XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Тайна желтой планеты

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Романюк М.С. 1

---

1МОУ Лицей №8 "Олимпия"

Самохвалова Е.И. 1

---

1МОУ Лицей №8 "Олимпия"

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Титан – спутник Сатурна, а также один из самых интересных и загадочных миров, который расположен практически с нами по соседству. Наша Солнечная система очень разнообразна и содержит много миров, так сильно отличающиеся друг от друга, что здесь можно встретить самые невероятные явления и условия. Метановые моря и лавовые озера, мощнейшие ураганы и водяные вулканы.

Наши ближайшие соседи гораздо интереснее, чем принято думать. И сейчас мы расскажем об одном из них – Титане, спутнике Сатурна. Это фантастическое и очень интересное место, которое совершенно отличается от других объектов Вселенной.

Узнав, что Титан одно из немногих небесных тел, обладающее плотным слоем атмосферы и на котором доказано существование жидкости, нам стало интересно выяснить, возможно ли возникновение жизни на этом спутнике так же, как когда-то зародилась жизнь на нашей планете.

Целью нашей работы является изучение небесного объекта – Титана, и выяснение возможности существования жизни на данном спутнике.

Задачи проекта:

1. Расширить и углубить знания об объекте Солнечной системы спутнике Сатурна - Титане;

2. Выяснить может ли существовать жизнь вне Земли, провести анализ условий для жизни на Титане;

3. Смоделировать в программе Stellarium наблюдения за спутником

4. Проанализировать полученную информацию и сделать выводы.

Предмет исследования: спутник Сатурна - Титан.

Объект исследования: условия необходимые для жизнедеятельности на Титане.

Методы исследования: изучение литературных и информационных источников, информационная компьютерная сеть, изучение программы Stellarium (виртуальный планетарий), экскурсия в Волгоградский планетарий.

Актуальность исследования заключается в заинтересованности людей в изучении условии жизни на других планетах, так как ресурсы нашей планеты не бесконечны.

Гипотеза проекта: возможна ли жизнь на других объектах Солнечной системы, кроме Земли, и какие условия для зарождения жизни там необходимы?

Для ответа на поставленный вопрос мы изучили доступную на сегодняшний день информацию о Титане, проанализировали его характеристики, рассмотрели какие условия необходимы для существования жизни на Земле и сравнили эти условия с условиями на Титане, посетили лекцию в Волгоградском планетарии «Далекие миры-другая жизнь?» в которой рассказывалось об одном из самых значимых вопросов человечества: одни ли мы во Вселенной?

1. Открытие и первые знания о Титане

Христиан Гюйгенс

2 5 марта 1655 года голландский астроном, математик и физик Христиан Гюйгенс с помощью своего самодельного телескопа обнаружил у Сатурна некое тело, которое за 16 дней делало полный оборот вокруг планеты. Гюйгенс наблюдал за этим странным объектом около трех месяцев и убедился, что это не что иное как спутник Сатурна. Свое имя «Титан» спутник получил, когда в 1847 году английский астроном и физик Джон Гершель предложил назвать все спутники Сатурна именами сестер и братьев древнеримского бога Сатурна. В 1907 году испанский астроном Комас Сола, наблюдал следующее явление: центральная часть диска Сатурна становилась более яркой, чем края. Это явление стало доказательством, того, что Титан обладает атмосферой, а 1944 году ученый Джерард Койпер с помощью спектрометра определил, что его атмосфера состоит из метана.

2. Современные знания о Титане

К сегодняшнему дню о Титане известно достаточно много благодаря исследованиям космического телескопа «Хаббл» - это очень большой телескоп, который был помещен на орбиту вокруг Земли. Он был запущен в 1990 году для более детального изучениякосмоса.

Телескоп «Хаббл»

Огромный прорыв в изучении Титана произошел благодаря запуску автоматической межпланетной станции «Кассини» который нёс на своем борту зонд «Гюйгенс» для его посадки на поверхность Титана. Миссия стартовала в 1997 году и в 2005 году зонд «приземлился» на поверхность Титана, были получены значительные данные о Титане, которые подарили ученым много невероятных открытий. Зонд изучил состав атмосферы, измерил скорость ветров, сфотографировал поверхность и записал звуки, окружавшие его при спуске. А станция «Кассини» продолжала свою работу в течении 13 лет, до 2017 года, за это время она сделала около 400 тысяч фотографий и переслала на Землю свыше 600 гигабайт информации.

АМС «Кассини» с зондом «Гюйгенс»

Мы остановимся на главных открытиях.

1. Размеры Титана. Титан – крупнейший спутник Сатурна и второй по размеру спутник в Солнечной системе после Ганимеда – спутника Юпитера. Он больше Луны и даже Меркурия, который является самостоятельной планетой.

Размеры небесных тел в масштабе

2. Атмосфера Титана. Титан имеет очень плотную атмосферу, чем не может похвастать ни один другой спутник, и даже не каждая планета. Атмосфера Титана состоит из метана и азота и совершенно непрозрачна из-за облаков в верхних слоях и имеет желто-оранжевый цвет.

Атмосфера Титана

3. Поверхность Титана. На поверхности Титана текут реки и есть озера и даже моря. Но состоят они не из воды, а из жидкого метана и этана. И даже дожди и туманы на Титане из метана. То есть происходит круговорот жидкости аналогично водному циклу Земли.

Реконструированная поверхность Титана (на основе снимков зонда Гюйгенс)

4. Температура на Титане. Температура на поверхности – около -180°С.

3. Условия возникновения жизни на Земле.

Целью нашей работы было выяснить возможности существования жизни на Титане, поэтому рассмотрим, а какие же условия привели к тому, что жизнь зародилась на нашей планете. На сегодняшний день одна из основных теорий заключается в утверждении, что возникновению живого вещества на Земле предшествовала очень долгая и сложная эволюция химического состава атмосферы, которая в конце концов привела к образованию ряда органических молекул. Основными элементами из которых образовалось живое вещество, являются водород, кислород, азот и углерод. Также для появления жизни на Земле необходимы были следующие условия:

- колебания температуры на поверхности в пределах от -30°C до +70°C;

- наличие атмосферы и достаточного количества кислорода в ней;

- наличие в структуре планеты тяжелых элементов;

- наличие большого количества воды;

- наличие защитного озонового слоя для задержки наиболее жесткого излучения Солнца.

4. Сравнение условий на Земле и Титане, есть ли жизнь на Титане?

Проведем сравнительный анализ условий, при которых произошло зарождение жизни на Земле и условий, существующих в данный момент на титане.

Итак, мы видим, что условия на Титане отличаются от условий на Земле и причем очень сильно: отсутствует кислород, вода в жидком виде, на поверхности очень низкая температура. Из данного сопоставления можно сделать вывод, что, жизнь в привычной нам форме на Титане зародиться не может.

В то же время на обеих планетах существуют азотистая атмосфера, ярко выраженные времена года и круговорот жидкостей, то есть, испарение и выпадение осадков, так как Титан богат углеводородами, и там постоянно происходят разные химические процессы с их участием, постоянно образуются новые молекулы довольно сложных органических веществ, а значит зарождение простейшей жизни нельзя исключать. Так же жидкость в виде жидких углеводородов на Титане есть, и в ней, вероятно, могут зародиться организмы, для которых она станет основой, как вода для земных и может быть они смогут существовать при низких температурах.

Ну, и, наконец, можно сделать такое предположение, что, когда Солнце станет красным гигантом, а это произойдет через 5 миллиардов лет, Земля погибнет. А вот на Титане станет теплее, и тогда на нем создадутся условия очень похожие на Землю в начале развития на ней жизни. Пройдут миллионы лет, и может быть там смогут развиться не только простейшие, но и сложные формы.

5. Моделирование в программе Stellarium: наблюдение Титана.

Так как выбранный для изучения предмет находится в космосе, нам было затруднительно провести практическую часть исследования. Для решения этой проблемы мы воспользовались компьютерной программой Stellarium. Это программа-планетарий для исследования неба в режиме реального времени. В Stellarium реализованы следующие возможности:

- подключен основной каталог, содержащий более 600 000 звезд, а также дополнительные каталоги с более чем 177 миллионами звезд с информацией;

- подключены каталоги других объектов: туманностей, галактик, созвездий и др.;

- одна из самых важных функций программы – контроль времени, которая позволяет не только останавливать течение времени, но также перематывать его вперед и назад. Это позволяет предсказать положение небесных тел, а также изучать их положение в прошлом;

- широкие возможности моделирования и наблюдения за космическими явлениями, такими как затмения, движение спутников, комет и т.д.

Мы изучили некоторые возможности программы и понаблюдали за интересующим нас объектом – Титаном (Приложение 2):

Нашли Сатурн на небосводе.

Проследили за расположением Титана относительно Сатурна.

Смоделировали полный оборот Титана вокруг Сатурна, и обнаружили, что сутки на Титане длятся примерно 16 земных дней.

Смоделировали один оборот Титана вокруг Солнца – год на Титане длится примерно 30 земных лет.

6. «Что мы знаем о других планетах?»

Для того чтобы выяснить что учащимся 3-го класса известно о жизни на других планетах, мы предложили одноклассникам ответить на несколько вопросов анкеты (Приложение 3). В опросе принимали участие 26 учеников.

Исследование показало следующее:

Наблюдать за звездным небом нравится практически всем одноклассникам - 23 (88%) из 26 (100%).

Из планет ребята знают, в основном, Землю, Марс, Юпитер и Сатурн, некоторые путают понятия звезда и планета, а также спутник и планета, так как указали среди планет Солнце и Луну.

18 учеников (69%) знают, что Луна – спутник Земли, о спутниках других планет ребята не знают.

На вопрос есть ли жизнь на других планетах мнения разделились ровно пополам: 13 (50%) считают, что жизнь возможна и 13 (50%) считают, что невозможна.

20 (77%) человек из 26 (100%) хорошо понимают, что даже если жизнь на других планетах существует, то эти организмы сильно отличаются строением из-за отсутствия кислорода, воды, не такого сильного притяжения как на Земле.

Посетить ребята желали бы разные планеты, но больше всего их привлекает Марс.

Хотели бы больше узнать о космосе 25 (96%) человек из 26 (100%).

В результате анкетирования мы выявили недостаточный уровень знаний у ребят по данной теме, и в тоже время большую заинтересованность в изучении космоса.

Поэтому материалы нашей работы могут быть использованы на уроках по окружающего мира и на внеклассных занятиях в начальной школе.

Заключение

В результате нашего исследования было обнаружено, что Титан очень похож на Землю, а именно: имеет атмосферу из азота и сложных химических элементов, четко выраженные времена года, круговорот жидкости (испарение и осадки), рельеф практически идентичен земному, есть горные хребты, равнины и т.д., реки и моря, дуют ветры, присутствуют в жидком виде метан, этан, пропан и другие углероды. То есть условия на Титане похожи на условия, которые были на Земле на этапе её зарождения, что дает нам возможность предполагать, что на космических телах, где удовлетворяются вышеперечисленные условия – может возникать жизнь.

Существенным минусом нашего предположения является то, что на Титане зафиксированы чрезвычайно низкие температуры, порядка -180°C. Но во-первых можно предположить, что организмы на Титане могут состоять из жидкого метана, аналогично тому как организмы Земли состоят из воды и могут выдерживать столь низкие температуры, а во вторых, Вселенная развивается и через 4-5 млрд. лет, когда Солнце станет красным гигантом, возможно температура на Титане повысится и это обстоятельство даст толчок к развитию новых организмов.

Таким образом мы пришли к выводу, что вероятно на Титане может зародится или уже существует некая жизнь, но скорее всего из-за присутствия жидкости в виде метана и этана, она отлична от той, к которой мы привыкли у себя на Земле. В то же время и вода на Титане также присутствует и, если в далеком будущем на спутнике произойдет повышение температуры возможно и возникновение привычных нам форм жизни.

Мы и дальше планируем следить за исследованиями Титана. В настоящее время учеными изучается возможность отправки на Титан возвращаемой экспедиции для отбора образцов и передачи их на Землю для дальнейшего изучения. Титан очень интересен своими значительными природными ресурсами углеводородов, а также возможностью их добычи и использования в будущем.

Список источников и литературы:

1. Космос. От Солнца до границ неизвестного/ под. ред. С.Бэттерсби; пер.с англ. Н.Липуновой. – Москва: Издательство АСТ, 2020. – 288 с.

2. Мэтью Гейтс, «Руководство пользователя «Stellarium», авторские права © 2006-2009,Разрешение на копирование, распространение и/или модификацию данного документа предоставляются в рамках лицензии
GNU Free Documentation License, версии 1.2 - URL: http://stellarium.sourceforge.net/wiki/index.php

3. Перельман, Я.И. Занимательная астрономия. – Москва: Эксмо, 2019. – 320 с.: ил.

4. Удивительный Титан, спутник Сатурна - URL: https://astro-world.ru/udivitelnyj-titan-sputnik-saturna/

5. Энциклопедия «Хочу все знать» КОСМОС. – изд дом «Проф – Пресс» Ростов – на – Дону 2016 г.

6. https://mif-mira.ru/blog/article_post/titan

7. https://chistenkoeschool.ru/literatura/chto-obedinyaet-sputnik-titan-s-planetoi-zemlya-dalekii-sputnik/

Приложения

Приложение №1. Фотографии, снятые зондом «Гюйгенс» и радарным прибором АМС «Кассини».

Горы Титана, снятые с высоты 10 км.

Камни в месте посадки зонда «Гюйгенс» имели округлую форму.

Крупнейшее углеводородное море Титана — море Кракена площадью 400 000 кв. км.

Приложение №2. Моделирование в программе Stellarium: наблюдение Титана.

С атурн на небосводе.

2. Расположение Титана относительно Сатурна

Моделирование полного оборот Титана вокруг Сатурна.

Моделирование одного оборота вокруг Солнца

Приложение №3.Анкета для одноклассников «Что мы знаем о других планетах?»

1 Нравится ли Вам наблюдать за звездным небом?

2 Какие планеты солнечной системы вы знаете?

3 Спутники каких планет вы знаете?

4 Как вы считаете, возможна ли жизнь на других планетах?

5 Если возможна, чем эта жизнь может отличаться от нашей?

6 На какую планету Вы хотели бы полететь, почему?

7 Хотели бы Вы больше узнать о космосе и Вселенной?