Уроку. Дослідження Всесвіту



Скачати 149.49 Kb.
Дата конвертації26.04.2016
Розмір149.49 Kb.
Відділ освіти

Снігурівської райдержадміністрації

Районний методичний кабінет

Новософіївська загальноосвітня школа І-ІІ ступенів

Новітні гіпотези походження Сонячної системи та виникнення життя у Всесвіті

Море слів потаємного змісту повне, 

І цей зміст я читати навчився давно. 
Та коли я міркую про таїни Всесвіту, 
Розумію, що прочитати їх мені не дано
Авіценна (980–1037),

відомий середньоазіатський учений 

Автор вчитель біології та хімії

Діденко Людмила Олександрівна

2011 р

Наука астрономія – дуже цікава та безмежна. Тому, що сам Космос без меж, а якщо так то дослідження його можуть проводитися безкінечно, а щоб вони продовжувалися ми повинні зацікавити у цьому підростаюче покоління. Починати це як найкраще зі шкільної парти. І не лише давати для них готову інформацію, а спонукати учнів до пошуку нової та обґрунтування своїх думок та позицій.

Одним із найкращих методів є метод пошукової роботи у групах. Завдяки цьому методу в роботі приймають участь всі учні класу. Метод роботи у групах допомагає їм як найкраще дослідити та обговорити дане питання.

Його можна застосувати у 5 класі на уроці природознавства.

Тема уроку . Дослідження Всесвіту.

Випереджальне завдання

Робота в групах

І група – Дослідження гіпотези Канта – Лапласа

ІІ група – Дослідження гіпотези О.Ю. Шмідта та В.Г. Фесенкова

Кожній групі треба не тільки знайти інформацію, а ще й довести , що саме її гіпотеза є правильною. (вчитель має дуже докладно пояснити поставлене завдання).



Далі після кожного завдання надається допоміжна інформація до теми.

Гіпотеза Канта – Лапласа

Одною з найвідоміших наукових гіпотез про походження Всесвіту є гіпотеза Канта - Лапласа.
В 1755 році німецький філософ І. Кант зробив спробу дати пояснення походження зір. Далі цю теорію розвинув французький математик П. Лаплас.

За цією гіпотезою, Сонячна система утворилася з розрідженої обертаючоюся газової туманності. Під дією сили тяжіння ця туманна маса ущільнилася в центрі ( мал. 1 ) та почала різко охолоджуватися. Завдяки цьому маса туманності почала стискуватися, в результаті чого почала

скоріше обертатися.
Малюнок 1: утворення Сонячної системи за гіпотезою Канта – Лапласа

Із швидкістю обертання росла і відцентрова сила і тому газова куля перетворилася у форму еліпсоїду значно сплюснутої форми. З подальшим збільшенням скорості обертання навколо осі настав момент, що біля екватора почали відриватися один за одним газові кільця, утворивши пізніше кулеподібні планети. Сила тяжіння до центра туманності проявила себе як центростремительна сила. При більшій швидкості обертання сили тяжіння не змогли втримати частинки туманності на траєкторії обертання і вони, рухаючись по інерції, почали віддалятися від центра обертання. Це спочатку привело до сплющення туманності, а в подальшому до відриву частинок ії у вигляді газових кілець.

Уявлення про первинко розплавлену землю довгий час господарювали в науці. Вони здавалось би, підтверджувались фактами. Дійсно, спостерігаючи виверження вулканів, вчені робили висновок: це виведення на поверхню остаточного розплава надр Землі. Горотворення пояснювалось стисненням Землі при охолодженні і т. д.

Але з'явилися нові дані. Їх представили геофізики, які вивчали електропровідність, магнитність та інші властивості гірських порід. Був застосований і сейсмічний метод. Цим методом вивчаються сейсмічні хвилі, тобто упругі коливання, які виникають при землетрусах або вибухах. При цьому колишуться частиці гірських порід. Вони штовхають сусідні частиці, які передають поштовх у вигляді хвиль. Швидкість розповсюдження сейсмічних коливань досягає декількох кілометрів за секунду. В більш твердіших тілах швидкість хвиль збільшується. Проходячи кордони тіл з різною щільністю, упругі коливання частково відбиваються і вертаються на поверхню Землі. Вивчивши відбиття хвиль, вчені довели наявність оболочок земної кори, мантії і ядра. Вияснилось також, що ці оболочки находяться у твердому стані.

Ці дані протиречили гіпотезі Канта - Лапласа, по якій в надрах Землі повинен знаходитися остаточний розплав. Треба була гіпотеза, яка пояснила би нові факти. В 1943 році ії розробили радянські вчені О.Ю. Шмідт та В.Г. Фесенков. По цій гіпотезі. Земля та інші планети Сонячної системи утворилися з холодної космічної хмари газу та пилу, мавшого дисковидну форму ( мал.2).

Малюнок 2: утворення Сонячної системи

за гіпотезою О.Ю. Шмідта та В.Г. Фесенкова
При ущільненні хмари замість хаотичного руху частиць почалося їх повільне обертання. При цьому виникло безліч астероідних тіл. Шляхом поступового об'єднання, як би склеюванням, сформувалася Земля та інші планети Сонячної системи. Таким чином. Земля ніколи не проходила фазу повного розплавлення. За розрахунками вчених, утворення первинної холодної Землі закінчилось 6-7 мільярдів років назад.

Після утворення Землі почався її розігрів. Його супроводжувало масове виверження лави на поверхню.

Виверження лави проходило завдяки частковому виплавленню речовини Землі. Як горить бенгальський вогонь, піднімаючись по стержню вгору, так і в надрах Землі виплавлялась лиш частина речовини, а частина залишалася, як каркас, твердою. Подібний розігрів проходив і на Місяці - застивші лави добре збереглися на його поверхні. Рахується, що і Земля проходила цей етап розвитку. Він був названий лунною ерою. Завдяки виверженню лав в цю еру формувався покров первинної земної кори. Із лави виділялися гази - вони утворили первинну атмосферу. Вона ще не мала у своєму складі кисню. Більше половини об'єму первинної атмосфери складала водяна пара, а температура її перевищувала 100 °С.

На Місяці первинна атмосфера не збереглася, на Землі ж вона утворила щільну газову оболонку, подібну до сучасної оболочки Венери.

При поступовому остиганні атмосфери нижче 100 °С прошла конденсація водяної пари, випадення опадів і виникнення первинного океану. Це відбулося близько 4,5 - 5 мільярдів років назад. З виникненням океану на Землі почався новий геологічний етап.
Обговорення на уроці проблемного питання:

Що таке Космос та Всесвіт? З чого вони складаються? чи Що входить до їхнього складу?

Тут найкраще підійде метод «Кола Верна» з обговоренням.

Космос складається з Галактики, Метагалактики, астероїдів, комет, космічного пилу та іншого.

Всесвіт - це світ вцілому, який не має ні початку, ні кінця.

Коли ніч темна, а небо безхмарне, на ньому видно безліч зірок. Нетяжко зауважити, що зоряне небо повільно обертається, як одне ціле, причому, більшість зірок, подібно Сонцю та Місяцю, сходить і заходить за горизонт.


Крім зірок, не змінюючих свого місцерозташування на небі і утворюючих сузір'я, неозброєнним оком видно 5 яскравих світил, які день за днем повільно переміщаються серед зірок. Древні греки назвали їх планетами ( від грецького "планетес" - блукаючі). Шляхи, по яким вони перемішаються серед зірок, петлеподібні. Це пояснюється тим, що і планети і Земля обертаються навколо Сонця, але з різною швидкістю і періодами.

Планети - це величезні кулі, які мають подібність із Землею, як формою, так і тим, що самі не випромінюють світла. Ми бачимо їх лиш тому, що вони відбивають падаюче на них сонячне проміння. Земля із світового простору також виглядає як зоря.

Зірки находяться у русі із швидкостями, доходящими до сотень кілометрів за секунду, але не зіштовхуються, тому що відстань між ними дуже велика. Наприклад, до найближчої зірки відстань у 3000 з лишнім разів більша, чим поперечник Сонячної системи. Світло від неї до нас іде близько 4 років, пробігаючи за секунду 300 000 кілометрів, тоді, коли від Сонця він доходить до нас приблизно за 8 хвилин, а від Місяця - за 1,15 секунди.
Обговорення проблемного питання за допомогою методу «Гранування»

1.На вашу думку з чого складається Галактика?

2. На вашу думку з чого складається Сонячна система?





Земля, Сонце та інші планети Сонячної системи входять до так званої Місцевої зоряної системи, яка, в свою чергу, є частиною ще грандіознішої системи - нашої Галактики, або Молочного шляху. У Галактиці нараховується приблизно 150 мільярдів зір. Із Землі можна спостерігати лише близько 2 млрд. із них.

Сьогодні наша Галактика разом з іншими галактиками утворює потужне галактичне скупчення. Найближче до нашої зоряної системи розташовується галактика Магелланові хмари, що її у вигляді двох великих плям видно на небі південної півкулі, їх відстань від нас близько 200 000 світлових років. Найдальші галактики розташовані від нас на відстанях до 10 - 15 мільярдів світлових років. Поперечні розміри галактик сумірні з поперечником нашої Галактики. Однак у Всесвіті є галактики - карлики з поперечником у декілька світлових років і велетні з поперечником 18 мільйонів світлових років. Крім галактик у Всесвіті трапляються й менші скупчення зір. Так, в обох півкулях нашого неба відомо понад 100 кульових скупчень. У кожному такому скупченні нараховується від десятків до сотень тисяч зір. Прикладом одного з таких кульових скупчень може бути сузір'я 47 Тукана, розташоване від нас на відстані 20 000 світлових років. У центрі цих скупчень міститься така велика кількість зір, що їх неможиво відокремити одну від одної. Вони світяться у вигляді суцільної маси.

У центрі галактик постійно відбуваються ядерні вибухи з викидом великої кількості речовини. Це приводить до інтенсивного руху хмар водню від центра галактики. Наша Галактика у цьому випадку не є винятком. Так, астрофізиками встановлено, що під час вибуху із неї було викинуто величезну кількість речовини - близько 200 000 сонячних мас. Нині ця речовина у вигляді водневого тору (бублика ) розширюється із швидкістю 100 кілометрів за секунду. Радіус його дорівнює 6 000 світлових років.


Найбільша кількість речовини Всесвіту сьогодні скупчена в зорях. В окремих галактиках із зорями пов'язано понад 99,9 % маси, а в нашій Галактиці із ними пов'язано 97 % її маси. Решта матерії у Всесвіті розподілена у вигляді міжзоряного газу й пилу.

Основним компонентом міжзоряного газу є водень. На другому місці гелій. Значно менше у міжзоряному середовищі вуглецю, азоту, кисню та інших хімічних елементів. Концентрація водню й гелію у міжзоряному просторі нашої Галактики в середньому дорівнює 10 11 г / см. Середня густина інших газів та окремих пилинок ще приблизно на два порядка нижча. У міжзоряному середовищі астрофізики спостерігають також окремі осколки молекул, а то й цілі молекули.

Зорі утворюються при конденсації газових і газо-пилових туманностей. Астрономи в наш час ділять зорі за їх розміром на кілька класів :надгіганти, нормальні гіганти, субгіганти, нормальні карлики та карлики.

Найбільші зорі мають діаметри, що перевищують діаметр Сонця в десятки й сотні разів. Із відомих астрономам найбільшою вважається зоря Церея з поперечником у 1 000 разів більшим сонячного. Надгіганти утворені із дуже розріджених газів із густиною, меншою за густину повітря у тисячу разів. Вони отримали назву " газових пузирів ".

Зорі-карлики мають розміри Землі або й менші. На їх частку в нашій Галактиці припадає приблизно 100 мільярдів зір. Густина речовини в них буває досить велика. Прикладом такої зорі може бути супутник Сіріуса, густина якого 30 кг / см . Важливою характеристикою зір є їх маса, яка змінюється у порівняно вузьких межах. Астрофізики відзначають, що у Всесвіті дуже мало зір із масою в 10 разів більшою або меншою за наше Сонце.

Для додаткового одержання учнями знань можна запропонувати їм підготувати доповіді на теми:

1.«Новітні дослідження нашої галактики»

2. «Новітні дослідження Всесвіту»
Недавно астрономи виявили вісім нових планет у межах нашої галактики, на одній з яких є можливість для виникнення життя, - повідомляє Бі-Бі-Сі. Ці планети знаходяться поза межами нашої сонячної системи, обертаються навколо зірки,  подібної до нашого Сонця. Усі ці планети є гігантськими скупченнями газу. Одна з найбільших планет дуже схожа з Юпітером. Обертаючись навколо зірки Epsilon Eridani, вона захищає менші планети від небезпечних  комет і астероїдів. Це значно збільшує шанси для виникнення там життя.

Чи справді наш Всесвіт утворився випадково? Це питання таке ж величезне, як сам Космос: чи може загальноприйняте теоретичне уявлення про природу Всесвіту бути неправильним? 

Якщо Всесвіт, як ми вважаємо, постійно розширюється, то він, врешті-решт, має повторити себе. Так вважає Леонард Сусскінд і його група з Університету Стенфорд в Каліфорнії, згідно з повідомленням журналу Nature. 

Яка ж імовірність того, що така подія приведе до утворення світів, подібних до нашого? На думку вчених, вірогідність цього надзвичайно мала, десь між "мізерно малою і нульовою". 

Тому, кажуть дослідники, існують два варіанти: або простір не прискорюється, як ми вважаємо, або працює ще не відкритий принцип фізики. Цей принцип повинен пояснити, що відбувається на первинних стадіях, котрі призводять до утворення Всесвіту, подібному до нашого. 


Дослідницька група Сусскінда дійшла висновку, що щось вплинуло на процес створення нашого Всесвіту, якийсь "невідомий агент", який втрутився в процес створення нашого Всесвіту за поки невідомих нам причин. 

Однак прихильникам теорії Створення космосу треба почекати стрибати від радості. У цій теорії є упущення. Проблема полягає в тому, що процес розширення Всесвіту прискорюється. Найбільш популярне пояснення цього факту полягає в тому, що існує космологічна константа - відштовхувальна сила, або темна матерія, протилежна гравітації. 

Якщо це дійсно так, то інші галактики, в кінцевому рахунку, зникнуть у результаті дуже швидкого віддалення від нас зі швидкістю більшою, ніж швидкість світла. Як тільки це відбудеться, тоді те, що буде відбуватися в тих частинах галактики, вже не зможе впливати на наш світ. Планети стануть окремими об'єктами, розділеними кордоном, який називається обрієм de Sitter. 

Це означає, що Всесвіт буде фрагментуватися у віртуальну піну бульбашок, відокремлених одна від одної обрієм de Sitter, в дійсності створюючи простір de Sitter. Кожна з бульбашок, ізольована від інших, в кінцевому рахунку, перетвориться в те, що дослідники називають "м'якою безжиттєвою однорідністю". Як тільки це станеться, то наша історія, як ми вважаємо, на цьому закінчиться. 

Однак, згідно із законами термодинаміки, це може і не відбутися, кажуть Сусскінд і його колеги. Якщо чекати досить довго, то все, що може статися, - станеться. Якщо чекати нескінченно довго, то, як вони кажуть, крапля чорнила, розчинена в склянці води, врешті-решт, збере свої молекули і знову перетвориться на краплину. Звичайно, чекати доведеться нескінченно довго, але теоретично це може статися. 

Однаково можливо, що Всесвіт, який змушений перетворитися на de Sitter простір в результаті дії темної матерії, повернеться до чогось, що нагадує її первісний стан. В результаті цього почнеться нова космічна історія, яка почне розвиватися, включаючи появу життя і все те, що, як ми віримо, відбулося після цього. 


Яка вірогідність того, що відтворення космосу реально відбудеться? Шанси нижче, ніж "надзвичайно низькі". 

Космологи мають своє пояснення на цей рахунок. Воно називається антропний принцип, згідно з яким, незалежно від того, наскільки реальним здається Всесвіт, сам факт, що ми знаходимося тут і ставимо питання про його походження, дозволяє цей парадокс. Якби справа була б інакша, кажуть вони, тоді життя не існувало б і ніхто ніколи не ставив би таке запитання. 

Дослідження, проведене групою Сусскінда, показує, що антропний принцип не працює в цьому випадку, тому що величезна кількість Всесвітів передбачає, що життя в кожному з них може бути зовсім відмінним від нашого. 

Утворення усіх жилих Всесвітів також може відбутися тільки в результаті "статистичного дива". 

Навіть якщо б "щось" створило спеціальні умови для утворення нашого Всесвіту, ці специфічні умови характерні для створення тільки нашого Всесвіту. 

Майбутні події приведуть до абсолютно інших результатів. Якщо це так, тоді єдиний висновок полягає в тому, що ми знаходимося на першому оберті розвитку цього майстерно створеного Всесвіту. Це виглядає занадто схожим на "спеціальні молитви", згідно з дослідниками, які дали інтерв'ю журналу Nature. 

Нещодавно астрофізики з Університету Уорвіка (Великобританія) зробили дивовижне відкриття, на основі якого вчені побудували теоретичну модель загибелі нашої сонячної системи через багато мільярдів років. 

Вчені повідомили про те, що їм вперше вдалося виявити в межах орбіти мертвої зірки (так званого «білого карлика») в сузір'ї Діви - наявність планетарного матеріалу. Було виявлено незвичайне кільце багатого металом газу, яке рухалося по круговій орбіті дуже близько від «білого карлика», що підтвердило факти наявності планет навколо вмираючих зірок, що поглинаються нею. Аналіз слідів магнію, заліза і кальцію, виявлених в кільці, дає можливість припустити, що ці матеріали - випаровувані залишки астероїда діаметром 50 кілометрів, який був втягнутий в орбіту білого карлика, а потім поступово розпилювався і випромінювався.  


«Це пряме свідчення того, що навколо «білих карликів» є планетарні системи», - відзначає Том Марш, професор експериментальної фізики при Університеті Уорвіка. 

Вчені стверджують, що мертві зірки, які перетворилися на «білих карликів», були у минулому звичайними зірками, подібними до Сонця. Проте з часом зірка розширюється в сотні разів, перетворюючись на гігантське червоне світило. Природно, у зв'язку з цим розширенням на найближчих орбітах руйнуються планети, наприклад, такі як Меркурій і Венера. Інші планети й астероїди при цьому виштовхуються на віддаленіші, ніж раніше, орбіти. Активність червоної зірки поступово згасає, і з часом світило перетворюється на мертвого «білого карлика».


Виходячи з цього, вчені припускають, що через багато мільйонів років Земля або буде поглинена мертвим Сонцем, або буде виштовхнута зі своєї орбіти. Звичайно, ні в першому, ні в другому випадку, людству не вдасться вижити, оскільки Сонце, що роздулося в сотні разів, просто висушить Землю. Проте станеться це не раніше, ніж через мільярди років.

Уявіть, що від великого весільного торту вам дісталася одна лише крихта. Майже так відчувають себе і вчені, які намагаються розкрити таємниці Всесвіту. Відомо, що сьогодні космологи встановили місцезнаходження лише 4% матерії та енергії, що містяться у Всесвіті. Решта 96% — до певної міри нагадують зниклий торт...


«Я називаю це темною стороною Всесвіту», — ділиться думками про темні енергії космолог Майкл Тернер з Чиказького університету у виданні Live Science. 

Існують припущення, що наш Всесвіт — лише мізерний фрагмент безлічі інших Всесвітів, які в сукупності становлять Мультивсесвіт або Метавсесвіт. Відповідно до хаотичної теорії інфляції, є нескінченна розмаїтість Всесвітів, і в кожному — свої унікальні фізичні константи. 

Також популярна теорія багатосвітової інтерпретації. Вона припускає, що існують «паралельні Всесвіти». У кожному з них діють однакові закони природи та одні й ті ж світові сталі, але ці Всесвіти перебувають у різних станах. Правда, за визначенням, на сьогоднішній день ці припущення неможливо підтвердити. 


Висновки
Всесвіт має гігантські розміри і містить силу-силенну різних об'єктів, таких як астероїди, супутники, комети, планети, зірки, галактики та ін. Розміри зірок вражаючі, а їхня насиченість різними газами та елементами надає їм дуже красивого забарвлення. Практично всі дані про Всесвіт, відомі сьогодні, — посередні. Як правило, спочатку робляться припущення, а потім вони перевіряються.

Проблема утворення й розвитку Всесвіту, зір і планет була й залишається однією з найактуальніших.

Коли люди не знали ще законів природи, вони на кожному кроці відчували свою безрадність і залежність від навколишнього світу. Вони сліпо поклонялися силам природи, обожнювали їх. Обожествлялися блискавки, грім, вітер та небесні світила, в першу чергу. Сонце і Місяць. Більше всього був розвинений культ Сонця. Так незнання законів природи і безсилля людини перед силами природи породжувало віру в надлюдські сили і поклоніння ним.

Своє відображення сонячні міфи знайшли в релігіях, в часності, в християнській релігії. Наприклад, свято Різдва Христового, приурочене до часу зимового сонцестояння, являється одним із старих пережитків -святом народження бога Сонця.

Поклоніння Місяцю залишило свої сліди в мусульманській релігії, в якій серп Місяця ( ' полумісяць ' ) являється релігіозним символом.
Відкриття найсправжньої будови Всесвіту показали людям, що світ насправді зовсім не такий, яким його зобразили в релігійних книгах.
Пізнавши закони природи, люди дістали можливість покоряти її.
Астрофізики, на основі всебічного вивчення зір та їх зкупчень
встановили, що ці небесні тіла весь час перебувають у русі і розвитку. Отже, Всесвіт постійно розвивається. Спочатку Всесвіт був якісно іншим - окремих галактик не існувало.

Для епіграфів уроків можна використати висловлювання про Всесвіт відомих особистостей: 

«Поки що не вирішено, і я вважаю, що наука людства ніколи не вирішить, чи має Всесвіт край або він нескінченний?» — Галілео Галілей 

«Сонце, Місяць, Зірки могли б давно зникнути... якби вони опинилися в межах досяжності загребущих рук людини» — Генрі Хевлок Елліс 

«Не гине ніщо, повірте, у великому Всесвіті» — Овідій 

«Сили Всесвіту ніколи не засуджують і не критикують нас. Вони приймають нас такими, якими ми є. І потім відображають наші переконання автоматично» — Луїза Хей 

«Кожен із нас — піщинка Всесвіту, яка думає, що може пудрити вселенський розум» — Леонід С. Сухоруков 

«Нескінченні лише Всесвіт та людська дурість, причому щодо нескінченності першого у мене сумніви» — Альберт Ейнштейн.

Література

1. Б. А. Воронцов-Вельлямінов "Астрономія" М.: 1963

2. І. А. Климишин "Астрономія" Львів : 1994

3. Є. М. Філіпов "Земля, життя. Всесвіт" К.: 1977

4. В. А. Бронштейн "Гіпотези про зорі і Всесвіт" М.: 1974

5. А. В. Засов "Галактики" М.: 1976

6. І. А. Резанов "Великі катастрофи в історії Землі" М.: 1972

7. І. С. Шкловський "Всесвіт, життя, розум" М.: 1987



8. В.П. Сухов "Геграфія" М.: 1989

9. Р. Кіппенхан "100 мільярдів сонць" М.: 1990 10 Б. А. Воронцов-Вельямінов "Очерки про Всесвіт" М.: 1980 11. "Походження і еволюція галактик та зірок" Під редакцією С. Б. Пікельнера М.: 1976


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка