Исследование планет Солнечной системы с использованием современных программных инструментов
 Скачать 72.65 Kb.
|
V городская научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку» посвященная Году народного искусства и нематериального культурного наследия России Секция «Окружающий мир» ТЕМА: Исследование планет Солнечной системы с использованием современных программных инструментов Автор: Шепелева Мария Сергеевна Класс:4 Научный руководитель: Кулакова Ирина Игоревна, учитель начальных классов МБОУ «Школа №14» Прокопьевск 2022 Содержание Введение……………………………………………………………………….2 Понятие «Солнечная система» и классификация планет Солнечной Системы………………………………………………..……………………....4 Исследование планет Солнечной системы с использованием специальных мобильных астрономических приложений……………………………13 Заключение…………………………………………………………………18 Список литературы………………………………………………………...19 Введение Актуальность исследования обусловлена тем, что в настоящее время с помощью современных информационных технологий и специальных мобильных приложений можно приблизиться к космосу. В современных условиях с использованием специальных мобильных астрономических приложений мы имеем не только звездный атлас в кармане, но и интерактивное развлечение. Современные программные инструменты дают возможность понять, что именно мы видим в данный момент на звездном небе. Достаточно навести экран на незнакомое созвездие, и программа сама наметит его очертания и укажет названия входящих в его состав звезд. Кроме того, программы способны подсказать обучающемуся, где на небосводе искать Сатурн, Марс и галактику Сигара и т.д.. Каждому астроному известно, что в телескоп на Солнце можно посмотреть только два раза – по количеству глаз смотрящего. Однако для того, чтобы наблюдать Солнце в виде гигантского огненного шара, не обязательно покупать дорогостоящие телескопы или довольствоваться примитивными съемными фильтрами – можно наблюдать светило онлайн в высоком разрешении на смартфоне. Специальные астрономические приложения позволяют путешествовать в глубоком космосе – во всяком случае, виртуально. Последние данные астрономии говорят о существовании более чем семисот планет с уникальными характеристиками. Возможно, на некоторых из них есть жизнь. Мобильные приложения содержат модели далеких звездных систем, в том числе и двойных звезд, а также сведения о планетах, вращающихся вокруг них. Для обучающихся можно просматривать данные о конкретных планетах, искать и сортировать нужные или смотреть на звездные системы в отдаленной перспективе. Приложения умеет самостоятельно загружать последние обновления с астрономических баз данных. Проблема исследования – выявление положения планет Солнечной системы и сравнение их основных параметров с использованием современных программных инструментов. Объект исследования – Солнечная система. Предмет исследования – характеристика и исследование планет земной и неземной группы Солнечной системы. Цель – изучить структуру Солнечной системы и дать характеристику планетам земной и неземной группыс использованием специальных мобильных приложений как инструмента исследования планет Солнечной системы. Задачи исследования: изучить структуру Солнечной системы; рассмотреть классификацию планет Солнечной системы; представить сравнительную характеристику планет Солнечной системы; исследовать планеты Солнечной системы с использованием специальныхмобильных приложений (на примере STAR CHART или «Атлас звёздного неба»). Понятие «Солнечная система» и классификация планет Солнечной системы Солнечная система – это одна из миллиардов звездных систем, составляющих нашу галактику Млечный путь. Солнечной её назвали потому, что Солнце – это центральная звезда системы и вокруг нее вращаются все естественные космические объекты. Центральным объектом Солнечной системы является Солнце. Со́лнце – одна из звёзд нашей Галактики и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. Бо́льшая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически «лёжа на боку». Многие модели Солнечной системы условно показывают орбиты планет через равные промежутки, однако в действительности, за малым исключением, чем дальше планета или пояс от Солнца, тем больше расстояние между её орбитой и орбитой предыдущего объекта. Иногда Солнечную систему разделяют на регионы. Внутренняя часть Солнечной системы включает четыре планеты земной группы и пояс астероидов. Внешняя часть начинается за пределами пояса астероидов и включает четыре газовых гиганта. Планеты внутри области астероидов иногда называют внутренними, а вне пояса – внешними. Все объекты Солнечной системы, обращающиеся вокруг Солнца, официально делят на три категории: планеты, карликовые планеты и малые тела Солнечной системы. Планета — любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей. Согласно этому определению в Солнечной системе имеется восемь известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон (до 2006 года считавшийся планетой) не соответствует этому определению, поскольку не очистил свою орбиту от окружающих объектов пояса Койпера. Карликовая планета – небесное тело, обращающееся по орбите вокруг Солнца; которое достаточно массивно, чтобы под действием собственных сил гравитации поддерживать близкую к округлой форму; но которое не очистило пространство своей орбиты от планетезималей и не является спутником планеты. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. В будущем другие объекты могут быть классифицированы как карликовые планеты, например, Седна, Орк и Квавар. Оставшиеся объекты, обращающиеся вокруг Солнца – малые тела Солнечной системы. Внутренняя часть Солнечной системы включает планеты земной группы и астероиды. Состоящие главным образом из силикатов и металлов, объекты внутренней области относительно близки к Солнцу, это самая малая часть системы – её радиус меньше, чем расстояние между орбитами Юпитера и Сатурна. Четыре ближайшие к Солнцу планеты, называемые планетами земной группы, состоят преимущественно из тяжёлых элементов, имеют малое количество (0—2) спутников, у них отсутствуют кольца. В значительной степени они состоят из тугоплавких минералов, таких как силикаты, которые формируют их мантию и кору, и металлов, таких как железо и никель, которые формируют их ядро. У трёх из этих планет – Венеры, Земли и Марса – имеется атмосфера; у всех есть ударные кратеры и тектонические детали рельефа, такие как рифтовые впадины и вулканы. Меркурий (0,4 а.е. от Солнца) является ближайшей планетой к Солнцу и наименьшей планетой системы (0,055 массы Земли). У планеты нет спутников. Характерными деталями рельефа его поверхности, помимо ударных кратеров, являются многочисленные лопастевидные уступы, простирающиеся на сотни километров. Считается, что они возникли в результате приливных деформаций на раннем этапе истории планеты во время, когда периоды обращения Меркурия вокруг оси и вокруг Солнца не вошли в резонанс. Меркурий имеет крайне разреженную атмосферу, она состоит из атомов, «выбитых» с поверхности планеты Солнечным ветром. Относительно большое железное ядро Меркурия и его тонкая кора ещё не получили удовлетворительного объяснения. Имеется гипотеза, предполагающая, что внешние слои планеты, состоящие из лёгких элементов, были сорваны в результате гигантского столкновения, в результате которого размеры планеты уменьшились. Альтернативно излучение молодого Солнца могло помешать полной аккреции веществ. Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу (из-за этого Венеру нередко называют «сестрой» Земли). Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера в 90 раз плотнее. У Венеры нет спутников. Это самая горячая планета нашей системы, температура её поверхности превышает 400 °C. Наиболее вероятной причиной столь высокой температуры является парниковый эффект, возникающий из-за плотной атмосферы, богатой углекислым газом. Явных признаков современной геологической активности на Венере не обнаружено, но, так как у неё нет магнитного поля, которое предотвратило бы истощение её плотной атмосферы, это позволяет допустить, что её атмосфера регулярно пополняется вулканическими извержениям. Земля является крупнейшей и самой плотной из планет земной группы. У Земли наблюдается тектоника плит. Вопрос о наличии жизни где-либо, кроме Земли, остаётся открытым. Среди планет земной группы Земля является уникальной (прежде всего, за счёт гидросферы). Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет – она содержит свободный кислород. У Земли есть один естественный спутник – Луна, единственный большой спутник планет земной группы Солнечной системы. Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Он обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар (0,6 % от земного). На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами любой земной вулкан, достигая высоты 21,2 км. Рифтовые впадины (долины Маринер) наряду с вулканами свидетельствуют о былой геологической активности, которая, по некоторым данным, продолжалась даже в течение последних 2 млн. лет. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте. У планеты есть два спутника — Фобос и Деймос. На сегодняшний день (после Земли) Марс — самая подробно изученная планета Солнечной системы. Астероиды – самые распространённые малые тела Солнечной системы. Пояс астероидов занимает орбиту между Марсом и Юпитером, между 2,3 и 3,3 а.е. от Солнца. Выдвигались, но в итоге не были подтверждены гипотезы о существовании планеты между Марсом и Юпитером (например, гипотетической планеты Фаэтон), которая на ранних этапах формирования Солнечной системы разрушилась так, что её осколки стали астероидами, сформировавшими пояс астероидов. Согласно современным воззрениям, астероиды — это остатки формирования Солнечной системы (планетозималей), которые были не в состоянии объединиться в крупное тело из-за гравитационных возмущений Юпитера. Размеры астероидов варьируются от нескольких метров до сотен километров. Все астероиды классифицированы как малые тела Солнечной системы, но некоторые тела, в настоящее время классифицированные как астероиды, например, Веста и Гигея, могут быть переклассифицированы как карликовые планеты, если будет показано, что они поддерживают гидростатическое равновесие. Внешняя область Солнечной системы является местом нахождения газовых гигантов и их спутников, а также транснептуновых объектов, астероидно-кометно-газовых пояса Койпера, Рассеянного диска и облака Оорта. Орбиты многих короткопериодических комет, а также астероидов-кентавров, также проходят в этой области. Твёрдые объекты этой области из-за их большего расстояния от Солнца, а значит, гораздо более низкой температуры, содержат льды воды, аммиака и метана. Есть гипотезы о существовании во внешней области планеты Тюхе и, возможно, каких-либо других «Планет X», а также звезды-спутника Солнца Немезиды. Четыре планеты-гиганта, также называемые газовыми гигантами, все вместе содержат 99 % массы вещества, обращающегося на орбитах вокруг Солнца. Юпитер и Сатурн преимущественно состоят из водорода и гелия; Уран и Нептун обладают бо́льшим содержанием льда в их составе. Некоторые астрономы из-за этого классифицируют их в собственной категории — «ледяные гиганты». У всех четырёх планет-гигантов имеются кольца, хотя только кольцевая система Сатурна легко наблюдается с Земли. Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно. У Юпитера имеется 79 спутников. Четыре крупнейших Ганимед, Каллисто, Ио и Европа – схожи с планетами земной группы такими явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру Меркурий. Сатурн, известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского, масса (95 масс Земли) — меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды и даже бензина). У Сатурна имеется 82 подтверждённых спутника, два из них — Титан и Энцелад – проявляют признаки геологической активности. Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда. Титан, превосходящий размерами Меркурий,– единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой. Уран имеет массу в 14 раз больше, чем Земля, являясь самым лёгким среди планет-гигантов. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»: плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты примерно на 98°. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает в космос очень мало тепла[92]. У Урана открыты 27 спутников; крупнейшие –Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда. Нептун, хотя и немного меньше Урана, более массивен (17 масс Земли) и поэтому более плотный. Он излучает больше внутреннего тепла, но не так много, как Юпитер или Сатурн. У Нептуна имеется 14 известных спутников. Крупнейший –, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Тритон — единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении. Также Нептун сопровождается астероидами, называемыми троянцы Нептуна, которые находятся с ним в резонансе 1:1. 20 января 2016 года астрономы из Калифорнийского технологического института Майкл Браун и Константин Батыгин объявили о возможной девятой планете на окраине Солнечной системы, за пределами орбиты Плутона. Планета примерно в десять раз массивнее, чем Земля, удалена от Солнца примерно в 20 раз дальше, чем Нептун (90 миллиардов километров), и делает оборот вокруг Солнца за 10 000—20 000 лет По мнению Майкла Брауна, вероятность того, что эта планета реально существует, «возможно, 90 %». Пока учёные называют эту гипотетическую планету просто «Девятая планета». Кометы – малые тела Солнечной системы, обычно размером всего в несколько километров, состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют большой эксцентриситет, как правило, с перигелием в пределах орбит внутренних планет и афелием далеко за Плутоном. Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы и приближается к Солнцу, её ледяная поверхность начинает испаряться и ионизироваться, создавая кому – длинное облако из газа и пыли, часто видимое с Земли невооружённым глазом. Плутон – карликовая планета, крупнейший известный объект пояса Койпера. После обнаружения в 1930 году считался девятой планетой; положение изменилось в 2006 году с принятием формального определения планеты. У Плутона умеренный эксцентриситет орбиты с наклонением в 17 градусов к плоскости эклиптики, и он то приближается к Солнцу на расстояние 29,6 а.е., оказываясь к нему ближе Нептуна, то удаляется на 49,3 а.е. Неясна ситуация с крупнейшим спутником Плутона – Хароном: продолжит ли он классифицироваться как спутник Плутона или будет переклассифицирован в карликовую планету. Поскольку центр масс системы Плутон – Харон находится вне их поверхностей, они могут рассматриваться в качестве двойной планетной системы. Четыре меньших спутника – Никта, Гидра, Кербер и Стикс – обращаются вокруг Плутона и Харона. Плутон находится с Нептуном в орбитальном резонансе 3:2– на каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца приходится два оборота Плутона, весь цикл занимает 500 лет. Объекты пояса Койпера, чьи орбиты обладают таким же резонансом, называют плутино. Представим в таблице основные параметры планет земной группы и планет-гигантов. Таблица – Сравнительная таблица основных параметров планет
Источник: составлено по данным Википедия – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 08.01.2022). Все параметры, кроме плотности, расстояния от Солнца и спутников, указаны в отношении к аналогичным данным Земли. По данным таблицы можно сделать вывод, что планеты земной группы обладают: небольшими размерами и массой (столбец 2 и 3); большей средней плотностью (столбец 7); медленным осевым вращением (столбец 6); малым количеством спутников до 2-х или вообще их отсутствием; твердой поверхностью. Планеты – гиганты обладают: большими размерами и соответственно диаметром, чем планеты земной группы (столбец 2); большей массой (столбец 3); большим орбитальным радиусом (столбец 4). Например, у планеты Нептун он равен 30 астрономическим единицам. - большим периодом обращения земных лет, который гораздо выше, чем у планет земной группы. 5 столбец – Чем дальше планеты находятся от Солнца, тем путь их длиннее. ТО, что у нас проходит за год (зима, весна, лето, осень), на самой дальней планете Нептун происходит прочти за 165 земных лет. А на самой ближней планете Меркурий – примерно за три месяца. по сравнению с планетами земной группы гораздо ниже продолжительностью суток относительно земных. столбец – Например, Венера очень медленно вращается. Сутки на ней равны почти 243 (двухсот сорока трем) земным суткам. На Юпитере и Сатурне сутки проходят быстрее почти в 2 раза, т.е. за 12 часов. У некоторых планет-гигантов, например, у Сатурна более 80 спутников. Таким образом, можно сделать вывод, что планеты Солнечной системы делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты. Все планеты отличаются по ряду параметров. Исследование планет Солнечной системы с использованием специальных мобильных астрономических приложений В современных условиях исследовать космос можно не имея телескопа, не ходя в обсерваторию, а имея под рукой смартфон. Существует много специальных мобильных приложений, на основе виртуальной и дополненной реальности, которые позволяют исследовать космос. Представим самые популярные из них: STAR CHART или «Атлас звёздного неба»; «ПЛАНЕТЫ» (электронный атлас Солнечной системы); EXOPLANET (изучение планет, расположенных за пределами Солнечной системы); STAR & PLANET FINDER; ASTRONOMY PICTURE OF THE DAY («Астрономическая картинка дня») – разработано совместно с американским космическим агентством NASA и использует множество великолепных фотографий высокого разрешения, полученных в ходе исследований космоса; Stellarium (поиск звезд, планет, комету, промотка времени, позволяющая планировать наблюдения заранее, и режим красного экрана, специально созданный для ночных просмотров; Mobile Observatory (можно легко рассчитать дату лунного или Солнечного затмения, узнать о ближайших парадах планет и метеорных потоках); Sun Viewer (актуальное изображение Солнца с протуберанцами и пятнами); Lunar Map (предназначена для любителей исследовать лунную поверхность, испещренную многочисленными кратерами и огромными морями); FlightAware (позволяет отслеживать полеты воздушных судов онлайн) и т.д. В качестве инструмента исследования планет Солнечной системы мы использовали мобильное приложение STAR CHART или «Атлас звёздного неба» – это одно из самых популярных астрономических приложений. Это приложение даёт возможность изучать космос и за пределами Солнечной системы. Star Chart применяет технологию дополненной реальности и демонстрирует трёхмерную симуляцию звёздного неба в привязке к тому месту, откуда вы ведёте наблюдение и куда направляете объектив смартфона или планшета. То есть, в отличие от большинства других подобных приложений, дневной свет и окружающие предметы не мешают вам увидеть созвездия, скрытые от невооружённого глаза. Мы изучаем планеты. Но, с помощью этого приложения можно изучать и другие космические тела (звезды, кометы, астероиды и т.д.), а также можно изучать созвездия. В ходе изучения «атласа звездного неба», мы познакомились с трёхмерными изображениями планет нашей Солнечной системы, данными о всех 88 созвездиях с роскошными иллюстрациями из атласа польского астронома XVI века Яна Гевелия «Уранография». С помощью приложения изучила полный каталог 110 экзотических астрономических объектов французского астронома XVII века Шарля Месье, включающих в себя различные галактики, туманности и звёздные скопления. Также в базе Star Chart пыталась изучить видимые звёзды Северного и Южного полушарий, которых насчитывают более 120 тысяч единиц. Хотелось отметить, что среди необычных функций Star Chart заслуживает упоминания возможность вернуться во времени на 10 000 лет назад и увидеть, как звёздное небо выглядело в ту далёкую эпоху. Чтобы получить доступ к функции сдвига во времени, нужно нажать на текущее время, год или дату в правом верхнем углу приложения: на экране появится ползунок, перемещая который можно быстро вернуться к нужной дате. Вернуться к настоящему времени можно, нажав на слово «Now» в левом углу экрана. Аналогичным способом можно путешествовать и в будущее. Если необходимо в приложении найти какое-то конкретное событие, то лучше воспользоваться календарём затмений, фаз Луны и других важных дат. В исследовании мы рассматривали планеты земной группы и планеты-гиганты. Рассмотрим самую маленькую и большую планеты, а также самую близкую и дальнюю к солнцу планету. При этом меркурий является как самой близкой, так и самой маленькой планетой. Центральным объектом Солнечной системы является Солнце. Солнечной её назвали потому, что Солнце – это центральная звезда системы и вокруг нее вращаются все космические объекты. Меркурий – самая внутренняя планета Солнечной системы. Меркурий имеет самые быстрые и самые эксцентричные орбиты любой планеты. Меркурий меньше даже, чем некоторые спутники планет-гигантов. Расположен он очень близко к Солнцу, медленное вращение и минимальная атмосфера. Планеты-гиганты Нептун – является восьмой и далёкой планетой от Солнца в нашей Солнечной системе. Следы метана способствуют синему цвету Нептуна и в отличие от Урана, Нептун имеет активную и видимую картину погоды. Планета названа в честь римского бога моря. Юпитер является пятой планетой от Солнца и самой большой планетой в Солнечной системе. Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Планета была известна астрономами древности и в среднем составляет третий самый блестящий объект в ночном небе после Венеры и Луны. Сатурн, на мой взгляд, самая красивая планета. Является шестой планетой от Солнца и вторая по величине в Солнечной системе после Юпитера. Из-за его размера и состава его кольцевая система является единственным видимым через телескоп. Сатурн назван в честь римского бога Сатурна. Сатурн имеет радиус в 9 раз больше, чем у Земли. Объём Сатурна составляет 60 % от объёма Юпитера, масса Юпитера – это примерно 95 масс Земли. Но меньше трети массы Юпитера. Таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы. Таким образом, с помощью современных мобильных приложений обучающиеся могут изучать объекты не только Солнечной системы и находящиеся за её пределами. Так, мы изучили планеты земной группы и планеты-гиганты. Заключение В результате проведенного исследования были изучены планеты земной группы и планеты – гиганты, а также даны их характеристики. Сделан вывод, что планеты земной группы обладают небольшими размерами и массой, большей средней плотностью, медленным осевым вращением, малым количеством спутников до 2-х или вообще их отсутствием; твердой поверхностью. Планеты – гиганты обладают большими размерами и соответственно диаметром, чем планеты земной группы, большей массой; большим орбитальным радиусом, а также большим периодом обращения земных лет, который гораздо выше, чем у планет земной группы. Используя специальное мобильное приложение, можно исследовать космос не имея телескопа, не ходя в обсерваторию, а имея под рукой смартфон. Для исследования было выбрано приложение Star Char, которое применяет технологию дополненной реальности и демонстрирует трёхмерную симуляцию звёздного неба в привязке к тому месту, откуда вы ведёте наблюдение и куда направляете объектив смартфона или планшета. То есть, в отличие от большинства других подобных приложений, дневной свет и окружающие предметы не мешают вам увидеть созвездия, скрытые от невооружённого глаза. Мы изучаем планеты. Но, с помощью этого приложения можно изучать и другие космические тела (звезды, кометы, астероиды и т.д.), а также можно изучать созвездия. Список литературы Джайлс Спэрроу. Космос: Большое путешествие по Вселенной. – Бомбора. – 2021.– С.224 Энциклопедия для детей. Том 8. Астрономия – Аванта+, 2013. – 688 с. Я познаю мир. Космос/ Гонтарук Т. И. – М.: АСТ, Хранитель, 2009.-415 с. Язев С.А., Сурдин В.Г. Астрономия. Солнечная система. – Юрайт, 2019. – 336 с. Википедия – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 08.01.2022) |