Co nazywamy Układem Słonecznym?, Schematy z Fizyka

Pobierz Co nazywamy Układem Słonecznym? i więcej Schematy w PDF z Fizyka tylko na Docsity! Co nazywamy Układem Słonecznym? Wprowadzenie Przeczytaj Animacja 3D Sprawdź się Dla nauczyciela Czy to nie ciekawe? Mieszkamy na planecie Ziemi, każdego dnia budzą nas promienie Słońca, w bezchmurne noce możemy podziwiać różne oblicza Księżyca. Gdy ktoś mówi Układ Słoneczny, to co zapewne od razu przychodzi Ci na myśl to Słońce i planety krążące wokół niego – ale czy tylko? Gdzie zaczyna, a gdzie kończy się Układ Słoneczny? Co tak naprawdę się na niego składa poza znanymi planetami? Czy Układ Słoneczny nie ma już żadnych tajemnic? Od zawsze człowiek patrzył w niebo, ale teraz, dzięki technologii XXI wieku, widzimy znacznie więcej niż nasi przodkowie mogli dostrzec gołym okiem. Twoje cele dowiesz się, jak zbudowany jest Układ Słoneczny, poznasz podstawowe składniki i elementy Układu Słonecznego oraz sposoby ich odkrywania, zrozumiesz, jak określa się granice każdego układu planetarnego, poznasz i ocenisz trudności w badaniu, poznawaniu, analizowaniu dalekich części Układu Słonecznego. Co nazywamy Układem Słonecznym? Za linią ostatniej planety (ponad 30 AU), czyli Neptuna, znajduje się pas Kuipera. Podobnie jak pas planetoid rozciąga się wokół Słońca zamykając strefę planet skalistych, tak pas Kuipera zamyka strefę planet gazowych, lecz jest znacznie od pasa planetoid większy. Obiekty pasa Kuipera mają bardzo ekscentryczne orbity, w kształcie wyraźnie spłaszczonych elips. W jednym z ognisk takiej elipsy leży Słońce (Rys. 3.). Punkt orbity najbliższy Słońcu nazywa się peryhelium, a najdalszy aphelium. Obiekty pasa Kuipera są złożone w dużym stopniu z lodu wodnego oraz zamrożonego metanu i amoniaku. Pod względem kształtów i rozmiarów są bardzo podobne do ciał niebieskich w pasie planetoid. Najbardziej znanymi obiektami pasa Kuipera są planety karłowate: Pluton – największa znana planeta karłowata, Makemake, Haumea i Eris. Planeta / planeta karłowata Średni promień orbity [AU] Odległość peryhelium [AU] Odległość aphelium [AU] Masa wyrażona w masach Ziemi / kg Promień wyrażony w promieniach Ziemi / km Merkury 0,39 0,31 0,47 0,055 0,383 Wenus 0,72 0,72 0,73 0,815 0,949 Ziemia 1,00 0,98 1,02 1,000 1,000 Mars 1,52 1,38 1,67 0,107 0,533 Ceres 2,77 2,56 2,98 9,5 ⋅ 10²⁰ kg 476 km Jowisz 5,20 5,03 5,37 317,8 11,209 Saturn 9,54 9,19 9,96 95,162 9,449 Uran 19,19 18,64 19,75 14,54 4,007 Neptun 30,07 29,89 30,22 17,147 3,883 Pluton 39,48 29,66 49,31 1,3 ⋅ 10²² kg 1188 km Haumea 43,30 35,11 51,58 ∼ 4 ⋅ 10²¹ kg ∼ 797 km Makemake 45,79 38,57 52,78 ∼ 2,9 ⋅ 10²¹ kg ∼ 715 km Eris 77,78 37,91 97,65 ∼ 1,66 ⋅ 10²² kg ∼ 1163 km Tab. 1. Rozmiary planet i planet karłowatych oraz wymiary ich orbit Pas Kuipera, wraz z rosnącą odległością od Słońca, staje się coraz rzadszy i bardziej rozproszony. Coraz więcej obiektów ma orbity odległe od płaszczyzny ekliptyki. Stopniowo przechodzi w dysk rozproszony sięgający 100 AU - 150 AU od Słońca. Umowna granica pomiędzy tymi rejonami to około 55 AU. Ciała krążące w tym obszarze, w przeciwieństwie do planet, mają ekscentryczne orbity, to znaczy że ich kształtu nie możemy już przybliżać okręgiem. Kąt nachylenia do płaszczyzny ekliptyki (inklinacja) może być bardzo duży. Ostatnim elementem Układu Słonecznego jest Obłok Oorta – hipotetyczny obłok pyłów, lodu i komet, zamykający cały Układ Słoneczny w sferze. Składa się głównie z drobin lodu i zestalonych gazów, takich jak amoniak czy metan. Zewnętrzne granice obłoku Oorta są granicą Układu Słonecznego. Na granicy Układu Słonecznego pole grawitacyjne Słońca jest tak słabe, że nie jest w stanie oddziaływać na drobne ciała niebieskie. Przyjmuje się, że może się ono kończyć w odległości nawet 100 tysięcy jednostek astronomicznych od Słońca. Najbliższa Słońcu gwiazda, czyli Proxima Centauri, znajduje się w odległości 276363,17 AU (4,37 lat świetnych), czyli nasz układ planetarny kończy się w 1/3 odległości do najbliższej gwiazdy. Rys. 1a. Rysunek przedstawia strukturę Obłoku Oorta. Białe kropki odzwierciedlają rozkład drobnych ciał niebieskich, znajdujących się teoretycznie w obłoku. Na powiększeniu pokazano zbliżenie kształtu części Układu Słonecznego zawierającego najcięższe ciała, czyli planety i wewnętrzny pas Kuipera. [Źródło: NASA] Rys 1b. Struktura Obłoku Oorta z zaznaczoną logarytmiczną skalą odległości. Jasnoszary kolor odpowiada regionom zawierającym ciała niebieskie oraz pyły. Ref: almukantar.net [źródło: Andrew Z. Colvin ] Nie ma konkretnych, obserwacyjnych dowodów istnienia obłoku, ale wiele obiektów, np. kometa Hale’a‐Boppa, dowodzi istnienia takiej struktury na granicach Układu Słonecznego. Na podstawie wieloletnich obserwacji różnymi teleskopami oraz sondami kosmicznymi NASA stworzyło model Obłoku Oorta, przedstawiony na Rys. 1a. Misje kosmiczne Voyager 1 i 2, wystrzelone w 1977 roku, cały czas dostarczają nowych danych. W 2012 roku minęły heliopauzę, czyli granicę wokół gwiazdy, gdzie ciśnienie wiatrów słonecznych staje się mniejsze niż ciśnienie materii międzygwiazdowej (123 AU, patrz Rys. 2a.). W Pasie Kuipera znajduje się sonda New Horizons (wystrzelona w przestrzeń kosmiczną w 2006 roku), która dokonała pomiarów Plutona i jego księżyców, a następnie będzie badać ciała niebieskie znajdujące się w otoczeniu tej planety karłowatej. Wszystkie ciała niebieskie krążące w Układzie Słonecznym są jego integralnymi elementami, a materiał, z którego są zbudowane, jest materiałem z pierwotnej mgławicy. Powstało z niej także Słońce. Zgodnie z hipotezą powstania Układu Słonecznego, na jego końcu powinny znajdować się pył, lód i drobne ciała niebieskie. Obiekty te powinny być pozostałością pierwotnej mgławicy, z której powstał Układ Słoneczny. Obłok Oorta powinien składać się właśnie z takich obiektów. Obserwacje tej struktury oraz badania jej składu mogą być potwierdzeniem hipotez o powstawaniu i budowie układów planetarnych. Żadne z ciał niebieskich, poza gwiazdami, nie świeci własnym światłem, więc misje kosmiczne są nieodzownym elementem badania tych obiektów. Układ Słoneczny kształtował się przez miliardy lat i nadal jest dynamiczny. Przelatująca blisko Jowisza kometa, pod wpływem siły grawitacji, może spaść w jego atmosferę. Planetoidy, często przelatujące blisko Ziemi lub Księżyca, również pod wpływem rok świetlny = 1 ly (ang.: light year) - odległość, jaką przebywa światło w próżni w ciągu roku. gwiazda centralna (macierzysta) (ang.: central star) - gwiazda znajdująca się w środku układu planetarnego. planetoida = asteroida (ang.: asteroid, minor planet) - małe ciało niebieskie o rozmiarach od kilku metrów do kilku tysięcy kilometrów, posiadające stałą powierzchnię, okrążające gwiazdę (z j. greckiego: asteroeidés – gwiaździsty; planeta + eídos – postać). planeta (ang.: planet) - okrąża gwiazdę, a na swej orbicie nie ma innych ciał; posiada masę mniejszą niż masa wymagana do przeprowadzenia fuzji jądrowej deuteru (czyli ok. 13 mas Jowisza); spełnia wymagania minimalnej masy tzn. kryterium równowagi hydrostatycznej – jest w stanie utrzymywać kształt kulisty (z j. greckiego: planétés – wędrowiec). planeta karłowata (ang.: dwarf planet) - ciało niebieskie, które nie może być planetą, ponieważ na orbicie towarzyszą mu inne ciała. pierwotna mgławica (ang.: primordial nebula) - chmura pyłów, krążąca w przestrzeni kosmicznej, z której powstaje układ planetarny. heliosfera (ang.: heliosphere) - obszar wokół Słońca, w którym ciśnienie wiatrów słonecznych jest większe od ciśnienia materii międzygwiazdowej (galaktycznej). Obszar ten jest znacznie mniejszy niż obszar działania sił grawitacyjnych Układu Słonecznego (z j. greckiego: hélios – słońce, sphaíra - kula). ekliptyka (ang.: ecliptic) - koło wielkie na sferze niebieskiej, po którym pozornie porusza się Słońce obserwowane z Ziemi.  Płaszczyzna ekliptyki jest to płaszczyzna wokół Słońca, w której w przybliżeniu znajdują się orbity wszystkich ciał wewnętrznego Układu Słonecznego (z j. greckiego: ékleipsis - opuszczenie, zaćmienie). równowaga hydrostatyczna = równowaga dynamiczna (ang.: hydrostatic equilibrium) - równowaga pomiędzy siłą grawitacyjną danego ciała, a siłami ciśnień, które działają przeciwnie do grawitacji. Gdyby grawitacja była większa, to ciało zapadałoby się, gdyby siły ciśnień przewyższały grawitację, to ciało rozszerzałoby się lub doszłoby do eksplozji. Międzynarodowa Unia Astronomiczna (skrót IAU) (ang.: International Astronomical Union) - międzynarodowa organizacja zrzeszająca tysiące astronomów, którzy są przedstawicielami swojego kraju. Unia posiada wyłączne prawo do nadawania nazw nowo odkrytym ciałom niebieskim. Kongresy generalne, na których podejmowane są najważniejsze decyzje odnośnie nazw i definicji, odbywają się raz na trzy lata. Animacja 3D Co nazywamy Układem Słonecznym? Animacja ukazuje Układ Słoneczny widziany od najdalszych regionów, czyli hipotetycznej struktury zwanej Obłokiem Oorta. W kolejnych zbliżeniach ukazują się najbardziej znane i zbadane ciała niebieskie, takie jak: planety karłowate, planetoidy, planety. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Opis alternatywny animacji 3D. Na czarnym ekranie pojawia się biały sześcian złożony z mniejszych białych sześcianów. Po chwili zamienia się on w biały kwadrat znajdujący się w centralnej części ekranu. Po prawej stronie od białego, małego kwadratu pojawia się napis Co nazywamy układem słonecznym? Po chwili na czarnym ekranie pojawia się rysunek naszej galaktyki w postaci jasnego centrum i spiralnych niebieskich obłoków materii ściąganych do jej środka. Obraz zbliża się i po chwili na ekranie pojawia się półprzezroczysta szara sfera symbolizująca Obłok Oorta. Obraz nada powiększa się i na ekranie pojawia się Słońce w postaci żółtej kuli wokół której widoczne są w postaci współśrodkowych elips orbity planet Układu Słonecznego. Po chwili na czarnym tle ekranu pojawia się z lewej strony wirująca ognista kula Przedstawiająca Słońce. Po prawej stronie pojawia się informacja o jednostce astronomicznej będącej średnią odległością Ziemi od Słońca podczas ruchu no orbicie eliptycznej. Po prawej stronie od Słońca widoczna jest Ziemia w postaci niebieskiej kuli z brązowymi zarysami kontynentów. Po chwili na ekranie pojawia się znów półprzezroczysta sfera Obłoku Oorta, jako obszar zamykający Układ Słoneczny. Przypuszcza się, że zewnętrzne krawędzie obłoku mogą być oddalone od Słońca nawet o sto tysięcy jednostek astronomicznych. Po chwili wewnątrz obłoku pojawia się czarne pole. Powstały w ten sposób szary pierścień przedstawia dysk rozproszony. Jest to obszar otaczający wewnętrzny Układ Słoneczny. Ciała w tym obszarze poruszają się op orbitach, których nie można przybliżać okręgiem. Szerokość dysku rozproszonego to około stu jednostek astronomicznych. Dysk rozproszony w wewnętrznej części graniczy z Pasem Kuipera. Pas Kuipera rozciąga się od trzydziestu do pięćdziesięciu jednostek astronomicznych od Słońca. Ekran znów zaczyna się powiększać i znów na ciemnym tle widać szary, gruby pierścień. Pas Kuipera składa się z obiektów złożonych z płynnego lodu i zamrożonego metanu i amoniaku. W Pasie Kuipera najbardziej znane są cztery planety karłowate. Po chwili obok szarego pierścienia w lewym i dolnym rogu pojawia się rysunek szarej kuli symbolizującej planetę karłowatą Eris. Bliżej środka ekrany pojawia się czerwona planeta Makemake a następnie zmierzając do prawego górnego rogu ekranu szara planeta Haumea i brązowa Pluton. Po chwili na ekranie po prawej stronie pojawia się szara, wirująca kula symbolizująca planetę karłowatą Eris. Jej średnia odległość od Słońca to sześćdziesiąt siedem i pół jednostki astronomicznej. Sprawdź się Pokaż ćwiczenia: 輸醙難 Ćwiczenie 1 Jaki obiekt znajduje się w centrum Układu Słonecznego: Ziemia Obłok Oorta Gorący Jowisz Słońce Ćwiczenie 2 Uzupełnij zdanie wybierając poprawną odpowiedź: Układ Słoneczny składa się z 8/9 planet, które dzielimy na dwie grupy. Planety leżące bliżej Słońca to planety skaliste/gazowe, a planety zewnętrzne, leżące za pasem planetoid, to planety skaliste/gazowe.     輸 輸 Ćwiczenie 3 Uporządkuj obiekty Układu Słonecznego od najdalszego do najbliższego Słońcu: Haumea Eris Ziemia Ceres Neptun Jowisz Saturn Wenus Mars Uran Merkury Makemake Pluton              醙 Ćwiczenie 4 Tabela przedstawia odległości od Słońca planet i regionów Układu Słonecznego (wewnętrznej, najbardziej znanej części) w jednostkach astronomicznych (AU). Uzupełnij brakujące nazwy obiektów i odległości. Słońce, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Pas Kuipera, 0, 0,4, 0,8, 2,2-3,6, 9,5, 32-50, 50- 150 Słońce 0 0,4 0,8 Ziemia Mars 2,2-3,6 Jowisz Saturn 9,5 Uran Pas Kuipera 32-50 50-150 醙 Dla nauczyciela Imię i nazwisko autora: Monika Sitek Przedmiot: Fizyka Temat zajęć: Jak duży jest Układ Słoneczny i z czego się składa? Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony Podstawa programowa: Cele kształcenia - wymagania ogólne IV. Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy materiałów źródłowych, w tym tekstów popularnonaukowych. Zakres podstawowy Treści nauczania - wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach; III. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń: 4) opisuje budowę Układu Słonecznego i jego miejsce w Galaktyce; posługuje się pojęciami jednostki astronomicznej i roku świetlnego. Zakres rozszerzony Treści nauczania - wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach; IV. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń: 9) opisuje budowę Układu Słonecznego i jego miejsce w Galaktyce. Kształtowane kompetencje kluczowe: Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.: kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji, kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii, kompetencje cyfrowe, kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się. Cele operacyjne: Uczeń: 1. potrafi opisać, jak zbudowany jest Układ Słoneczny. 2. wymienia w kolejności główne rejony oraz ciała niebieskie w Układzie Słonecznym. 3. określa, gdzie znajdują się granice układów planetarnych. 4. umiejętnie argumentuje i analizuje problemy związane z obserwacjami i z analizą parametrów fizycznych ciał niebieskich w Układzie Słonecznym. 5. ocenia trudności w badaniu, poznawaniu, analizowaniu dalekich części Układu Słonecznego. Strategie nauczania: Strategia Kształcenia Wyprzedzającego / flipped classroom Metody nauczania: Pogadanka z użyciem animacji, dyskusja Formy zajęć: praca w grupach Środki dydaktyczne: rzutnik, papier i miarka Materiały pomocnicze: e‐materiał „W jaki sposób powstał Układ Słoneczny”, 265. PRZEBIEG LEKCJI Faza wprowadzająca: Wprowadzenie według treści zawartych w bloku I tego e‐materiału. Odwołanie się do wiedzy potocznej uczniów na temat Układu Słonecznego, ostatnich doniesień w mediach jeśli takie miały miejsce. Zadanie pytań i poprowadzenie dyskusji na temat tego co uczniowie danej klasy rozumieją przez Układ Słoneczny, czy potrafią określić jego wielkość i kształt. Pytania pomocnicze: 1. Gdzie zaczyna, a gdzie kończy się Układ Słoneczny? 2. Jakie są składniki Układu Słonecznego poza planetami? 3. Czy Układ Słoneczny w każdym miejscu składa się z tego samego materiału? Nauczyciel spisuje na tablicy cele lekcji ustalone na podstawie dyskusji (bazując na celach w e‐materiale) Faza realizacyjna: Nauczyciel wyświetla animację. Uczniowie, bazując na tym co widzą, powinni dyskutować ze sobą na temat obrazu. Nauczyciel kieruje dyskusją. Po wyświetleniu animacji należy przejść do zadań w grupach. Uczniowie mają za zadanie stworzyć model Układu Słonecznego. Uczniowie, podzieleni na małe grupy, wykonują oś odległości zaczynając od Słońca (na paskach papieru lub na tablicy), a następnie nanoszą na oś kolejne ciała niebieskie Układu Słonecznego przyjmując odpowiednią skalę na rysunku, np. 1 AU = 1 cm (lub inną, odpowiednio wybraną przez siebie.) Dobór skali powinni przedyskutować w grupach. Nauczyciel powinien nakierować uczniów pytaniami pomocniczymi, na przykład: - W jakiej skali musielibyśmy stworzyć Układ Słoneczny, aby zmieścić go w sali lekcyjnej? - Czy przyjęcie, że 1 AU = 1 m będzie odpowiednie do zbudowania wewnętrznej części Układu Słonecznego na szkolnym boisku? Pozwala to zarówno utrwalić budowę Układu Słonecznego (metoda powtarzania w różnych sytuacjach), jak również sprawdzić przyswojoną wiedzę podczas lekcji jeżeli praca odbywa się w grupach. Faza podsumowująca: Nauczyciel zadaje pytania końcowe: 1. Czego jeszcze nie wiemy o Układzie Słonecznym? 2. Czy waszym zdaniem w najbliższym czasie zbadamy cały Układ Słoneczny? 3. Jakie są główne przeszkody w badaniu Układu Słonecznego? Uczniowie formułują najważniejsze, ich zdaniem, tezy dotyczące budowy układów planetarnych w oparciu o wiedzę, jaką zdobyli o Układzie Słonecznym. Praca domowa: Zadania z części „Sprawdź się”. Wybór liczby wykonanych zadań zależy od ucznia. Na poziomie podstawowym zadania 1‐6.