Парні планети. Подвійна планета

Розробка уроків (конспекти уроків)

Середнє Загальна освіта

Лінія УМКБ. А. Воронцова-Вельяминова. Астрономія (11)

Увага! Адміністрація сайту сайт не несе відповідальності за зміст методичних розробок, і навіть за відповідність розробки ФГОС.

Мета уроку

Дослідити астрофізичні особливості системи Земля-Місяць.

Завдання уроку

• Визначити основні критерії для характеристики та порівняння планет; охарактеризувати Землю та Місяць відповідно до виділених критеріїв; порівняти Землю та Місяць за виділеними критеріями; обґрунтувати точку зору, згідно з якою система Земля-Місяць подвійною планетою.

Види діяльності

Будувати логічні усні висловлювання; використовувати наукову теоріюдля пояснення астрофізичних характеристик планет Сонячної системи, що спостерігаються; висувати гіпотези; ставити цілі пізнавальної діяльності; планувати пізнавальну діяльність; аналізувати інформацію, подану в різних видах; працювати з текстом наукового змісту; виконувати логічні операції― порівняння, аналіз, узагальнення, серіацію; здійснювати рефлексію діяльності під час уроку.

Ключові поняття

Подвійна планета, реголіт, будова планет земної групи, кратери, місячні моря.

Відкриття Плутона сталося 1930 року. Але через 76 років МАС позбавив цей об'єкт права називатися планетою і перевів його до рангу планет-карликів. Тепер вважається, що Плутон, подібно до Еріди, лише один з найбільших нептуноїдів, що населяють пояс Койпера.

А 1978 року був визначений і головний його супутник – Харон. Відкрили його при вивченні фотопластинок, що зображають Плутон. На одній із платівок у планети з'явився горб, який опинився під час розгляду планетою.

Спочатку Харон був найменований супутником Плутона, але тепер вважається, що це подвійна планета. Їх загальний центр тяжіння розташований поза головної планети. Це унікальний вид взаємодії. Також дивно, що вони звернені до візаві завжди однією стороною.

Але насправді це ще не затверджено…

Подвійна планета- термін в астрономії, який використовується для позначення бінарної системи, що складається з двох астрономічних об'єктів, кожен із яких задовольняє визначенню планети і є досить масивним, щоб надавати гравітаційний ефект, що перевершує гравітаційний ефект зірки, навколо якої вони обертаються.

Станом на 2010 рік офіційно в Сонячній системі немає систем, що класифікуються як «подвійна планета». Одна з неофіційних вимог полягає в тому, щоб обидві планети оберталися навколо загального центру мас, який також називається барицентром, який повинен знаходитися над поверхнею цих планет.

Діаметр Харона – 1205 км – трохи більше половини плутоніанського, а маси їх співвідносяться як 1:8. Це самийвеликий супутник у Сонячній системі у порівнянні зі своєю планетою.Відстань між об'єктами дуже маленька – 19,6 тисячі кілометрів, а період звернення сателіту – близько тижня.

З 1985 по 1990 роки спостерігалися нечасті явища: затемнення. Вони були поперемінні: спочатку одна планета затьмарює іншу, потім навпаки. Такі затемнення мають циклічність 124 роки.

Аналіз відбитого світла дозволяє зробити висновок, що на поверхні Харона – шар водного льоду, На відміну від метаново-азотного у Плутона. За даними обсерваторії Джеміні, на Хароні знайдено гідрат аміаку та водяні кристали. Це уможливлює існування криогейзеров.

Незвичайні, порівняно з іншими планетами Сонячної системи, параметри орбіт планетарної пари та їх скромні розміри породжують у вчених гіпотези про їхнє походження. Вважається, що планети утворилися в поясі Койпера і вже звідти були вирвані гравітацією планет-гігантів.

Інша гіпотеза передбачає утворення системи після зіткнення Плутона, що вже відбувся, з прото-Хароном. З викинутих уламків і утворився сучасний супутник. І тепер вони разом, Плутон та Харон – далека околиця Сонячної системи.

Як згадувалося вище, система Плутон-Харон задовольняє визначенню подвійний планети. на теперішній моментце єдині тіла у Сонячній системі, які можуть претендувати на такий статус.

Згідно з проектом Резолюції 5 XXVI Генеральної асамблеї МАС (2006) Харону передбачалося надати статус планети. У примітках до проекту резолюції вказувалося, що в такому разі Плутон-Харон вважатиметься подвійною планетою. Підставою для цього був той факт, що кожен з об'єктів може вважатися карликовою планетою, А їхній загальний центр мас лежить у відкритому просторі. Однак на цій же асамблеї МАС увів визначення понять «Планета» та «Карликова планета». Згідно з введеними визначеннями, Плутон класифікується як карликова планета, а Харон - його супутник, хоча надалі таке рішення може бути переглянуто.

У міру того як космічний апарат New Horizons продовжує свою подорож до зовнішнього кордону Сонячної Системи, його мета – яка знаходиться в поясі Койпера – стає яскравішою та чіткішою. Нові знімки, зроблені завдяки камері LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), ясно показують Плутон і найбільший із його супутників – Харон – пов'язаних у тісному орбітальному танці. Два об'єкти поділяє відстань лише трохи більше 18 000 кілометрів.

Ці знімки, на яких показано, як Харон обертається навколо Плутона, є рекордсменами в сенсі відстані, з якої вони зроблені: у 10 разів менше від відстані від Плутона до Землі.

Ми вже бачили знімки Плутона та Харона, проте, на цій анімації можна побачити ще дещо.

За 5 днів LORRI зробив 12 знімків системи Плутон-Харон, за цей час Харон майже повністю здійснив 1 оберт навколо Плутона. Однак, у міру того, як Харон обертається орбітою, можна спостерігати чіткі коливання позиції Плутона. Маса Харона (приблизно 12 відсотків маси Плутона) надає сильне гравітаційний впливна Плутон, дуже виразно відтягуючи його "від центру". Отже, обидва об'єкти обертаються навколо уявної точки над поверхнею Плутона. Ця точка називається центром важкості системи Плутон-Харон.

Порівняльні розміри транснептунових об'єктів проти Землею.

Це абсолютно нетипова ситуація для планет Сонячної Системи – лише подвійні системиастероїдів можуть мати барицентри (центри тяжкості) поза самими об'єктами. В результаті, багато вчених дійшли висновку, що Харон потрібно визнати самостійною планетою, або позначити систему «Плутон-Харон» як подвійну планету.

У 2012 році була опублікована стаття, в якій вказувалося, що чотири інші супутники Плутона насправді не обертаються навколо нього. Вони йдуть по орбіті навколо центру ваги системи Плутон-Харон, тобто є супутниками Плутона та Харона, а не одного Плутона!

Проте, міжнародна організація, що займається класифікацією небесних об'єктів, має ще раз дослідити цей факт. Швидше за все, Міжнародному Астрономічному Союзу необхідно буде провести повторне дослідження системи Плутона та Харона, особливо після того, як у наступному роцібудуть отримані знімки зблизька.

• Карликова планета Плутон названа на честь римського бога підземного світу. У римській міфології Плутон був сином Сатурна, який з трьома своїми братами правив світом: Юпітер контролював небо, Нептун був володарем морів, а Плутон керував пекло.
• Атмосфера Плутона складається з азоту з деякою кількістю метану та окису вуглецю.
• Плутон - це єдина з відомих карликових планет, що має атмосферу. Атмосфера Плутона непридатна для людського диханнята має невелику висоту. Коли Плутон перебуває у перигелії (ближче до сонця), його атмосфера приймає газоподібний стан. Коли Плутон в апогелії (найдалі від сонця), його атмосфера замерзає і випадає в осад на поверхню планети.
• Для того щоб зробити повний оберт навколо сонця Плутону потрібно 248 земних років. Це найтриваліший період обігу навколо центру нашої системи зі всіх планет. Найшвидшою з планет у цьому плані є Меркурій, якому для повного оборотудовкола сонця потрібно 88 земних днів.
• Щоб обернутися один раз навколо власної осі, Плутон вимагає 6 днів, 9 годин і 17 хвилин, що робить її другою за повільністю обертання планетою сонячної системи. Найповільніше навколо своєї осі обертається тільки Венера – за 243 земних дня. Юпітер, хоча він і найбільший із планет, обертається зі швидкістю один оборот менш ніж за 10 земних годин.
• Плутон обертається у напрямку протилежному до обертання Землі. Це означає, що сонце там стає на заході, а закочується на сході. Тільки Венера, Уран і Плутон здійснюють протилежне обертання земному.
• Оскільки супутник Плутона Харон трохи менший за розмірами самої планети, астрономи називають їх разом подвійною планетою.
• Сонячне світло досягає Плутона за п'ять годин, а щоб досягти поверхні Землі сонячного променяпотрібно всього вісім хвилин.
• В астрології Плутон асоціюється і з початком (відродженням) та з руйнуванням (смертю).
• Коли Плутон входив до розряду планет сонячної системи (зараз його відносять до малих планет), він вважався найхолоднішою з них. Його температура знаходиться в межах від -240 ° до -218 ° C. Середня температуратут -229° C. низька температура, зареєстрована на Землі, була зафіксована в Антарктиді і дорівнювала -89.2 ° C, а найбільше наша планета розжарилася (до 70.7 °) в іранській пустелі Лут.
• Людина, яка важить на Землі 45 кг, на Плутоні важитиме близько 2кг 750г.
• На Плутоні так темно, що людина мала б можливість милуватися зірками з його поверхні цілий день.
• Спробувати побачити Плутон із Землі – це те саме, що намагатися розглянути волоський горіх з відстані 50 кілометрів.
• Так як супутник Харон і сам Плутон обертаються взаємно довкола один одного, з поверхні Плутона Харон здається застиглим у небі нерухомо. Крім того, ті самі сторони Плутона і Харона постійно спрямовані один до одного.
• У Плутона виявлено чотири супутники: Харон (названий на честь поромника пекла), Нікс (на честь грецької богиніночі та темряви), Гідра (на ім'я дев'ятиголової змії, що охороняє пекло) та поки що безіменного супутника S/2011 P 1, який був відкритий зовсім недавно (у 2011 році).
• Ще жоден штучний літаючий об'єкт, запущений із Землі, не відвідував Плутон. Проте, міжпланетна станція New Horizons, запущена у 2006 році, має пролетіти поряд із Плутоном у 2015 році.
• Протягом 76 років Плутон вважався планетою. Проте, коли астрономи виявили, що це один із багатьох великих об'єктів у межах поясу Кюйпера, Плутон з 2006 року називається «карликовою планетою».
• Плутон є другою за величиною карликовою планетою сонячної системи. Більше за нього тільки Еріс, який на 27% більше ніж Плутон.
• Плутон менше, ніж Меркурій та сім інших супутників різних планет, включаючи Ганімед, Титан, Каллісто, Іо, Тритон і наш Місяць.
• Коли в 1930 Плутон був відкритий, багато людей пропонували різні назвидля нього. Варіанти були такі: Хронус, Персефона, Еребус, Атлас та Прометей. Одинадцятирічна Венеція Берні запропонувала назву Плутон. Вона вважала, що це буде гарною назвою, оскільки планета була такою темною і була так далеко, як і бог пекла. 1 травня 1930 року назву планеті було присвоєно офіційно, і дівчинка отримала винагороду у вигляді п'яти фунтів стерлінгів.
• Багато вчених вважають, що якби Плутон був ближче до сонця, його класифікували б як планету.
• Зараз офіційною назвоюПлутон є «астероїд номер 134340». Він був так названий після виключення із планет сонячної системи та переведення в ранг «планет-карликів». ( Планети-карликив астрономічних каталогах позначаються як астероїди).
• У той час як Плутон «знижений» у ранзі до карликової планети, багато вчених намагаються зарахувати його і кілька інших його побратимів до розряду планет знову, так як вони мають свою атмосферу, пори року, полярні шапкита власні супутники.
• Сонячне світло на Плутоні в 2 тисячі разів тьмяніше, ніж на Землі, і з його поверхні сонце з'явиться лише як невелика точка на небі.
• Офіційним символом Плутона є літери «P» і «L», які не тільки символізують назву, але і є ініціалами Персіваля Лоуелла, американського астронома, який ініціював пошуки планети, яка повинна була розташовуватися далі за Нептун, що й призвело до відкриття Нептуна. Одну з обсерваторій в американському штаті Арізона названо ім'ям Лоуелла.
• На Плутоні сонце сходить і заходить приблизно раз на тиждень.

Подвійна планета Земля - ​​Місяць

Світило ночі, ласкава богиня Селена, як її звали стародавні греки, - Місяць незмінно супроводжує Землю в її бігу навколо Сонця.

Місяць – найближче до нас небесне тіло. Відстань до неї всього 384 тисячі кілометрів, космічним масштабам- рукою подати!

Порівняно з Землею Місяць невеликий. Її діаметр 3476 кілометрів, трохи більше чверті земного, а поверхня дорівнює площі Африки та Австралії, разом узятих. Маса Місяця у 81,3 рази менша за масу Землі. І все-таки Земля в порівнянні зі своєю величиною має найбільший супутник у сім'ї планет Сонячної системи.

Тритон, супутник Нептуна, у 770 разів легший за свою планету; Титан, самий великий супутникСатурна, в 40-30 разів легше Сатурна; Найбільший місяць Юпітера, Ганімед, легший за планету в 12 200 разів. Про інших супутників і говорити нема чого: їх маси в десятки і сотні тисяч разів менші, ніж маси планет, навколо яких вони звертаються. І тому багато астрономів називають систему Земля - ​​Місяць подвійною планетою.

Справді, перші люди, які почали розглядати Землю з Венери, побачили б на нічному небі подвійну зірку. Одна з них здалася б дуже яскравою, а інша, розташована поруч, хоч і набагато слабкіша, була б добре помітна.

Земля, що супроводжується Місяцем, рухається навколо Сонця.

Як виникла подвійна планета Земля - ​​Місяць? Із цього приводу існують два припущення, або, висловлюючись по-вченому, дві гіпотези.

Перша така. Кілька мільярдів років тому і Земля і Місяць незалежно одна від одної утворилися зі згустків космічної матерії різних областяхсвітового простору. А потім Місяць у небесних мандрах необережно підійшов надто близько до Землі, і наша планета, користуючись своєю більшою масою, захопила Місяць у полон за законами тяжіння і зробила супутницею.

За другою гіпотезою, і Земля і Місяць утворилися з одного згустку матерії. І на початку свого існування ці два небесних тіла були набагато ближчі один до одного. Але поступово Місяць віддалявся від Землі і зайняв теперішнє становище. Молодша сестра продовжує віддалятися від старшої, але пройдуть багато мільйонів років, перш ніж це стане помітно.

Яке з двох припущень вірніше сказати важко. Багато ще доведеться попрацювати вченим, щоби остаточно вирішити питання про походження Місяця.

Сонячна система (без дотримання масштабів величин Сонця та планет та відстаней між ними).

Місячні затемнення

З усіх небесних явищ людей здавна найбільше лякали місячні та сонячні затемнення.

На чистому небі яскраво світить Місяць. Навколо неї ні хмарки. І раптом на сяючу поверхню Місяця невідомо звідки насувається похмура тінь. Ще, ще… Ось уже більша частинамісячної поверхні зникла, а потім зникає і решта. Щоправда, не можна сказати, що Місяця на небосхилі немає: воно все-таки видно у вигляді темно-багряного диска.

Місячне затемнення пояснюється тим, що Місяць потрапляє у земну тінь. Якщо тінь, яку Земля відкидає від себе, закриває Місяць цілком, то виходить так зване повне затемнення. А якщо вона закриває Місяць не весь, то настає приватне місячне затемнення.

Приватне затемнення не справляє на спостерігачів такого сильного враження, як повне. Адже серп Місяця – звичне видовище для нас.

За старих часів люди думали, що Місяць під час затемнення пожирає страшну чудовисько - дракон. Деякі народи так вірили в це, що намагалися прогнати дракона стукотом тріскачок і гуркотом барабанів. І коли Місяць знову з'являвся на небі, люди тріумфували: отже, наляканий шумом дракон залишив свою жертву.

І в нас на Русі за старих часів місячні затемнення вважалися грізними провісниками бід.

У 1248 році літописець записав: «Було знамення на Місяці: була кривава вся і загинула… І того ж літа цар Батий рушив рать…»

Наші предки думали, що місячне затемнення передбачило нашестя татарського ханаБатия.

Як дізнатися росте або зменшується серп Місяця.

У 1471 році в літописі було записано: «Північ була незрозуміла, і як кров на Місяці і темрява була чималий час і знову потроху прояснилося..»

Кожне затемнення заносилося в історію як важлива подіяу житті народу. Щоб вийшло місячне затемнення, потрібно, щоб Сонце, Земля та Місяць стояли на одній прямій лінії і щоб Земля знаходилася між Сонцем та Місяцем. Таке становище цих трьох світил у небесному просторі повторюється через певні часові відтинки.

Астрономи в давнину помітили, що через кожні 18 років 11 днів 8 годин місячні затемнення повторюються в тому ж порядку; достатньо записати порядок затемнень, і можна з упевненістю передбачати затемнення на майбутнє.

Я вже розповідав, що в давнину астрономами були переважно жерці. Навчившись пророкувати затемнення, жерці звернули свої знання на користь релігії. Вони дурили народ, запевняючи, що про наближення затемнення їм повідомляють самі боги. Так вони підтримували релігійні забобони.

Тепер мистецтво передбачати затемнення доведено до високої точності, і є розклад місячних затемненьна багато років уперед.

Чому відбуваються місячні затемнення.

Наука штурмує космос

Ще недавно можливість здійснювати міжпланетні подорожі здавалася такою далекою... Але в космічну епохутехніка крокує швидко, і те, що уявлялося неможливим учора, стає здійсненним сьогодні.

Епоха великих географічних відкриттівтеж настала не відразу. Перш ніж пуститись на пошуки далеких континентів, люди відкривали прибережні острови і, плаваючи до них, удосконалювали свою майстерність.

Така справа і з завоюванням космосу. Серед просторів Сонячної системи Місяць найближчий космічний об'єкт, і шлях туди вже прокладено.

Подорожі на Місяць стануть чудовою школою космічних перельотів. Але й при невеликій відстані Земля - ​​Місяць (за космічними масштабами) простір, що розділяє їх, володіє багатьма властивостями Великого космосу.

А що, якщо нам здійснити політ на Місяць – в уяві, звісно? Чим би нам для цього скористатися? Можливо, літаком?

384 тисячі кілометрів, що відокремлюють Місяць від Землі, не така вже й велика відстань. У нас є літаки, що пролітають за годину 2500 кілометрів. Це – «ТУ-144». Для такого літака 384 тисячі кілометрів просто дрібниці.

Зробимо розрахунок. Розділимо 384 тисячі кілометрів на 2500 кілометрів. Отримаємо близько 154 години польоту, приблизно 6,4 діб. Треба запасти достатньо провізії, води, а головне, більше палива для двигуна, щоб вистачило і на зворотний шлях.

На щастя, знайшовся великий місткий літак. Все, що потрібно, занурили. Сіли та поїхали. Як приємно бути дослідником світового простору!

Літак круто йде вгору. Ось стрілка вказівника висоти показує 5, 10, 15 кілометрів… Земні предмети стають дедалі меншими: річки здаються тоненькими звивистими ниточками, ліси – темними плямами.

Але що таке? Наш літак перестав набирати висоту.

В чому справа? - Кричимо ми льотчику.

Повітря надто розріджене, - відповідає льотчик. - Двигун вже не може нормально працювати.

І ти, звичайно, маєш рацію. Ти знаєш і те, як треба летіти на Місяць: на ракеті! Так, досягти Місяця можна тільки в ракеті, тому що тільки ракета здатна розірвати пута тяжіння.

Окови тяжіння… А що це означає?

Ти відштовхуєшся від підлоги і стрибаєш, але за долю секунди ти на підлозі. Спортсмен метає молот; описавши дугу кілька десятків метрів, молот падає на стадіон. Зенітники вистрілили у ворожий літак; снаряд піднявся на сім-вісім кілометрів, і його уламки прилетіли назад… Усі тіла природи притягує до себе Земля.

Подвійна планета – це Земля з Місяцем. Вони мають право на цю назву тому, що наш супутник різко виділяється серед супутників інших планет значною величиною і масою по відношенню до своєї центральної планети. Є в сонячної системисупутники абсолютнобільші і важчі, але в порівнянні зі своєю центральною планетою вони набагато дрібніші, ніж наш Місяць по відношенню до Землі. Насправді, діаметр нашого Місяця більше чверті земного, а діаметр відносно найбільшого супутника інших планет становить лише 10-у частку діаметра своєї планети (Тритон - супутник Нептуна). маса Місяця становить 1/81 маси Землі; тим часом найважчий із супутників, який існує в сонячній системі, - ІІІ супутник Юпітера - становить менше 10 000-ї частки маси своєї центральної планети.

Яку частку від маси центральної планети становить маса великих супутників, показує табличка, наведена нижче. Ви бачите з цього зіставлення, що наш Місяць за своєю масою становить найбільшу частку своєї центральної планети.

Третє, що дає системі Земля – Місяць право претендувати на найменування «подвійної планети», – це тісна близькість обох небесних тіл. Багато супутників інших планет крутяться на набагато більших відстанях: деякі супутники Юпітера (наприклад, дев'ятий, рис. 36) кружляють у 65 разів далі.

Рис. 36.

У зв'язку з цим є той цікавий факт, що шлях, який описує Місяць навколо Сонця, дуже мало відрізняється від шляху Землі. Це здасться неймовірним, якщо згадати, що Місяць рухається навколо Землі на відстані майже 400 000 км. Не забудемо, однак, що поки Місяць робить один оберт навколо Землі, сама Земля встигає перенестися разом з нею приблизно на 13-ту частку свого річного шляху, тобто на 70 000 000 км. Уявіть собі круговий шлях Місяця - 2 500 000 км - розтягнутим вздовж відстані, в 30 разів більшого. Що залишиться від кругової форми? Нічого. Ось чому шлях Місяця біля Сонця майже зливається з орбітою Землі, ухиляючись від неї лише 13-ма ледь помітними виступами. Можна довести нескладним розрахунком (яким ми не станемо тут обтяжувати виклади), що шлях Місяця при цьому скрізь звернений до Сонця свого увігнутістю.Грубо кажучи, він на вигляд схожий на опуклий тринадцятикутник з м'яко заокругленими кутами.

	Її супутник	(У частках маси планети)

На рис. 37 Ви бачите точне зображення шляхів Землі та Місяця протягом одного місяця. Пунктирна лінія – шлях Землі, суцільна – шлях Місяця. Вони так близькі один до одного, що для роздільного їх зображення довелося взяти дуже великий масштаб креслення: діаметр земної орбіти тут дорівнює 1/2 м. Якби взяти для нього 10 см, то найбільша відстань на кресленні між обома шляхами була б меншою за товщину зображуючих їхніх ліній. Дивлячись на це креслення, ви наочно переконуєтеся, що Земля і Місяць рухаються навколо Сонця майже по тому самому шляху і що найменування подвійної планети присвоєне їм астрономами цілком справедливо.

Рис. 37.

Отже, для спостерігача, розміщеного на Сонці, шлях Місяця представився б трохи хвилястою лінією, що майже збігається з орбітою Землі. Це анітрохи не суперечить тому, що стосовно Землі Місяць рухається невеликим еліпсом.

Причина, звичайно, в тому, що, дивлячись із Землі, ми не помічаємо переносного руху Місяця разом із Землею по земній орбіті, оскільки самі у ньому беремо участь.

• Уважно розглядаючи креслення, можна побачити, що рух Місяця зображено у ньому не суворо рівномірним. Так насправді й є. Місяць рухається навколо Землі еліпсом, у фокусі якого знаходиться Земля, а тому згідно з другим законом Кеплера на ділянках, близьких до Землі, вона біжить швидше, ніж на віддалених. Ексцентриситет місячної орбітиДосить великий: 0,055.