IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Рукой подать до Луны
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
1. Выбор темы исследования
Луна всегда приковывала внимание людей. Несмотря на свою относительную близость к нам и кажущуюся простоту, она продолжает скрывать в себе немало тайн. Меня заинтересовала история возникновения Луны и её особенности. Это и определило тему моего исследования, которое я решила назвать «Рукой подать до Луны».
Мои исследования являются актуальными и востребованными, так как когда-нибудь люди смогут совершать длительные космические перелёты, и изучение Луны один из этапов на пути к этому.
Проблема: постоянно наблюдая за луной, оказалось, что я ничего о ней не знаю. Мне очень захотелось о ней узнать.
2. Цель исследования- сбор и обобщение информации о Луне, обозначение вопросов на которых ещё нет ответов.
3. Задачи исследования:
- изучить научную информацию о спутнике Земли;
- выяснить на какие вопросы в изучении Луны учёные не могут ответить;
- выявить имена людей, которые побывали на Луне;
- найти интересные факты о Луне;
- провести необходимые эксперименты;
- создать макет видимой части луны;
- сделать выводы по результатам работы.
4.Объект исследования, предмет исследования
Объект исследования – Интернет, словари, научная литература.
Предмет исследования –Луна - как небесное тело и естественный спутник планеты Земля. Её особенности и тайны.
5. Гипотеза исследования
Могу предположить, что изучая научный материал о Луне, я смогу открыть её тайны и этим заинтересовать моих одноклассников.
6. Методы исследования
Анализ научной литературы;анкетирование;эксперименты;создание продукта исследовательской деятельности.
7. Практическая значимость
Материалы и результаты работы могут быть использованы на уроках в школе, например, на уроках окружающего мира, а также расширят наш кругозор.
8. Срок выполнения
Установила для себя выполнить работу за 2 месяца (январь – февраль)
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
1.1 Мы до сих пор не знаем, как появилась Луна
Наука до сих пор не может ответить на вопрос о том, как появился спутник Земли. Существуют три версии, у каждой из которых есть и доказательства, и опровержения. Одна версия основная, была выдвинута после получения образцов лунного грунта. Её прозвали теорией гигантского столкновения. В основе лежит предположение, что больше 4 миллиардов лет назад в космос были выброшены вещество Земли и столкнувшегося с ней небесного тела. Эти частицы притянулись друг к другу и образовали Луну. Другая теория предполагает, что Земля и её естественный спутник образовались благодаря газопылевому облаку в одно время. Сторонники третьей теории предполагают, что Луна возникла далеко от Земли, но была захвачена нашей планетой.
1.2 Первые исследователи Луны
Люди наблюдали за звёздами и ночным небом на протяжении всей истории своего существования. Продвинуться в изучении Луны помог телескоп, который изготовил в 1609 году Галилео Галилей (Приложение 1) В его трубу конечно нельзя было чётко рассмотреть Луну, но ему удалось подметить и объяснить многие особенности лунных образований. Он скоро различил на Луне возвышения, впадины и даже высокие горы. Галилей сначала думал, что Луна во всех отношениях подобна Земле: тёмные пятна на её диске он считал морями, и это название сохранилось и до нашего времени. Галилей открыл знания о том, что Луна — огромное небесное тело, имеет шарообразную форму и что фазы её меняются в зависимости от того, с какой стороны её освещает Солнце. Традицию, называть лунные кратеры в честь знаменитых учёных, а моря именами известных поэтов, заложили астрономы Джованни Риччиоли и Франческо Гримальди в середине XVII века. Именно тогда появились кратеры Тихо, Гиппарха, Коперника и Архимеда, море Дождей и море Спокойствия. (Приложение 2)
1.3 Космическая эра принесла новые знания о Луне
С начала космической эры количество наших знаний о Луне значительно увеличилось. Теперь мы знаем, что строение Луны напоминает структуру Земли. Она состоит из ядра, мантии и коры. По диаметру Луна меньше Земли в 4 раза, а по массе в 81 раз. Луна гораздо холоднее Земли, и даже температура жидкого ядра из расплавленных каменных пород составляет всего 1500 градусов. Поверхностный слой лунного грунта состоит из реголита, серого пористого вещества толщиной 6 метров. Это вещество по виду и свойствам похоже на знакомую нам пемзу. Сутки на Луне длятся 29 земных суток. Луна самое близкое к Земле небесное тело, хотя среднее расстояние от Земли до Луны около 400 тысяч километров. Они связаны между собой силами взаимного притяжения. Благодаря большой силе притяжения наша планета удерживает на своей орбите спутник. Луна же своим притяжением периодически поднимает в земных океанах воду. Таким образом, с помощью Луны в Мировом океане Земли происходят приливы и отливы.
1.4 Краткая история пребывания первых людей на Луне
Кто же те люди, которым удалось побывать на спутнике Земли? Mиccия Aпoллoн-11 cтapтoвaлa 16 июля 1969 гoдa. 20 июля 1969 гoдa Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми людьми, ступившими на лунную поверхность. Астронавты собирали образцы, установили американский флаг и повернули сейсмограф для эксперимента с отражающим устройством, которое должно было чётко определить дистанцию между ними и Землей.
Чepeз 4 мecяцa в тoм жe гoду cпутник пpинял у ceбя Чapльзa Koнpaдa и Aлaнa Бинa. Oни дoбpaлиcь на Аполлоне-12 зa 10 днeй. Экипaж пpивёз пepвую цвeтную кaмepу, нo eё дaнныe нe удaлocь пepeдaть нa Зeмлю, пoтoму чтo Бин cлучaйнo нaпpaвил ee нa Coлнцe.
Tpeтья миccия Aпoллoн-1З была неудачной и мoдулю пpишлocь вepнутьcя дoмoй. Пoэтoму мecтo зaнял пoлeт Aпoллoнa-14 c Aлaнoм Шeпapдoм и Эдгapoм Mитчeллoм. B 1971 гoду oни oпуcтилиcь нa тoчку, зaплaниpoвaнную для пpeдыдущeгo экипaжa. Астронавты cпoльзoвaли cпeциaльную пoдвижную тeлeжку для cбopa пopoды.
Ha этoт paз пoвeзлo Дэвиду Cкoтту и Джeймcу Иpвину. B 1971 гoду прилетев на Aпoллoне-15 oни пepвый paз для иccлeдoвaния иcпoльзoвaли пepeдвижнoй poвep. Пoэтoму oни нe пpыгaли кaк кeнгуpу, a пpoexaлиcь нaмнoгo дaльшe и пpивeзли 77 кг кaмнeй. Taкжe иcпoльзoвaли нaучный пpибopный мoдуль для иccлeдoвaния пoвepxнocти.
21 aпpeля 1972 гoдa с миccией Aпoллoн-16 нa пoвepxнocти Луны oкaзaлиcь Джoн Янг и Чapльз Дюк. Пpoвeли З дня, из кoтopыx пoтpaтили 20 чacoв и 14 минут нa лунную пpoгулку. Пpивeзли 95.8 кг oбpaзцoв. Им удaлocь coвepшить пocaдку в выcoкoгopьe, чтoбы дoбыть бoлee cтapыe пpимepы пopoды.
Пocлeдними cпутник пoceтили Eвгeний Чepнaн и Xappиcoн Шмит в 1972 гoду. Пpoвeли З дня, зa кoтopыe тpижды выxoдили нa пoвepxнocть, coбиpaя oбpaзцы и иcпoльзуя нaучныe пpибopы. Им удaлocь пoбить нecкoлькo peкopдoв: caмый длинный пилoтиpуeмый пoлeт, caмoe дoлгoe пpeбывaниe и нaибoльшaя дoбычa oбpaзцoв.
Bceгo на Луне побывало 12 человек. Пocлe этoгo acтpoнaвтaм удaвaлocь oкaзaтьcя тoлькo нa opбитe cпутникa, нo никтo бoльшe нe xoдил пo eгo пoвepxнocти. Xoтя в пocлeднee вpeмя вcё чaщe нaмeкaют нa вoзвpaт и coздaниe кoлoний.
1.5 Луна удивляет своими загадками
Загадка 1. Орбита луны относительно земли
В космосе тела вращаются вокруг звёзд и планет по эллиптическим орбитам, одновременно кружась вокруг себя. Это мы наблюдаем со всеми планетами Солнечной системы. Луна же вращается вокруг Земли по почти круглой орбите. Мало того она кружит вокруг оси так, что всегда повернута к планете одной стороной.
Загадка 2. Размер спутника
В космосе спутники планет обычно меньше их в десятки и более раз. Луна меньше Земли всего в 6 раз и практически является ее сестричкой, то есть показывает все признаки планеты.
Загадка 3. Моря и горы
На планетах моря, океаны образуются и находятся на поверхности. Испарения уходят в атмосферу и опускаются обратно в виде осадков. На планетах суша и горы распределены по всей поверхности. На Луне всё наоборот. Лунные моря, как будто вышли в виде лавы из раскаленного когда-то жидкого центра и застыли на поверхности. Причём в основном все моря на видимой нам стороне. А горы и кратеры на Луне находятся в основном на тёмной стороне.
Загадка 4. Кратеры
Метеориты, падающие на планеты, оставляют за собой гигантские воронки. Например метеорит, упавший 65 млн лет назад в Мексиканском заливе, оставил воронку диаметром 180 км, а сам был в диаметре всего 10 км. На Луне кратеры от метеоритов имеют ровный, неглубокий вид, их бесчисленное множество. Причём нет даже атмосферы их замедляющей. Будто камешки стукнулись о непреодолимую преграду и исчезли.
Загадка 5. Форма
Спутники планет в основном астероидного типа. Поверхность неровная, с выступами и впадинами. Луна идеально круглая, планетоидного типа, похожа на ядро. Имеет слабую магнитосферу, как у нормальной планеты. Покрыта корой около 30 км толщиной, предположительно из титана.
1.6 Интересные факты о Луне
Факт 1. «Лунное безумие» и сон
С древних времён ходит немало мифов о "лунном безумии", которое якобы вызывает полнолуние. Нынешние учёные доказали, что никакого "лунного безумия" не существует, а если в полнолуние и повышается количество преступлений, то только из-за того, что на улице становится светлее. А вот на сон человека фазы Луны могут влиять, и в полнолуние действительно одних мучает бессонница, а других - кошмары. Это подтверждает исследование, которое провели в Университете Базеля в Швейцарии.
Факт 2. Колумб «украл» Луну у индейцев
Во времена четвёртой экспедиции Христофора Колумба его команда год прожила на Ямайке и получала провизию от туземцев. Со временем индейцы стали приносить всё меньше воды и еды, так что людям грозила голодная смерть. И тогда Колумб воспользовался знанием астрономии и пригрозил туземцам, что его боги разгневаны и заберут у них Луну. 1 марта 1504 года состоялось полное лунное затмение, и индейцы решили, что угроза сбылась. Они пришли с мольбами о прощении и обязались восстановить поставки провизии в полном объеме. Затмение длилось 45 минут, и члены экспедиции сказали туземцам, что Колумб готов простить их и молится об их спасении. С тех пор у экспедиции не было проблем с провизией.
Факт 3. Тень на Луне
Неожиданная проблема, с которой столкнулись астронавты при высадке на Луну. Из-за отсутствия атмосферы тень на Луне абсолютно черная. Астронавты переставали видеть свои ноги, ступая в тень, не могли выполнять многие работы по обслуживанию корабля, потому что в тени не видели, что делают их руки. Естественно, экипажу удалось приспособиться к новым условиям, но кто бы мог подумать, что столько проблем способна создать обычная тень.
Факт 4. «Лунные деревья»
На борту корабля миссии «Аполлон-14» на Луну отправились 500 семян земных деревьев. Идея этого эксперимента принадлежала Эдварду Клиффу. Он хотел узнать, повлияют ли полет и пребывание на Луне на какие-нибудь свойства растений. Из 500 семян получилось около 450 саженцев, которые успешно прижились и выросли. Никаких признаков отличия «лунные деревья» не проявили, так что они стали достопримечательностями и подарками, которые всегда готовы напомнить: это дерево побывало на Луне, а ты — нет.
Факт 5. Луна постоянно отдаляется
Союз Земли и ее спутника кажется неизменным, но на самом деле Луна постоянно отдаляется от нас. Незначительно, конечно, в космических масштабах, всего 4 см в год, но факт остается фактом. Ученые объясняют это отдаление естественной центробежной силой и воздействием приливной силы океанов, которая каждый раз как бы отталкивает Луну.
Факт 6. Лунная пыль
Астронавты миссии «Аполлон-17» столкнулись с неожиданной проблемой. Лунная пыль забивала оборудование, приводя его в неисправность, портила скафандры и вызывала «лунную сенную лихорадку» у членов экипажа. Опасность лунной пыли в том, что она при своих крошечных размерах — в 50 раз меньше диаметра человеческого волоса — обладает очень острыми краями, ведь на Луне нет ни ветров, ни дождей, чтобы сглаживать их. Еще она глубоко проникает в легкие. Из-за низкой гравитации частицы дольше зависают в воздухе, создавая целые облака острых осколков, а на поверхности слой пыли достигает 15 см. Астронавты говорят, что внутри корабля эта пыль пахнет как порох. Сегодня ученые взялись за изучение пыли с целью оценить уровень ее опасности и токсичности.
Факт 7. Могила на Луне
Американский ученый Юджин Шумейкер мечтал стать астронавтом-геологом, но не смог исполнить свою мечту из-за проблем со здоровьем. И тогда он посвятил свою жизнь наземной науке, помогал готовить астронавтов миссий «Аполлон». Он внес огромный вклад в исследование Луны и других небесных тел, основал новое направление науки — астрогеологию.
Шумейкер погиб в автокатастрофе, и тогда его близкие решили исполнить заветную мечту ученого. Капсулу с его прахом отправили на борту Lunar Prospector на поверхность Луны. Так он стал первым человеком, захороненным на Луне. Супруга ученого сопроводила капсулу цитатой из Шекспира: «Когда же он умрет, возьми его и раздроби на маленькие звезды: тогда он лик небес так озарит, что мир влюбиться должен будет в ночь и перестанет поклоняться солнцу».
Факт 8. Кровавая Луна
Кроваво-красный цвет Луны на небосклоне наводил ужас на древних людей и послужил причиной возникновения множества мистических предрассудков и жутких мифов. На самом деле Луна приобретает кроваво-красный цвет во время полного затмения в фазу полнолуния.
В ночь с 20 на 21 января 2019 года можно было увидеть кровавую «волчью» Луну. Спутник попал в тень Земли, но земная атмосфера всё равно преломила часть лучей, идущих от Солнца, и длинные волны красной части спектра окрасили Луну в кровавый цвет. Если говорить о том, будет ли кровавая Луна в 2020 году, то, по мнению ученых, на подобное зрелище рассчитывать не стоит. Они предполагают, что подобное событие может произойти только 26 мая 2021 года.
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ
2.1 Анкетирование
Своё исследование я начала с письменного опроса учеников моего класса. Я предложила ребятам ответить на вопросы: «Нравится ли вам смотреть на Луну?», «Знаете ли вы, как возникла Луна?», «Можете назвать имена людей, побывавших на Луне?», «Что вы знаете интересное о Луне?», «Хотелось ли вам побывать на Луне?» В опросе участвовало 28 человек. Результаты я оформила в виде диаграммы.
На первый вопрос все ребята ответили положительно. Всем им нравится смотреть на Луну. Про возникновение Луны знают 6 учащихся. Четырём из них читали родители, а двое прочитали самостоятельно. Имена людей, побывавших на Луне, знают двое учащихся. Один смог вспомнить имя первого человека ступившего на Луну, второй написал, что знал, но забыл. Будем верить людям. Этих ребят я объединила в один столбик. Двое ребят указали на то, что читали легенду о бедной девушке, которую пожалела Луна и забрала к себе. А вот на последний вопрос «Хотелось ли вам побывать на Луне?» ответили положительно 26 человек из 28. Двое учащихся признались, что никогда не думали об этом.
Вывод: ребята мало знают, что о Луне. Я ещё раз убедилась в том, что моя исследовательская работа актуально, я смогу поделиться приобретёнными знаниями на уроке окружающего мира или на классном часе, посвящённому космосу.
2.2 Наблюдение за фазами Луны
|
Растущая Луна |
Фаза растущей Луны наблюдалась с 1 января по 9 января 2020 года. В период растущей фазы Солнце освещает только часть Луны - серп, повернутый как кружок буквы Р «растущий». С каждым днём он увеличивается, постепенно превращаясь в полукруг. |
|
Полнолуние |
Фаза полной Луны наблюдалась 10 января 2020 года. В момент полнолуния Земля расположена между Солнцем и Луной. Луна повёрнута к нам лицом и полностью освещена Солнцем. Мы видим полный круг. |
|
Убывающая Луна |
Фаза убывающей Луны наблюдалась с 11 января по 24 января 2020 года. В период фазы спадающей Луны светящийся круг постепенно превращается в серп, только теперь он повёрнут, как буква С «старый». |
|
Новолуние |
Фаза новолуния наблюдалась 25 января 2020 года. В момент новолуния Луна оказывается между Землей и Солнцем, Солнце освещает ту сторону Луны, которая нам не видна. |
|
26 января 2020 года Луна вновь начала расти. |
2.3 Проведение опытов
2.3.1 Опыт №1. Происхождение Луны
Существует множество гипотез возникновения Луны. Но большинство учёных придерживаются версии, что Луна образовалась от столкновения планеты Земля и планеты Тая, орбиты которых сошлись по касательной.
Возникновение Луны можно увидеть на примере опыта, используя воду и растительное масло. Я налила в стакан воду и добавила растительное масло. После чего размешала ложкой масло и вынула её. В результате чего было видно, что пузырьки масла похожие на осколки Земли, соединились в одно целое. Так предположительно образовалась Луна. (Приложение 3)
2.3.2 Опыт №2. Образование кратеров
Углубления в поверхности Луны называются кратерами. Сегодня кратеры на Луне уже не образовываются. Но много лет назад, по мнению учёных это происходило так, сначала к поверхности Луны приближался метеорит, затем он врезался на большой скорости в поверхность, и при этом образовывалось много пыли. Когда пыль оседала, становилось видно, что из-за столкновения метеорита с Луной образовалась вмятина, а в её центре возвышенность. В то время на Луне ещё были вулканы и извержения, лава заполнила кратеры и они стали менее глубокими.
Возникновение кратеров на Луне можно увидеть на примере опыта, используя ёмкость с сыпучим веществом и небольшой шарик. Я взяла для опыта сахар. Бросила шарик в чашку с сахаром с некоторой высоты. Тихонько убрала шарик и увидела углубление, которое осталось после падения шарика, похожее на кратер. (Приложение 4)
2.3.3 Опыт №3. Почему Луна не падает на Землю и не улетает в космос?
Для его проведения понадобились ведёрко, шпагат, вода.
1. Привязала пустое ведёрко на нить и начала вращать вокруг руки. Нить порвалась при большой скорости, ведёрко улетело.
2. Ведёрко привязала на шпагат и опять вращала, увеличивая скорость. Шпагат не обрывался, сильнее натягивался, ведёрко вращалось сначала ниже кулака, а затем в плоскости кулака по окружности.
3. В ведёрко налила воды и продолжала вращать вокруг своей руки. При малой скорости вода выливалась из ведра, при большой скорости – нет.
(Приложение 5)
Вывод: сила, которая не даёт Луне «убежать» при вращении – это сила притяжения Земли. Сила, которая не даёт Луне упасть на Землю – это центробежная сила, которая возникает при вращении Луны вокруг Земли.
Обращаясь вокруг Земли, Луна движется по орбите со скоростью 1км/сек, то есть достаточно медленно, чтобы не покинуть свою орбиту и «улететь» в космос, но и достаточно быстро, чтобы не упасть на Землю.
2.3.4 Опыт №4. Затмение
Древние китайцы были уверены, что затмение – это результат того, что Дракон проглотил Солнце. Теперь мы сами может устроить небольшое домашнее затмение. Чем мы хуже китайского Дракона.
Для этого эксперимента мне понадобились: маленький мячик, шарик и фонарик.
1. Мячик расположила на расстояние 60 см от фонарика, а между ними (посередине) положила шарик.
2. Погасила в комнате свет.
3. Включила фонарик и направила луч света на мячик, одновременно передвигая шарик вокруг него.
4. Представила, что мячик – это Земля, шарик – это Луна. Естественно фонарик – это Солнце.
5. Внимательно следила, что происходит, когда шарик (Луна) проходил между фонариком и мячом, и когда он двигался позади мяча (Земли). (Приложение 6)
Я увидела модель настоящего затмения.
ГЛАВА III. ПРАКТИЧЕСКАЯ
Изучив информацию о Луне и проведя несколько экспериментов, мне захотелось изготовить модель видимой части Луны, которая поможет рассмотреть и изучить её поверхность при изучении темы на уроке окружающего мира.
Мне понадобились: солёное тесто, металлическое блюдо.
Описание работы:
Из соли, муки и воды изготовила тесто, растянула его на металлическое блюдо, сделала кратеры, дала высохнуть и придала им цвет.
Мой папа сказал, что неплохо было бы, посадить на мою Луну ещё и Луноход и предложил свою помощь. Вместе с ним мы придумали свой вариант Лунохода. В его изготовлении использовали разный бросовый материал. В конце работы покрасили серебристой краской.
Модель видимой части Луны и Лунохода готова! (Приложение 7)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе своей исследовательской работы я достигла поставленной цели. Изучила интересующую меня литературу о спутнике Земли. Смогла найти необъяснимые факты, на которые в будущем учёные, возможно, смогут ответить. Собрала интересные сведения о Луне. Провела наблюдение за фазами Луны. Также провела несколько экспериментов и изготовила макет Луны и Лунохода. Изучение информации о луне расширило мои знания в области астрономии. Своим трудом хочу поделиться с одноклассниками на классном часе в Международный день космоса, который будет 21 мая.
Я планирую не останавливаться на изученном материале, а продолжать свои исследования дальше.
Литература
1. Галимов Э. Происхождение Луны // Земля и Вселенная. — 2005. — № 6.
2. Гончарова Е.Д. Почемучка. –М.Педагогика, 1987.
3. Дроняев, Б.М., Шалаева Г.П. - Энциклопедия: Всё обо всем. – М.,Слово, 2001.
4. Толковый словарь русского языка» С.И. Ожегова - М., 2010
Материалы с интернета
5. http://www.apn.ru/publications/article18354.htm
6. https://ru.wikipedia.org/wiki
7. krasivye-stihi-poetov.ru›stihi/stihi-o-lune.htm
8. https://2020-god.com/kogda-budet-krovavaya-luna-v-2020-godu/
9. http://www.vesti.ru/doc.html?id=1038894
10. http://www.popmech.ru/article/4098-lunnyie-sokrovischa
11. http://vzglyadzagran.ru/news/sverxderzhavy-rodyatsya-na-lune-gelij-3.html
12. http://ria.ru/science/20120725/709192459.html
Приложение 1
Приложение 2. Карта Луны Джованни Риччиоли
Приложение 3
Опыт № 1. Происхождение Луны
Приложение 4
Опыт № 2. Образование кратеров
Приложение 5
Опыт № 3. Не падает и не улетает
Приложение 6
Опыт № 4. Затмение
Приложение 7
Мой Луноход
20