://goo.gl/gSViT3

3. Малые тела солнечной системы http://goo.gl/uLPyTc

4. Комета https://ru.wikipedia.org/wiki/

5. Метеорит https://ru.wikipedia.org/wiki/

6.Астероид https://ru.wikipedia.org/wiki/

7. Метеор https://ru.wikipedia.org/wiki/

Скачано с www.znanio.ru