Предрассветное. Синее. Раннее.
И летающих звезд благодать.
Загадать бы такое желание,
да не знаю чего пожелать.
С. Есенин
 

Урок 17

презентация

Тема: Кометы.         фотогалерея Кометы

Цель: Познакомить с кометами - вид, строение, открытие комет, их орбиты. Комета Галлея. Природа комет. Метеорные тела и потоки.

Задачи:
1. Обучающая: Продолжить формирование понятий: комета (ее ядро, голова и хвост), метеоры, облако Оорта. Ввести понятия: короткопериодические и долгопериодические кометы, радиант, метеорное тело, болид, метеорные потоки, метеорный дождь.  Заинтересовать учащихся наблюдением метеорных потоков (например, Персеид, Леонид).
2. Воспитывающая: необыкновенные небесные явления, к числу которых издавна относили «падающие звезды» и «хвостатые звезды», получили естественное научное объяснение, и их исследование имеет важное значение для разработки проблем происхождения Солнечной системы. Показать несостоятельность суеверий, связанных с метеорами, метеоритами, кометами, а также всякого рода пророчеств о якобы возможной гибели Земли вследствие столкновения с кометой (астероидом). Содействовать эстетическому воспитанию учащихся, демонстрируя им изображение метеорного дождя, яркой кометы и т. д.. На примере исследований кометы Галлея в 1986г показать необходимость и плодотворность международного сотрудничества ученых, акцентировав внимание учащихся на исключительно важной роли советского космического эксперимента «Вега» и международного «Джотто». Указать на связь между астероидами и метеоритами, кометами и метеорными потоками.
3. Развивающая: Выделить главное в изучаемом материале: основные сведения, касающиеся природы метеорных тел, метеоритов, астероидов и комет. Создать эмоциональную ситуацию, рассказывая о комете Галлея и о первых в истории науки исследованиях кометы с помощью средств ракетно-космической техники. Для развития познавательных интересов и способностей учащихся затронуть вопрос о гипотезах, связывающих с кометами зарождение жизни на Земле. Для развития наиболее подготовленных – учащихся предусмотреть подготовку ими реферата, доклада о кометах.

Знать: 

1-й уровень (стандарт) – иметь представление о кометах, их строении, метеорных потоках и причинах возникновения.

2-й уровень - иметь представление о кометах, их строении, метеорных потоках и причинах возникновения.

Уметь:

1-й уровень (стандарт) – вести простой расчет орбиты кометы.

2-й уровень – вести простой расчет орбиты комет, находить с помощью "Red Shift 5.1" кометы и получать о них информацию для любого времени.

Оборудование: Таблица “Солнечная система”, кометы и метеоры. Д/ф «Малые тела Солнечной системы», фотографии, диапозитивы. CD- "Red Shift 5.1": экскурсии=Кометы и астероиды; лекции = Кометы и астероиды; видеогалерея = Солнечная Система- комета Хейла-Боппа.  Фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии».

Межпредметные связи: природоведение (первоначальные сведения о малых телах Солнечной системы), физика (спектральный анализ, флуоресценция), обществоведение (необходимость разоблачения религиозных суеверий), история (связь дат с описанными наблюдениями комет).

Ход урока

1. Повторение изученного (10 мин)

2. Новый материал(15 мин)
Комета - хвостатая (волосатая, косматая – кометес) звезда. При подходе к Солнцу принимает эффектный вид. Издревле вызывала ужас, молебен, суеверие:

1) Аристотель писал, что кометы вызывают сильные бури, что было признано среди образованных людей в течении почти 2 тыс. лет.

2) 44 год до н.э убийство Ю. Цезаря - во всех уголках Римской Империи в течении недели была видна комета, и люди думали, что это дух убитого императора соединяется с богами на небесах.

3) 1066 год - вторжение норманнов в Южную Англию, что совпало с появлением в небе кометы Галлея.

4) 1456 год - падение Константинополя - появление кометы Галлея в небе.

5) 1811 год - появляется комета 1812 года, предвестница войны. Ее голова по объёму в шесть- восемь раз превосходила Солнце.

     В 1577г наблюдалась такая яркая комета, что она была видна сквозь облака. Наблюдая ее Тихо Браге делает вывод, что комета путешествует далеко за орбитой Луны, тем самым опровергая Аристотеля о подлунной орбите комет.

    Первым "кометоискателем" был служащий Парижской обсерватории Шарль Мессье (1730-1817) создавший и  опубликовавший в 1781г  первый каталог, содержащий сведения о 103 туманнастях и звездных скоплениях, чтобы не путать их при поиске с кометами. Так в каталоге М31 - туманность (спиральная галактика) Андромеды. За 39 лет наблюдений он открыл 20 комет, из них 14 новых.

    Однако превзошел его сторож  Парижской обсерватории (затем ее директор) Жан Понс открывший за 26 лет 33 новых кометы (рекорд не побит).

     К концу 20-го столетия ежегодно открывали несколько комет в среднем более 10-15 комет (так в 1984г - 38 комет), большинство появляющихся комет - ранее открытые, периодически возвращающиеся к Солнцу. Приходят они в основном из пояса Койпера (1950г, астроном Джерард Петер КОЙПЕР (1905-1973, США), а также огромного резервуара комет - пояса Оорта (указал в 1951г, астрофизик Ян Хендрик ООРТ (1900-1992, Нидерланды) . Но редко в каком году можно увидеть комету невооруженным глазом (всего за памятную историю наблюдалось примерно 2000 комет) и некоторые видны были даже днем. В среднем раз в 10-15 лет можно видеть комету в ночном небе. Появление неожиданно, она вспыхивает и видна в течение нескольких дней или месяцев.

    В настоящее время известны орбиты 525 комет. Из них для 274 комет, за неимением достаточно хороших наблюдений, вычислены приближённые параболические орбиты, для 52 комет орбиты являются гиперболическими, а для 199 - эллиптическими. Из комет, имеющих эллиптические орбиты, 114 имеют период обращения свыше 200 лет, т. е. являются долгопериодическими. Так как движение комет по гиперболам обычно происходит вследствие возмущений со стороны больших планет, в особенности Юпитера и Сатурна, и первичные орбиты таких комет являются также весьма вытянутыми эллипсами, то следует считать, что 440 комет (около 84% всего числа) имеют весьма вытянутые долгопериодические орбиты.

История открытия и комета Галлея.
      Исаак Ньютон впервые математически доказал, что планеты движутся по орбитам вокруг Солнца и управляются силой солнечного тяготения. В небе они видны только тогда, когда оказываются вблизи Солнца.
      Эдмунд Галлей (1656-1742, Англия) - друг И. Ньютона по его совету и используя методы Ньютона провел вычисления и обнаружил, что комета 1682г - которую наблюдал , имела ту же орбиту , что и комета 1607г. Проводя дальнейшие исследования, он доказал, что и кометы, видимые в 1531 г и раньше с периодом в 76 лет - это одна и та же комета. И предсказал ее следующее появление в 1758 г - правда не дожил, но комета появилась и получила имя Галлея. Фактически эту комету видели в 239 году до НЭ, хотя китайские астрономы утверждают, что видели ее еще в 1059 году до НЭ.
     Когда обнаруживается новая комета или вновь появляется потерянная ранее периодическая комета, она получает обозначение, состоящее из цифр года, сопровождаемых прописной буквой. Буква указывает на первую/вторую половину месяца открытия в текущем году, например A = 1-15 января, B = 16-31 января, ... Y= 16-31 декабря. Для короткопериодических комет добавляется префикс P/ , а для долгопериодических - префикс C/. Для периодических комет, которые исчезли или разрушились, используется префикс D/. Новые кометы называются по имени их первооткрывателей (если имеется несколько независимых сообщений об открытии, то разрешается присвоение не более трех имен).
     Последние 31-е появление было в 1985-1986г и исследовалось пятью КА. Т≈75,5 лет, е=0,967, а=17,94 а.е). При этом появлении перигелий прошла 9 февраля 1986г. С 4 по 11 марта, при нахождении в 150 млн. км. от земли, исследована КА: "Вега-1","Вега-2" (СССР), "Джотто" (ЕКА), "Суиссей", "Сукигаке" - Япония. Следующий приход кометы намечается на 2061 год . При появлении кометы в 1910г она была впервые сфотографирована. Наклон орбиты кометы к плоскости эклиптики составляет 162°, а это значит, что комета движется вокруг Солнца в направлении, обратном тому, в котором вокруг Солнца обращаются планеты. Необходимо подчеркнуть, что исследуя ядра комет, ученые получают представление о веществе, из которого более 4,5 млрд лет назад сформировались планеты.
Комета Галлея в истории России.
Упоминание о появлении кометы Галлея в некоторой степени способствовали выяснению вопроса о календарном стиле наших летописцев, позволили уточнить ряд исторических событий. Вот некоторые примеры, взятые из древних летописей.
 1)  Согласно Ипатьевской летописи, "В лето 6653" во время съезда князей в Киеве, где решался вопрос о походе на Польшу на помощь Владиславу против его братьев Болеславу и Мешка, 'явися звезда превелика на западе, испущающи луча'. Это была комета Галлея, которую до середины мая 1145 года можно было наблюдать на востоке, а с 14 мая - в западной части неба после захода Солнца. Запись позволила установить стиль летописи - он оказался мартовским [начало года в Марте, год начинается позже года по сентябрьскому стилю, пришедшего с крещением из Византии] - и дала возможность уточнить время съезда князей.
 2) В Лаврентьевской летописи читаем: 'В лето 6810 ... того же лета, во  осенине, явися звезда на западе, лучи имущи яко и хвост к горе к полуденью лиць'. На самом деле комета Галлея наблюдалась осенью 1301 года (6809 мартовского). Таким образом, запись дана в ультрамартовском стиле [начало года в Марте, год начинается раньше года по сентябрьскому стилю, таким образом отличие в двух стилях ровно один год].
 3) Об очередном появлении кометы Галлея узнаем в Густинской летописи: эта комета 'В лето 6730' (1222 г. н. э.) знаменовала 'новую пагубу христианом, яже по двою лету сотворися нашествием новых враг, си есть безбожных татар, их же в стране нашей не знаху'."

Строение кометы Галлея.
Ядро – 14х7,5х7,5км. Центральная часть любой кометы, начинает небольшой астероид. Состоит из смеси льда, пыли, мелких камней, в т. ч и металлов (Фред Уиппл (1906-2004) в 1949г выдвинул правильную идею о том, что ядра комет представляют собой что-то вроде “грязных снежков”). При подходе к Солнцу нагревается и начинает испаряться. Так t =100⁰С, ядро вращается с периодом 53^ч, скорость кометы в перигелии 54,5 км/с.
Голова - (кома) светящаяся газовая оболочка. Приближаясь к Солнцу увеличивает размер до нескольких 100 тыс. км, т.е образуется испаряющимся из ее ядра газом (метан, аммиак, СО₂, N₂, циан и др.), а также пылинок каменных и металлических, Н₂О. Свечение - отражение солнечного света.
Хвост- под действием солнечного давления газ и пыль отбрасываются в противоположную Солнцу сторону, образуя хвост, который иногда достигает длины до 200 млн. км. На хвост действует и солнечный ветер - поток заряженных частиц. Хвост очень разряжен и бывает двух типов:
ионный (хвост типа I) - называемый также газовым хвостом или плазменным хвостом, состоит из ионизированных атомов и молекул, которые излучают свет в результате резонансной флюоресценции. В ходе этого процесса происходит поглощение энергии солнечного света и повторное излучение. Ионный хвост лежит в плоскости орбиты кометы. Он почти прямой, но отклоняется на несколько градусов от радиальной линии, идущей от Солнца. Под действием солнечного ветра и магнитного поля ионный хвост "уносится" далеко от кометы.
пылевой (хвост типа II) - состоит из частиц размером около одного микрона, которые светятся отраженным солнечным светом. Пылевые хвосты могут достигать в длину десяти миллионов километров. Под влиянием лучистого давления они изгибаются в сторону, противоположную Солнцу.
Классификация хвостов (по Федору Александровичу Бредихину (1831-1904)):
I тип - прямой хвост от Солнца F_отт >> F_прит.
II тип - слегка изогнут F_отт > в десятки F_прит.
III тип - очень изогнут, короткий F_отт ≈ F_прит
Если F_отт < F_прит.- часть хвоста направлена к Солнцу
С.В. Орлов развил классификацию до 5 типов хвостов.
Орбиты комет.
Предсказуемые (периодические) кометы обходят свою орбиту вокруг Солнца за период от 3 до 200 лет.
     Самый короткий период у кометы Энке, впервые наблюдаемой в Париже в 1786г, затем вновь была открыта в 1795, 1805и 1818г. Орбиту появления 1818г рассчитал И.Ф. Энке и связал ее с предыдущим появлением, предсказал, и она действительно появилась в 1822г.
Орбита кометы рассчитывается по координатам хотя бы трех точек, наблюдаемые в разные моменты времени (метод предложен впервые германским астрономом Г.В. Ольберс).
    При повторном появлении с помощью ЭВМ уточняется орбита. Орбиты комет сильно вытянуты с апогеем за орбиту Юпитера (семейство комет Юпитера), Сатурна (семейство Сатурна), Нептуна (семейство Нептуна, как и комета Галлея), т.е имеют большой эксцентриситет (более 0,7) плоскости орбиты наклонены к плоскости эклиптики на большие углы.
     Так для семейства Юпитера кометы имеют наклон до 30⁰, периоды 5-10 лет их известно около00, движутся все в направлении движения планет. Есть кометы, обращающиеся почти по круговым орбитам и расположенные в поясе астероидов. На периферии Солнечной системы находится огромный резервуар комет – пояс Оорта из которого «вырываются» кометы и из пояса Койпера за орбитой Нептуна. Изменение траектории кометы при ее движении может произойти под действием планет гигантов, особенно велико влияние Юпитера.
Движение комет:
- вдали от Солнца, в афелии, комета находится более длительное время, так как скорость движения подходит к минимальной.
- вблизи Солнца, в перигелии, комета находится недолго, скорость по орбите максимальна.
- вдали от Солнца температура ядра кометы ниже, вещество перестает испаряться. Хвост и кома исчезают.
      9 июля 1992г при прохождении 20 км. ядро кометы Шумейкеров - Леви 9 (открыта 24 марта 1993 на обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии астрономы К. и Ю. Шумейкеры совместно с Д.Леви недалеко от Юпитера с уже разрушенным ядром) в 15 000 км от Юпитера, было разорвано на несколько частей и в 1994г при очередном сближении с планетой все врезались в атмосферу Юпитера - 25 осколков размером в несколько километров при скорости 60км/с и на планете возникли гигантские вихри в диаметре до 5000км с выбросом газа на высоту до 1000 км и остались «раны» глубиной 150-200км. Удар был равносилен по мощности взрыву 20 млн.мегатонн тринитротолуола . Следы ударов были заметны в течение нескольких недель.
Время существования комет
    Периодически возвращаясь к Солнцу, комета при каждом приходе теряет часть своего вещества, то есть с каждым приходом «испаряется» и в конечном итоге окончательно перестанет существовать. Время это зависит от исходной массы (размера) и периодичности приближения к Солнцу. Но по траектории движения кометы остаются твердые частицы, потерянные ей – так называемые метеорный тор. Если орбита данного тора пересекается с земной орбитой, то в период появления в этом месте Земли наблюдается интенсивное выпадение метеоров (падающих звезд) – метеорный поток. Они наблюдаются ежегодно в определенное время и из определенной части неба, называемой радиантом. Называются они по имени созвездия, из которого вылетают (Дракониды, Персеиды, Леониды и т.д).
Так например периодическая комета Темпеля-Туттля (55Р) открытая 19 декабря 1865г Э.Темпелем во время визуальных поисков комет с 16-см рефрактором Марсельской обсерватории (Франция) и независимо Г.Туттлем 5 января 1866г в Гарвардской обсерватории (США). Орбита кометы почти пересекается с земной, и она является родоначальницей известного метеорного потока Леонид, который особенно известен своими "звездными дождями" в те годы, когда комета проходит через перигелий (период около 33 лет) и выпадает в час большом количестве метеоров.

1. метеоры – это мелкие камешки и песчинки
2. скорость влета метеора в земную атмосферу колеблется от 11км/с (догоняют Землю) до 75 км/с (движутся навстречу Земле). Скорость можно определить, если при фотографировании метеора использовать камеру, объектив которой периодически перекрывается
3. появление и исчезновение метеора происходит на высоте от 130 км до 80 км. Определить высоту можно по параллактическому смещению при фотографировании метеора из двух пунктов, удаленных друг от друга на расстоянии 20-30 км.

    При попадании в атмосферу крупного тела, наблюдается явление болида - метеор, появление которого сопровождается звуком, напоминающим взрыв. При полете они имеют вид огненного шара и оставляют след, который можно наблюдать 15-20 минут. Наиболее яркие видны даже днем. Если данное тело в атмосфере не успело испариться, то падает на поверхность Земли – это метеорит.
    Земля подвергается постоянной бомбардировке веществом из космоса, - объектами весом от несколько килограммов до микроскопических частиц, весящих меньше миллионной доли грамма. По оценкам специалистов, в течение года Земля захватывает больше 200 000 тонн метеорного вещества и лишь десятая часть этой массы достигает поверхности в форме метеоритов и микрометеоритов, а вся остальная сгорает в атмосфере, порождая метеорные следы.

3. Закрепление материала (13 мин)
1. Задача: Найти большую полуось и максимальное удаление кометы Ольберса (13Р/1956 А1) от Солнца, если в перигелии она подходит к Солнцу на расстояние 1,178 а.е, имеет период обращения 69,6 лет и эксцентриситет 0,93. (по третьему закону Кеплера находим а=16,92а.е, с=е^.а=15,74, а_max=a+c=32,66а.е).
2. Задача: Оцените примерную ширину метеорного потока Леонид, наблюдаемого с 14 ноября по 21 ноября. (учитывая скорость движения Земли, получим  l=v^.t= 29,8^. (8^.24^.3600)=20597760 км).
3. Задача: «Звезда упала – человек умер», говорили в народе, увидев метеор. Можете ли вы опровергнуть это суеверие? (Метеоры, или «падающие звезды», не уменьшают числа звезд на небе (о чем свидетельствует, в частности, сохранение на протяжении тысячелетий характерных фигур известных с древности созвездий). Что же касается звезд, то эти далекие и огромные небесные тела не могут, конечно, «упасть» на Землю).
4. СР№9
5. Тест с картинками "Солнечная система"
6. Индивидуальные карточки по теме "Малые тела Солнечной системы" (Н.Н. Гомулина)

Итог:

1. Состав комет.
2. Что собой представляет комета.
3. Причина возникновения метеорного потока.
4. Что такое радиант.
5. Все ли небесные тела, входящие в состав Солнечной системы, шарообразны? (Нет, не все; астероиды, малые спутники планет, ядра комет и, наконец, метеориты часто имеют неправильную форму - демонстрировать фотографии).
6. Оценки.

Домашнее задание: §17, вопросы стр. 101, стр. 101-102 (п.1-4), повторить тему, КР№3 (если не позволяет время провести отдельный урок)
Если по теме Вы будите проводить дополнительный урок, или же с целью проверки усвоения узловых вопросов Солнечной системы (2 и 3 разделы), вы можете использовать данную проверочную работу.
В связи с окончанием изучения темы можно задать по данной теме создать кроссворд, опросчик, реферат и т.д..

Изменен 09.12.2009 года