умкд по астрономии. УМКД ОУД.08 Астрономия 2.26.02.03 (набор 2017). Учебнометодический комплекс дисциплины Физика Индекс (Файл) mcd 3 26. 02. 03 Оуд. 082017 г

• Название: Учебнометодический комплекс дисциплины Физика Индекс (Файл) mcd 3 26. 02. 03 Оуд. 082017 г
• Анкор: умкд по астрономии
• Дата: 26.01.2020
• Размер: 4.37 Mb.
• Имя файла: УМКД ОУД.08 Астрономия 2.26.02.03 (набор 2017).doc
• Тип: Учебно-методический комплекс; #105805
• страница: 29 из 50

Солнечная система - система космических объектов, состоящая из звезды класса G2 Солнце и вращающихся вокруг нее под действием сил тяготения планетных тел: 9 больших планет - Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона; 62 известных спутников планет (планетоидов и астероидов); 10⁵-10⁶ малых планет - астероидов; 10¹³-10¹⁴комет и бесчисленного множества метеорных тел, космической пыли и газа. Пространство Солнечной системы размерами свыше 3× 10¹⁶ м является носителем гравитационных и магнитных полей и пронизано электромагнитным излучением и потоками элементарных частиц. Возраст Солнечной системы 4,5-5 миллиардов лет.

Солнце сосредоточивает в себе 99,866% массы Солнечной системы, на долю больших планет приходится 0,134% массы, спутников планет - 0,00004%, астероидов - 0,0000001%, комет - 0,0003% и метеорных частиц 0,000000000001%. Геометрический центр Солнечной системы практически совпадает с центром Солнца.

Большие планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в направлении его осевого вращения по почти круговым орбитам, слабо наклоненным друг к другу и лежащим вблизи плоскости солнечного экватора. Большинство планет вращается вокруг своей оси в том же направлении. Спутники планет в основном вращаются вокруг планет в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планет, но некоторые, самые далекие спутники планет обладают обратным движением. Большинство орбит астероидов лежит между орбитами Марса и Юпитера. Открыты сотни силикатно-ледяных и ледяных планетоидов, кентавров и кометных ядер пояса Койпера, орбиты которых лежат за орбитой Плутона на расстоянии около 50-70 а. е. от Солнца. Общее число метеороидов размерами свыше 1 км на расстоянии до 100 а.е. от Солнца достигает 1 миллиона. В гигантском облаке кометных ядер, окружающем Солнечную систему, выделяют 2 слоя: сферическое облако Хиллса из 10¹³-10¹⁴ ледяных метеороидов на расстоянии до 20000 а.е. и квазисферическое облако Оорта из 10¹¹-10¹² объектов на расстоянии до 10⁵ а. е. от Солнца. Под действием возмущений от проходящих вблизи звезд кометные ядра в облаке меняют свои орбиты и часть их устремляется внутрь Солнечной системы; орбиты известных комет обладают большим эксцентриситетом и наклоном к эклиптике.

За границу Солнечной системы принимают расстояние от Солнца до гелиопаузы - точки, в которой давление солнечного ветра уравновешивается давлением межзвездной среды.

Рис. 4. Строение Солнечной системы

Средние расстояния планет от Солнца подчиняются эмпирическому закону, сформулированному в конце XVIII века астрономами И. Тициусом и И. Боде: r = 0.3*2ⁿ + 0.4 (а. е.), где r - расстояние от планеты до Солнца. Для Меркурия n = -¥ ; для Венеры n = 0; для Земли n = 1; для Марса n = 2; для Юпитера n = 4 и т. д.

В настоящее время ближайшей к Солнечной системе звездой является Проксима Центавра, красный карлик (11,05^m), компонент тройной звездной системы a Центавра, расположенная на расстоянии 270 000 а.е. (4,2 световых года). В течении ближайшего миллиона лет около Солнечной системы на расстоянии до 0,5 св. года (30 000 а.е.) пройдет 8 звезд; наибольшее сближение испытает красный карлик Глизе 710 (М_*  0,3М¤ ) из созвездия Змееносца.

Изученный материал закрепляется в ходе общей беседы по вопросам, не до конца понятым или особо интересным школьникам и при составлении обобщающих и классификационных таблиц и схем:

1. 
   Составьте общую классификационную схему "Планетные тела" (рис. 5):
   

   Рис. 5

2. 
   Составьте таблицу 2, обобщающую сведения о планетных телах:
   

Типы космических тел	Классы космических тел	Группы космических тел	Энергетика	Системы, образуемые данными группами и классами космических тел

На данном уроке ученики лишь начинают работу над составлением таблицы 2. Она продолжается на протяжение всех уроков по данной теме и окончательно завершается на последнем занятии. Обычным шрифтом в таблице выписаны базовые данные, курсивом – расширенные и углубленные (для учащихся физико-математических классов и особо одаренных учеников).

Табл. 2. Планетные тела

Типы космических тел	Классы космических тел	Группы космических тел:	Энергетика	Системы, образуемые данными группами и классами космических тел:
Планетные тела - космические тела массой от 10-17 кг до 1027 кг. Планетные тела: пространственно-обособленные, гравитационно-связанные, непрозрачные для излучения массы вещества в интервале от 10-17 кг до 1027 кг	Метеороиды- имеющие произвольную форму, однородные по строению объекты массами до 1022 кг	Метеорные частицы - мельчайшие частицы твердого космического вещества массами свыше10-17 кг и размерами свыше 10-7 м, входившие в состав протозвездной туманности или образовавшиеся при слипании этих частиц в процессе формирования протопланетного диска, при дроблении и распаде астероидов и комет и выбросах частиц коренных пород планетных тел при их столкновениях с астероидами и кометами и извержениях вулканов. Кометы: объекты массами от 1011 кг до 1017 кг, размерами 102 - 105 м, сформировавшиеся во внешних областях холодной зоны протопланетного облака, отличающиеся большим эксцентриситетом орбит (0< е< 1) и химическим составом ядер, содержащим до 90 % массы кометы и состоящим в основном из льда и замерзших газов (СО, СО2 и т.д.), с примесью нелетучих веществ. Астероиды (малые планеты): массами до 7× 1022 кг, размерами до 105 м, образовавшиеся при дроблении и распаде планетезималей на границе горячей и холодной зон протопланетного облака и состоящие в основном из силикатных пород и соединений металлов	Механическая энергия движущегося тела (кинетическая энергия движущихся тел, потенциальная энергия тел в поле тяготения). Химическая энергия, выделяющаяся в ядре при прохождении перигелия. Механическая энергия движущегося тела	Пылевые спутники планет: находящиеся в точках Лагранжа скопления метеорных частиц. Метеорные потоки - тороидальные скопления метеорных частиц, с плотностью10-29 - 10-24 кг/м3 и временем существования до 105 лет, возникающие при распаде ядер комет и движущиеся вдоль их орбит. Пылевая составляющая межпланетной среды со средней плотностью 10-25 кг/м3, состоящая на 98% из метеорных частиц, входивших ранее в состав комет, 1 - 2% вещества астероидов и менее 1% частиц вещества протопланетного облака. Семейства комет выделяются на основе близости афелия кометной орбиты к орбите планеты; выделяют семейство Юпитера (4,1< а< 8,5 а.е., Т » 3,5-15 лет) семейство Сатурна (10,99< а< 17,93 а.е.) семейство Урана (а » 20 а.е.); семейство Нептуна (30<а< 38 а.е.) Пояс Койпера - источник короткопериодических комет, тороидальное скопление кометных ядер общим числом до 2 × 105 объектов на расстоянии 35 - 50 а.е. от Солнца. Облако Оорта - сферическое скопление кометных ядер общей численностью до 1012объектов, сформировавшееся окружающее Солнечную систему на расстоянии 0,5 - 15×105 а.е. от Солнца с периодом обращения 106- 107 лет. Семейства астероидов - группы астероидов, выделяемые на основе сходства элементов орбит, обусловленном общностью происхождения. Пояс астероидов - тороидальное скопление 98 % астероидов общей численностью до 105 - 107 тел массой до 3,5 × 1020 кг, на расстоянии 2,2 < а < 3,6 а.е. от Солнца, между орбитами Марса и Юпитера. Мелкие спутники планет
Планетные тела	Планетоиды - объекты массами от 1022 кг до 1023кг, имеющие сферическую форму, но сравнительно однородное или слабодиффренцированное внутреннее строение	Силикатно-ледяные планетоиды со средней плотностью вещества 103 - 3 ×105 кг/м3 и состоящие на 20 % - 90 % из льда и замерзших газов СО2 ,NН4 и т.д. с примесью нелетучих веществ, окружающих ядро из силикатных пород. Силикатные (луноподобные) со средней плотностью вещества 3× 105 - 3,5 ×105 кг/м3, состоящие в основном из твердых силикатных пород	Распад радиоактивных элементов в недрах объекта; гравитационная энергия системы "спутник - планета", механическая энергия движения	Крупнейшие объекты пояса Койпера (в Солнечной системе - Плутон, Хирон и др.). Спутники планет, вращающиеся вокруг более массивных объектов (общего центра тяжести) под действием сил тяготения: силикатно-ледяные(Европа, Ганимед, Каллисто, Титан, Тритон и др.). - силикатные (Луна, Ио и др.). Крупнейшие малые планеты (Церера, Веста, Юнона, Паллада)
Коричневые карлики - объекты с массой около1028 кг, занимающие промежуточное положение между планетными телами и звездами			Энергия гравитационного сжатия; время выхода на главную последовательность свыше 15 млрд. лет	Планетные системы. Двойные звездные системы

Тема 4.2. Планета Земля

Сферичность формы массивных планетных тел объясняется высокими температурами и давлениями в их недрах.

Внутри однородного шара на одинаковых расстояниях от его центра давление и температура одинаковы. В недрах даже однородных по составу и плотности космических тел произвольной формы давление и температура будут существенно различаться на одинаковых расстояниях от центра масс, поскольку на лежащие в глубине слои вещества давит столб вышележащих пород различной высоты, а следовательно, и массы. При давлении свыше 2,2× 10⁸ Па и температуре свыше 1500 К (условия на границе литосферы и верхней мантии Земли на глубине 100 км) деформируется и разрушается кристаллическая решетка большинства известных минералов и начинается плавление горных пород, которые становятся вязко-текучими, как смола; при более высоких температурах и давлениях вещество полностью переходит в жидкое состояние (или обретает свойства жидкости). Предел прочности горных пород определяется соотношением: s _п = r × g× h, где s _п– предел прочности пород, основных для состава планетного тела; r - их плотность; g - местное значение ускорения свободного падения; h - высота столба горных пород. Согласно законам физики, в центральном гравитационном поле при отсутствии действия внешних сил жидкие тела приобретают сферическую форму с минимальной площадью поверхности. Доля жидкого состояния вещества недр космических тел возрастает с их массой, изменяя из форму от произвольной (кометы, астероиды) к округлой (планетоиды, небольшие спутники планет) и к идеально сферической (планеты и звезды), достижению которой у вращающихся объектов мешает действие центробежных сил.

Рис. 8 Внутреннее строение планет земной группы

Планеты обладают сложным дифференцированным строением: выделяют несколько концентрических сферических оболочек, находящихся в состоянии гидростатического равновесия и различающихся по химическому составу, плотности и другим физико-химическим характеристикам. В строении планет земной группы выделяют (рис. 8):

1. Жидкое или полужидкое ядро плотностью 10000-13000 кг/м³, состоящее из соединений железа, никеля, серы и других тяжелых элементов. У наиболее массивных планет выделяют твердое внутреннее ядро (r ³ 13 г/см³ при T > 6000 K) и окружающее его жидкое внешнее ядро.

2. Мантию, состоящую из окислов кремния, магния и железа (магнезиальных силикатных пород типа оливина), находящуюся в вязком полурасплавленном состоянии. Плотность вещества мантии 3500-10000 кг/м³, температура свыше 500 К. У массивных планет в зависимости от особенностей физико-химических характеристик выделяют нижнюю, среднюю и верхнюю мантию (астеносферу).