X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Формирование планет

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Звездочкин В.А. 1

---

1МБОУ Средняя общеобразовательная школа 51

Макеева О.Н. 1Травин А.В. 2

---

1МБОУ Средняя общеобразовательная школа 51

2Детско-юношеский центр Галактика

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

1.Введение

1.1. Цель работы:

Изучение процесса формирования планет.

Задачи:

Поиск знаний по научной литературе, научным фильмам;

Анализ полученных знаний и данных;

Практическое изучение процесса образования планет;

Нахождение выводов по данной теме.

1.3. Методы работы:

- Анализ;

- Синтез;

- Индуктивный метод;

- Дедуктивный метод;

- Научное абстрагирование;

- Аналогия или подобие.

1.4.История разработки.

Вопрос происхождения Земли, планет и Солнечной системы в целом волновал людей еще с глубокой древности. Мифы о происхождении Земли прослеживаются у многих древних народов. Китайцы, египтяне, греки имели свое представление о формировании мира.

Ближе всех к научной теории подошли древние греки. По их теории, рождение Земли произошло из первородного Хаоса, наполненного смесью из воды, земли, огня и воздуха. Гремучая смесь элементов хаотично вращалась, заполняя все вокруг. Но в какой-то момент из недр Хаоса родилась Земля – богиня Гея, и ее вечный спутник, Небо, – бог Уран. Совместными усилиями они наполнили безжизненные просторы разнообразием жизни (Рис Ⅰ).

Похожий миф сформировался и в Китае. Хаос Хунь-тунь, наполненный пятью элементами – деревом, металлом, землей, огнем и водой – кружил в форме яйца по безграничной Вселенной, пока в нем не зародился бог Пань-Гу. Пробудившись, он обнаружил вокруг себя лишь безжизненную тьму. И это его сильно опечалило. Собравшись с силами, божество Пань-Гу разломило скорлупу яйца-хаоса, высвободив два начала: Инь и Ян. Тяжелый Инь опустился вниз, сформировав землю, светлый и легкий Ян взмыл ввысь, образовав небо (Рис Ⅱ).

Первая теория образования Солнечной системы, предложенная в 1644 г. Декартом, имеет заметное сходство с теорией, признанной в настоящее время. По представлениям Декарта, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли (монистическая теория).

Затем были различные теории формирования планет и Солнечной системы в целом - И. Кант, П.С. Лапсан, В.Г.Фесенков, О.Ю. Шмидт и др.

Еще в 1970-е гг. формирование планет, издавна считавшееся спокойным процессом, в действительности оказалось весьма непредсказуемым. Родившиеся планеты выживают в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе.

1.5. Актуальность.

В далёком будущем самые большие изменения в Солнечной системе будут связаны с изменением состояния Солнца из-за его старения. По мере сжигания Солнцем запасов водородного топлива оно будет становиться всё горячее, и будет расходовать запасы водорода всё быстрее. В результате этого светимость Солнца возрастает на 10 % каждые 1,1 миллиардов лет [9] . Поверхность Земли постепенно разогреется так сильно, что на ней станет невозможным присутствие воды в жидком состоянии. Испарение океанов создаст парниковый эффект , который приведёт к ещё более сильному разогреву Земли. На этом этапе Земли существование жизни станет невозможным [10,11] . Поэтому необходимо изучение космических тел и возможности формирования новых тел, чтобы знать варианты переселения на другую планету.

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть.

Наша Солнечная система находится в Галактике, где около 100 млрд звезд и облака пыли и газа, в основном — остатки звезд предыдущих поколений. Пыль — это всего лишь микроскопические частицы водяного льда, железа и других твердых веществ, находящиеся во внешних, прохладных слоях звезды и выброшенные в космическое пространство. Если облака достаточно холодные и плотные, они начинают сжиматься под действием силы гравитации, образуя скопления звезд. Такой процесс может длиться от 100 тыс. до нескольких миллионов лет.

Каждую звезду окружает протопланетный диск из оставшегося вещества, которого достаточно для образования планет. Протоплане́тный диск или проплид — вращающийся околозвёздный диск плотного газа вокруг молодой, недавно сформированной звезды, из которого впоследствии образуются планеты. Молодые диски в основном содержат водород и гелий.

Сила Гравитации (Сила Всемирного притяжения открытая И.Ньютоном ) (Рис Ⅲ) проявляется как взаимное притяжение. Она действует на любые тела, особенно хорошо ее действие видно в протопланетных дисках.

Всемирное гравитационное взаимодействие проявляется в том, что все тела взаимно притягиваются с силой, которая зависит от масс тел и расстояния между телами. В Солнечной системе самую большую силу гравитации создаёт Солнце, масса которого в 300 000 раз больше массы Земли. Солнце удерживает на орбитах все планеты Солнечной системы, т.е. чем больше масса тем больше сила притяжения. Но чем дальше расстояние тем меньше сила притяжения, это показано на примере траекторий движения планет вокруг Солнца (Рис Ⅳ) .

Астрономы обнаружили много молодых звезд, окруженных протопланетными дисками. Звезды возрастом от 1 до 3 млн лет обладают газовыми дисками, в то время как у тех, что существуют более 10 млн лет, наблюдаются слабые, бедные газом диски, поскольку газ «выдувает» из него либо сама новорожденная звезда, либо соседние яркие звезды. Этот диапазон времени как раз и есть эпоха формирования планет. Результат: новорожденная звезда окружена газом и крошечными (микронного размера) частицами пыли (Рис Ⅴ).

Впервые в истории астрономы получили изображение рождения планеты из протопланетного диска, окружающего свою родную звезду, оранжевого карлика, расположенного приблизительно в 370 световых годах от Земли. О наличии формирующейся планеты возле звезды PDS 70 подозревали уже давно, но подтвердить присутствие мира, получившего название PDS 70b, ученым удалось только сейчас. О результатах наблюдений астрономы поделились на страницах журнала Astronomy & Astrophysics (Рис Ⅵ).

Ранее астрономы уже находили несколько протопланетных дисков и даже отмечали характерные признаки, указывающие на ход протопланет внутри этих дисков. Однако фактически запечатлеть молодую планету, еще только формирующуюся у звезды, ученым до этого момента не удавалось. Основная сложность заключалась в расстоянии, они в таких случаях находились слишком далеко и были слишком тусклыми для того, чтобы их можно было разглядеть в оптические телескопы. Яркость самих звезд просто перекрывала их .

Существенный прогресс в исследовании протопланетного диска звезды PDS 70 был достигнут в 2012 году, когда ученые из Института астрономии общества Макса Планка и Европейской южной обсерватории решили заняться целенаправленным поиском новой планеты вокруг этой звезды.

Молодая планета оказалась горячее любой планеты нашей Солнечной системы. Для сравнения, температура Венеры – самой горячей планеты нашей системы – составляет 737 градусов Кельвина (464 градуса Цельсия). Кроме того, ученые подозревают, что планета покрыта облаками, которые изменяют излучение, идущее от ее ядра.

Ученые очень сомневаются в ее обитаемости, однако отмечают, что важнее является сам факт прямого наблюдения за все еще формирующейся планетой, что дает астрономам огромный багаж новых знаний.

Каждая звезда, в том числе и наше Солнце , не только сама рождает планеты, но и продолжает этот процесс на протяжении всей своей жизни. И сгустки возле светила, замеченные в 2012 году – не что иное как «дети Солнца», новые планеты, которые постепенно отдаляются от Солнца, остывают и становятся самостоятельными (Рис.Ⅶ).

Именно так и осуществляется процесс планетообразования, утверждают сотрудники Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в США, а потому любые системы, в том числе и Солнечная, обновляются и самовосстанавливаются. По мере рождения новых планет, старые, отдаляются от Солнца, в определенный момент на них зарождается жизнь, как на Земле, потом, по мере отдаления и остывания планеты, эта жизнь умирает или переходит в какую-то новую стадию, уступая свое место более новой планете.

Если теория ученых NASA подтвердится, то исследователей космоса ждет множество новых открытий в области планетообразования, да и в других областях постижения законов Вселенной.

Данное открытие – это лишь еще одно подтверждение тому, что человечество учится находить и исследовать все новые формы существования Вселенной.

2.2. Практическая часть.

Для знакомства одноклассников с темой данной работы, были выбраны и разработаны следующие формы :

1. Опрос (три вопроса);

2. Квест “Формирование новых планет” .

Опрос состоял из устного задавания вопросов и подсчета поднятых рук учеников (Рис Ⅷ). Цель: выяснить уровень знаний строения Солнечной системы и процесса формирования планет. Вопросы предьявлялись дважды, до квеста и после, и результаты даны в приложении Таблица Ⅰ и Таблица Ⅱ соответственно.

Вторым этапом было проведение Квеста “Формирование новых планет”. Цель: в игровой форме обучить ребят теории формирования планет из протопланетных дисков. Этапы игры:

1. Все участники делятся на три группы ( первая и вторая - по 5 человек, третья - 20 человек);

2. Первая и вторая группы - это Протопланетные диски, задачи которых поймать как можно больше ребят из третьей группы;

3. Третья группа - это частички пыли в космосе, которые хаотично двигаются;

4. Результат таких дествий - пойманные первой и второй группой частички пыли образуют две новые планеты;

5. Новые планеты должны выбрать и озвучить свои имена (Таблица Ⅲ).

Проведение практических опытов, моделирующих процесс Гравитации и формирования планет из частичек пыли во Вселенной.

Материалы:

1. Обруч и подставка для обруча;

2. Латекс;

3. Канцелярские зажимы;

4. Шарики разных размеров ( 7 больших и 7 маленьких);

5. Изолирующая лента;

6. Груз (2 шт).

Первоначально изготавливалась модель Вселенной: обруч крепился на подставку и обматывался лаксом с фиксацией канцелярскими зажимами (Рис Ⅸ).

1. Опыт: моделирование слабой силы Гравитации движения частичек пыли, при котором движения хаотичны.

Шарики катятся по модели Вселенной, сталкиваясь и пролетая мимо (Рис Ⅹ).

2. Опыт: моделирование силы Гравитации при маленькой массе тела “планеты”.

Шарики катятся по модели Вселенной при размещении в ее центре изолирующей ленты (Рис Ⅺ).

3. Опыт: моделирование силы Гравитации при большой массе тела “планеты”.

Шарики катятся по модели Вселенной при размещении в ее центре груза (Рис Ⅻ).

4. Опыт: моделирование силы Гравитации при двух больших масс тел “планет”.

Шарики катятся по модели Вселенной при размещении в ее центре двух грузов (Рис ⅫⅠ).

Выводы: сила Гравитации напрямую зависит от массы тела ( два груза), таким образом при наличии двух грузов шарики совершали движения по типу “восьмерки” . Заметна также способность к созданию новых “планет” при движении около тел с большей массой, шарики скапливались вокруг.

3. Заключение.

До начала эры открытия внесолнечных планет мы могли изучать только Солнечную систему. Несмотря на то, что это позволило нам понять множество важнейших процессов, у нас не было представления о развитие иных систем. Удивительное разнообразие планет, обнаруженных за последнее десятилетие, значительно раздвинуло горизонт знаний. Мы начинаем понимать, что внесолнечные планеты — это последнее выжившее поколение в ряду новых планет, испытавших формирование, перемещение, разрушение и непрерывную эволюцию. А порядок в нашей Солнечной системе не может быть отражением какого-то общего плана.

От попыток выяснить, как в далеком прошлом формировалась наша Солнечная система, ученые обратились к исследованиям, позволяющим делать прогнозы о свойствах еще не открытых систем, которые могут быть обнаружены в ближайшее время.

Проведенный Квест позволил моим одноклассникам понять процесс формирования новых планет и заинтересовал многих тайнами такого малоизвестного Космоса. Это подтверждают результаты повторного опроса, где уровень знаний и заинтересованность учеников заметно увеличивается.

А проведенные опыты по изучению силы Гравитации и формированию новых планет наглядно показал действие этой силы в зарождение новых планет.

4.Приложение.

Рисунок I

Рис Ⅱ

Рис Ⅲ

Рис Ⅳ

Рис Ⅴ

РисⅥ

РисⅦ

Рис Ⅷ

Таблица I

Таблица II

1 опрос до квеста:

2 опрос после квеста:

Таблица III

Рис Ⅸ

Рис Ⅹ

Рис Ⅺ

Рис Ⅻ

Рис ⅪⅠⅠ

5.Список литературы:

Альвен Х., Аррениус Г. Эволюция Солнечной системы. М.: Мир, 1979.

Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной группы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука, 1990.

«Вселенная и планета Земля» под ред. Феданова Ю., Скиба Т., Ростов-на-Дону, 2016 г

Ликсо В.В. «Вселенная и космос», АСТ, 2017

Самая интересная энциклопедия для маленьких почемучек» под ред. Чередниченко И., Феданова Ю., Скиба Т., Ростов-на-Дону, 2017 г

6.Сурдин В. Г.  ,  Ламзин.С. А., Протозвёзды: Где, как и из чего формируются звёзды, М.: Наука. 1992 г

7.Сурдин В.Г. “Рождение звезд”, М.:УРСС, 2001г

8. Discovery Channel .

9.↑ K. P. Schroder, Robert Connon Smith. Distant future of the Sun and Earth revisited (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press , 2008. — Vol. 386 . — P. 155—163 . — DOI : 10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x .

10. ↑ Knut Jørgen, Røed Ødegaard. Our changing solar system (недоступнаяссылка) . Centre for International Climate and Environmental Research(2004). Датаобращения 27 марта 2008. Архивировано 9 октября 2008 года

11.↑ Jeff Hecht . Science: Fiery future for planet Earth , New Scientist (2 апреля 1994), С. 14. Дата обращения 29 октября 2007.