урок по астрономии

Урок 31. Другие звездные системы — галактики

Цели урока

Личностные: высказывать убежденность в возможности познания законов развития галактик; участвовать в обсуждении, проявлять уважение к мнению оппонентов.

Метапредметные: классифицировать галактики по основанию внешнего строения; анализировать наблюдаемые явления и объяснять причины их возникновения; извлекать информацию из различных источников и преобразовывать информацию из одного вида в другой (из графического в текстовый).

Предметные: характеризовать спиральные, эллиптические и неправильные галактики; называть их отличительные особенности, размеры, массу, количество звезд; пояснять наличие сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик; определять  понятия

«квазар», «радиогалактика»; характеризовать вза- имодействующие  галактики;  сравнивать  понятия

«скопления» и «сверхскопления галактик».

Основной материал

Типы галактик и их характеристики. Взаимодействие галактик. Характеристика активности ядер галактик. Уникальные объекты Вселенной — квазары. Скопления и сверхскопления галактик. Пространственная структура Вселенной.

Методические акценты урока. В начале урока целесообразно обсудить ответы на вопросы к § 25 учебника, выполнить упражнение 20 и следующие задания.

1.  На рисунке 14 приведены изображения некоторых туманностей. Определите, к какому виду они относятся, и охарактеризуйте их.

2.  На рисунке 15 приведены изображения различных космических объектов. Дайте название каждого из них и поясните, в какой иерархической зависимости они находятся.

а)                      б)                     в)

Рис. 15

3.  На рисунке 16 представлено изображение Галактики. Почему изображения одного и того же объекта столь различны? Какую информацию вы можете получить из данных изображений?

Два последних задания подводят учащихся к восприятию содержания занятия. Важно акцентировать внимание учащихся на следующих аспектах:

—  наша Галактика не является единственной звездной системой во Вселенной;

—  удаленность других галактик от нас предполагает использование всех диапазонов излучения для их изучения;

Рис. 16

—  изучение других галактик способствует более глубокому пониманию процессов, протекающих в Галактике, а также проверке предположений относительно нашей звездной системы.

Совместно с учащимися формулируются проблемные вопросы, на которые учащиеся смогут получить ответ в ходе занятия.

1.  Можно ли наблюдать другие галактики на небе?

2.  Какие методы астрономии позволяют определить расстояния до других галактик и идентифицировать их как другие звездные системы?

3.  Сходны ли другие галактики с пространственной структурой нашей Галактики?

4.  Чем отличаются другие звездные системы?

5.  Какие новые объекты звездного неба обнаружены в других галактиках?

Сохраняя подход всех предшествующих занятий, для которых характерен незначительный опыт наблюдения рассматриваемых объектов, важно начать с иллюстративного материала, представляющего другие звездные системы, наблюдение которых возможно на небе, — небольшая слабосветящаяся туманность в созвездии Андромеды (2,1m; М31), которую можно наблюдать невооруженным глазом, слабосветящаяся туманность в созвездии Треугольника (5,8m; М33). Стоит отметить Большое и Малое Магеллановы Облака, которые видны в Южном полушарии.

Далее важно предложить учащимся изображения различных галактик для выделения ими внешних отличительных черт, характеризующих каждый из видов галактик. Можно ожидать, что учащиеся укажут на существование спиральных и эллиптических галактик, а также отметят неправильность форм не- которых галактик (например, спиральные галакти- ки с перемычкой и др.). Учащимся сообщается, что Э. Хаббл предложил еще в 1923 г. и усовершенствовал в 1936 г. простую и стройную классификацию галактик. Рассматривая предлагаемую классификацию (рис. 6.13 учебника), следует обратить внимание учащихся на то, что:

—  галактики резко отличаются размерами, числом входящих в них звезд, светимостями, внешним видом;

—  условно по внешнему виду галактики делятся на три группы (эллиптические, спиральные и неправильные). Спиральные галактики — самые многочисленные. В них выделено два подтипа — нормальные спиральные и пересеченные спиральные;

—  эллиптические галактики встречаются гигантские и карликовые. Часто в графических интерпретациях классификации линзовидные галактики располагают в области перехода от эллиптических к спиральным галактикам;

—  все остальные галактики относятся к неправильным.

Далее для характеристики каждого типа галактик учащимся предлагается, используя материал

§ 26 учебника, охарактеризовать существующее разнообразие видов галактик, заполнив таблицу.

Окончание табл.

В процессе анализа важно подчеркнуть:

—  в сравнении с нашей Галактикой основная масса во всех галактиках приходится на звезды различного возраста и межзвездный газ;

—  спиральные ветви — выделяющиеся по яркости области повышенной плотности звезд и газа, рас- положенные внутри диска и связанные с областями звездообразования. Наша Галактика, как и туман- ность Андромеды, относится к типу спиральных га- лактик типа Sb. У эллиптических галактик диска нет и почти отсутствуют заметные количества газа и молодые звезды — в них почти отсутствуют процессы звездообразования;

—  скорость вращения определяется видом галактики. Наибольшая скорость у спиральных галактик, в то время как у эллиптических галактик заметное вращение наблюдается только при значительном сжатии галактики;

—  линзообразные галактики считаются промежуточными между эллиптическими и спиральными и относятся к неправильным. Характерные представители — Большое и Малое Магеллановы Облака;

—  вероятнее, различие в спиральных и эллиптических галактиках заложено с момента образования и объясняется вращением. Появление неправильных галактик пока не ясно.

Далее обращают внимание на строение галактик, подчеркивая, что излучение ядер галактик может проявлять активность в различных формах: непрерывное истечение потоков вещества; выбросы сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; нетепловое радиоизлучение из около- ядерной области; взрывы, превращающие галактику в радиогалактику.

Среди уникальных видов активности можно назвать галактики Маркаряна, испускающие интенсивное ультрафиолетовое излучение, сейфертовские галактики, в которых быстрые движения газа сопровождаются его выбросами со скоростями, доходящи- ми до нескольких тысяч километров в секунду, из- бытком ультрафиолетового излучения. Открытие сейфертовских галактик заставило пересмотреть строение ядер нашей Галактики и галактики М31.  И у них были открыты маленькие сгущения в ядрах, обладающие аналогичной активностью (но в гораздо меньшей степени). Оценка массы центрального сгу- щения в ядре М31 показала, что в объеме занятого им пространства содержится 107 масс Солнца. Это означает, что средняя плотность вещества в этом сгущении в миллион раз больше средней плотности вещества типичной галактики.

Наконец, уникальны квазары — класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звезд. Впервые квазары обнаружили в 1960 г. как радиоисточники, совпадающие в оптическом диапазоне со слабыми звездообразными объектами. Ближайший и наиболее яркий квазар (3C 273) имеет блеск около 13m и «красное смещение», которое со- ответствует расстоянию около 2 млрд св. лет. Самые далекие квазары благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость обычных галактик, регистрируются с помощью радио- телескопов на расстоянии более 10 млрд св. лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.

Большинство квазаров находятся вблизи центров

огромных эллиптических галактик. Квазары называют с маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний, по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по «красному смещению» поглощающих  облаков.  У квазаров особенно интенсивен ультрафиолетовый участок спектра. Когда это было обнаружено, то стали искать  такие  слабые  звездообразные  объекты, у которых ультрафиолетовый участок спектра также более интенсивен, и они были найдены. Часть из них оказалась голубыми звездами, а у других голубых объектов обнаружено очень большое красное смещение спектральных линий, чем доказывается внегалактическая природа «голубых» квазизвезд. Вместе  с тем их радиоизлучение очень незначительно. Следовательно, были найдены еще новые разновидности внегалактических объектов, которые назвали ква- зизвездными галактиками или квазагами.

Охарактеризовав особенности галактик, важно отметить, что, подобно звездам, они редко бывают одиночными, группируясь в скопления правильного или неправильного типа. Данные внегалактической астрономии указывают на существование сверх- скоплений галактик. Наша Галактика и туманность Андромеды входят в Местную группу галактик, раз- меры которой составляют сотни тысяч парсек. До ближайшего скопления, находящегося в созвездии Девы, порядка 20 Мпк, а сама система имеет диа- метр около 6 Мпк. Гравитационное взаимодействие вызывает значительное изменение формы галактик. Интерес вызывают взаимодействующие галактики. Анализируя рисунок 6.21 учебника, подчеркивают, что галактики могут сливаться, поглощая друг дру- га. Так, от Магеллановых Облаков к нашей Галакти- ке идет поток газа.

Существующая сегодня теория предполагает, что Вселенная на различных уровнях характеризуется структурностью — от ядер атомов до сверхскоплений галактик. Для Вселенной характерна ячеистая структура, которую можно видеть на специально обработанных фотографиях: при  разнообразии  ячеек в больших масштабах ее различные части выглядят сходным образом. В небольших масштабах вещество

распределено неравномерно, но в масштабах сверх- скоплений галактик вещество распределено практически равномерно. Следовательно, Вселенную можно считать однородной и изотропной.

На заключительном этапе урока учащимся важно предложить обсуждение вопросов 2, 3, 5, 6 к § 26 учебника, а также следующие задания.

1.   Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия.

2.  Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике.

Домашнее задание. § 26 (без закона Хаббла); упражнение 21 (1, 5).

Темы проектов

1.  Исследования квазаров.

2.  Исследование радиогалактик.

3.  Открытие сейфертовских галактик.

Интернет-ресурсы

http://vsya-vselennaya.ru/video.html — Квазар. http://ligis.ru/astro_foto/The_Extragalactic_Uni-

verse/Elliptical_galaxies/ELLIPTICAL_GALAXIES. HTM — Галактики.

http://astrolabia.ru/publ/6-1-0-8 — Черные дыры. http://www.wariantfree.ru/index.php  —     Галак-

тики.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/local_ group.html — Наша Галактика и ее ближайшее окружение.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/pho- to_galaxy.html — Фотографии галактик.

Скачано с www.znanio.ru