Ziemia we Wszechświecie - Powtórzenie: Budowa, Powstanie i Miejsce Ziemi w Kosmosie, Egzamin maturalny z Geografia

Pobierz Ziemia we Wszechświecie - Powtórzenie: Budowa, Powstanie i Miejsce Ziemi w Kosmosie i więcej Egzamin maturalny w PDF z Geografia tylko na Docsity!

Ziemia we Wszechświecie – powtórzenie

Wprowadzenie Przeczytaj Grafika interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela

Po zapoznaniu się ze szczegółowymi informacjami zawartymi w poszczególnych e‐materiałach dotyczących Wszechświata i miejsca, jakie zajmuje w nim nasza planeta, warto usystematyzować swoją wiedzę i umiejętności. Ten materiał jest podsumowaniem wiadomości dotyczących budowy i powstania Wszechświata oraz Układu Słonecznego, miejsca Ziemi we Wszechświecie i Układzie Słonecznym, jednostek odległości używanych w astronomii, obserwacji astronomicznych oraz badań i osiągnięć astronomicznych.

Twoje cele

Omówisz budowę Wszechświata i teorię dotyczącą jego powstania. Omówisz budowę Układu Słonecznego i teorię dotyczącą powstania jego oraz Ziemi. Porównasz założenia teorii geocentrycznej i heliocentrycznej oraz ocenisz ich prawdziwość. Scharakteryzujesz Ziemię jako planetę Układu Słonecznego oraz jej wzajemne relacje ze Słońcem i Księżycem. Przedstawisz współczesne metody badań kosmicznych i osiągnięcia w poznawaniu Wszechświata. Wykonasz obliczenia astronomiczne z wykorzystaniem różnych jednostek odległości. Podejmiesz refleksję dotyczącą ogromu i harmonii Wszechświata.

Źródło: dostępny w internecie: hps://pixabay.com/pl/photos/przestrze%C5%84-ksi%C4%99%C5%BCyc-planety- 1587393/, domena publiczna.

Ziemia we Wszechświecie – powtórzenie

Przeczytaj

1. Wszechświat (zakres podstawowy)

Wszechświat (kosmos) to wszystko, co istnieje, czyli wszystkie obiekty astronomiczne (zarówno materia, jak i energia) wraz z czasoprzestrzenią i prawami, które nimi rządzą.

1.1. Budowa Wszechświata (zakres rozszerzony)

Poglądy na temat budowy Wszechświata na przestrzeni dziejów były różne – od tych najbardziej prymitywnych, które dziś wydają się śmieszne i nieprawdopodobne, do tych jak najbardziej prawdopodobnych. Wraz z rozwojem astronomii poglądy te zmieniały się. W czasach historycznych bardzo długo (od II w. n.e.) obowiązywała teoria geocentryczna , która zakładała, że Ziemia znajduje się w centrum Wszechświata. Przełomowym wydarzeniem było ogłoszenie przez Mikołaja Kopernika teorii heliocentrycznej (w XVI w.), według której to nie Ziemia, lecz Słońce jest centralnym obiektem w kosmosie.

Informacje Teoria geocentryczna Teoria heliocentryczna autor Klaudiusz Ptolemeusz Mikołaj Kopernik

czas ogłoszenia II w. n.e. (ok. 140 r.)

XVI w. n.e. (1543 r.)

uznana dopiero w XVII w. tytuł dzieła, w który, zostało ogłoszone

Megále Sýntaxis – Wielki Zbiór ( Almagest)

De revolutionibus orbium coelestium

( O obrotach sfer niebieskich)

Informacje Teoria geocentryczna Teoria heliocentryczna

założenia teorii

Nieruchoma Ziemia jest centrum Wszechświata, a wszystkie inne ciała niebieskie (Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz i Saturn) krążą wokół niej. Słońce i Księżyc poruszają się ruchem jednostajnym po kolistej orbicie, a ruch pozostałych wymienionych ciał niebieskich odbywa się w inny sposób – po kołowej orbicie (tzw. deferencie) ruchem jednostajnym porusza się środek innej orbity kołowej, o mniejszej średnicy (tzw. epicykl), po której z kolei porusza się ruchem jednostajnym planeta. Za Saturnem rozciąga się strefa gwiazd stałych (obracają się wokół Ziemi w czasie jednej doby ziemskiej).

Nieruchome Słońce stanowi centrum Wszechświata, a Ziemia jest jedną z planet krążących wokół niego ruchem jednostajnym po orbitach kołowych. Oprócz ruchu obiegowego wokół Słońca Ziemia wykonuje także ruch obrotowy wokół własnej osi. Księżyc krąży wokół Ziemi. Z uwagi na założenie kolistego kształtu orbit ciał niebieskich, Kopernik zauważył pewne nieścisłości w bezpośrednich obserwacjach, dlatego przyjął, że niektóre planety – podobnie jak w teorii geocentrycznej – muszą dodatkowo krążyć po epicyklach. Podtrzymanie obecności strefy gwiazd stałych.

graficzna interpretacja teorii

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1CbuQxPD Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy wizualizacji teorii geocentrycznej.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1CbuQxPD Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału - dotyczy wizualizacji teorii heliocentrycznej.

Nazwa jednostki Charakterystyka

parsek (pc)

Jest to odległość do danego obiektu w przestrzeni kosmicznej (np. gwiazdy), którego kąt paralaksy rocznej wynosi 1 sekundę łuku, czyli ⁄ stopnia (1 parsek ≈ 3,26 roku świetlnego).

1.3. Powstanie Wszechświata (zakres podstawowy)

Powstanie Wszechświata – w nauce – tłumaczy się najczęściej teorią Wielkiego Wybuchu:

według teorii Hubble’a cała materia i energia Wszechświata była na początku skupiona w jednym punkcie o nieskończenie wielkiej gęstości i temperaturze; 13,8 mld lat temu miał miejsce Wielki Wybuch ; od tego momentu Wszechświat nieustannie rozszerza się we wszystkich kierunkach – zmniejsza się jego gęstość, energia i temperatura materii; dzięki rozszerzaniu oraz przemianom materii cząstki elementarne mogły tworzyć bardziej złożone struktury; 200 mln lat po wybuchu powstały pierwsze gwiazdy, które przekształciły się w większe struktury; rozszerzanie, czyli ekspansja Wszechświata, zachodzi zgodnie z prawem Hubble’a ( r.): prędkość oddalania się od siebie galaktyk jest wprost proporcjonalna do odległości między nimi.

1.4. Gwiazdy i ich ewolucja (zakres rozszerzony)

Podstawowymi elementami Wszechświata, które są obiektami jasnymi – świecą światłem własnym – są gwiazdy. To gazowe kule, zbudowane z wodoru i helu, które w wyniku zachodzących w ich wnętrzach reakcji termojądrowych wytwarzają energię świetlną i cieplną. Powszechnymi obiektami są też mgławice , czyli skupiska drobnego pyłu lub gazu kosmicznego (np. Koński Łeb). Są to jedne z najpiękniejszych elementów Wszechświata. Z fragmentów mgławic mogą tworzyć się gwiazdy. Skupiska gwiazd i mgławic nazywamy gromadami lub gwiazdozbiorami. Nie są to jednak pojęcia tożsame. Gromada to grupa gwiazd o wspólnym pochodzeniu (genezie), natomiast gwiazdozbiór ( konstelacja ) to zgrupowanie gwiazd niekoniecznie związanych ze sobą wspólnym pochodzeniem, lecz tworzących efekt geometryczny. Gromady i konstelacje łączą się w galaktyki , czyli skupiska setek miliardów gwiazd wraz z innymi ciałami niebieskimi i ciemną materią. Wyróżniamy

(^1 )

cztery główne rodzaje galaktyk: eliptyczne, spiralne, soczewkowate i nieregularne. Większość poznanych galaktyk należy do galaktyk spiralnych, które kształtem przypominają dysk, od środka którego odchodzą ramiona. Galaktyki łączą się w gromady galaktyk , a te zaś

• w supergromady.

Schemat przedstawiający hierarchię najważniejszych elementów Wszechświata Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Poniższa rycina przedstawia gwiazdozbiór Wielkiej Niedźwiedzicy. Wskaż na nim tę część, którą nazywamy Wielkim Wozem.

Gwiazdozbiór (konstelacja) Wielkiej Niedźwiedzicy Źródło: Blueshade, dostępny w internecie: hps://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6523949, licencja: CC BY-SA 3.0.

2.1. Powstanie Układu Słonecznego (zakres rozszerzony)

Na podstawie badań naukowców możemy wyróżnić kilkanaście etapów powstawania Układu Słonecznego.

Zaczął się on formować ok. 4,6 mld lat temu z zapadającego się grawitacyjnie obłoku gazu (głównie wodoru i helu) oraz pyłu. Na skutek kurczenia się obłoku następował wzrost temperatury, gęstości materii w centrum oraz pojawił się jego ruch wirowy. Następnie rozpoczął się proces formowania Protosłońca. W Protosłońcu, które nieustannie się kurczyło, następował wzrost temperatury i ciśnienia, co doprowadziło do zainicjowania reakcji termojądrowych. Na skutek reakcji termojądrowych Protosłońce zaczęło świecić i emitować ciepło. W wyniku wiatru słonecznego cięższe pierwiastki pozostały bliżej Słońca, a lżejsze przemieściły się w dalsze rejony. Krążący wokół Protosłońca dysk protoplanetarny, który zbudowany był ze skał, gazu i pyłu, zaczął stygnąć. Zagęszczenia materii, które istniały wewnątrz tego dysku (planetozymale) były zalążkami współczesnych planet. Zwiększały one swoją masę, dzięki czemu grawitacja nie pozwalała uciekać mniejszym fragmentom, z którymi się zderzyły. Ostatecznie powstały same planety: bliżej Słońca – skaliste, zbudowane z pierwiastków cięższych, a dalej od Słońca – planety gazowe. Następnie rozpoczął się proces rozpadu izotopów pierwiastków promieniotwórczych wewnątrz formujących się planet, w wyniku którego materia zaczęła się topić (faza astralna). Podczas gdy materia wewnątrz planet była jeszcze płynna, cięższe pierwiastki osiadały w ich głębszych warstwach, a lżejsze gromadziły się bliżej powierzchni – w wyniku tego procesu powstały pierwotne geosfery. Ze względu na niewielkie rozmiary planet materia szybko stygła, aż do momentu, kiedy wykształciła się skorupa i atmosfera (faza planetarna). Początkowo pierwotna atmosfera Ziemi była beztlenowa – zawierała głównie wodór, azot, związki siarki, metan i parę wodną. Kiedy temperatura Ziemi spadła poniżej 100°C (ok. 3,8 mld lat temu), para woda zawarta w jej atmosferze zaczęła się skraplać. Powstał wówczas ocean gorącej wody. Promieniowanie słoneczne spowodowało rozbicie cząstek wody na atomy wodoru i tlenu, który przedostawał się stopniowo do atmosfery.

2.2. Budowa Układu Słonecznego (zakres podstawowy)

Układ Słoneczny budują: gwiazda (Słońce), osiem planet, księżyce, planetoidy, planety karłowate, komety, meteoroidy oraz materia pyłowo‐gazowa wypełniająca przestrzeń międzyplanetarną. Granicą Układu Słonecznego jest obłok Oorta, który rozciąga się koliście wokół Słońca i stanowi zbiorowisko komet.

Schemat budowy Układu Słonecznego Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

3. Badanie Wszechświata (zakres podstawowy)

Astronomia jest jedną z najstarszych nauk – już w starożytności, bez pomocy jakichkolwiek urządzeń, obserwowano niebo i formułowano prawidłowości.

3.1. Źródła informacji o Wszechświecie (zakres podstawowy)

Obecnie obserwację nieba z Ziemi prowadzi się za pomocą teleskopów , głównie optycznych (pozwalają na obserwację ciał niebieskich emitujących światło widzialne)

3.2. Dorobek najważniejszych naukowców w zakresie badań Wszechświata

(zakres rozszerzony)

Oprócz dorobku Kopernika można wskazać osiągnięcia wielu innych osób w czasach nowożytnych i najnowszych. Poniżej przedstawiono wybrane osiągnięcia.

Galileusz skonstruował w XVII w. lunetę, odkrył plamy na Słońcu, pierścienie Saturna i kilka księżyców Jowisza, Izaak Newton skonstruował w XVII w. teleskop i ogłosił teorię grawitacji. Joseph von Fraunhofer (XVIII/XIX w.) odkrył, że Słońce i gwiazdy nie różnią się między sobą składem chemicznym. Christian Doppler (początek XX w.) odkrył możliwości określenia kierunku i szybkości poruszania się dowolnego źródła światła na niebie. To właśnie dzięki temu odkryciu wydatowano początek Wszechświata. Albert Einstein (XIX/XX w.) odkrył, że Wszechświat powstał w dniu, przed którym nie było „wczoraj”, a w czasie Wielkiego Wybuchu „praatomu” w bardzo wysokiej temperaturze z gęstej materii powstał wodór, który buduje cały kosmos. Arno Penzias i Robert Wilson w 1964 r. odkryli promieniowanie szczątkowe będące pozostałością po Wielkim Wybuchu. W latach 60. XX w., dzięki nowoczesnym teleskopom, zlokalizowano we Wszechświecie kwazar , czyli obiekt emitujący promieniowanie elektromagnetyczne. Wypromieniowuje on ogromną ilość energii i przemieszcza się na zewnątrz kosmosu z olbrzymią prędkością. Jest oddalony od nas o ok. 15 mld lat świetlnych, zatem uznaje się go za najstarszy obiekt w kosmosie. Stephen Hawking (XX/XXI w.) opublikował nowe odkrycia dotyczące początków kosmosu i czarnych dziur.

Również Polacy mieli swój udział w dziedzinie astronomii. Postać Osiągnięcie

Jan Stobner w 1405 r. założył pierwszą w Polsce katedrę astronomii na Akademii Krakowskiej Jan Heweliusz

gdański astronom, szczegółowo opisał i opracował mapy Księżyca, odkrył wiele komet i sporządził atlas gwiazd (XVII w.) Kazimierz Kordylewski

w 1961 r. odkrył pyłowe księżyce naszej planety, czyli hipotetyczne obłoki pyłowe mające znajdować się na orbicie Księżyca Bohdan Paczyński

zajmował się ewolucją gwiazd, rozbłyskami gamma i mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym (XX/XXI w.) Aleksander Wolszczan

odkrył w 1991 r. pierwsze planety spoza US, które krążą wokół pulsara – gwiazdy neutronowej powstałej po wybuchu supernowej

3.3. Wybrane loty kosmiczne (zakres rozszerzony)

Misja Kraj Rok Opis Sputnik 1 ZSRR 1957 pierwszy sztuczny satelita Ziemi

Sputnik 2 ZSRR 1957 drugi sztuczny satelita Ziemi z pierwszym organizmem żywym na pokładzie (pies Łajka) Łuna 1 ZSRR 1959 przelot obok Księżyca

Pioneer 5 USA 1960 badania przestrzeni międzyplanetarnej z orbity heliocentrycznej

Wostok 1 ZSRR 1961 Jurij Gagarin, pierwszy lot kosmiczny człowieka, okrążenie Ziemi Mariner 2 USA 1962 zbliżenie do Wenus

Wostok 6 ZSRR 1963 Walentyna Tierieszkowa, pierwsza kobieta w kosmosie

Woschod 1 ZSRR 1964 pierwszy lot z wieloosobową załogą, kierownictwo – W. Komarow Mariner 4 USA 1964 zbliżenie do Marsa

Apollo 11 USA 1969 Neil Armstrong i Edwin Aldrin jako pierwsi ludzie wylądowali na Księżycu Salut 1 ZSRR 1971 pierwsza stacja kosmiczna na orbicie ziemskiej

Pioneer 10 i 11 USA^ 1972‐

bezzałogowe sondy kosmiczne NASA; jako pierwsze przeleciały w okolicach Jowisza; na sondach umieszczone Płytki Pioneera

Voyager 1 i 2 USA 1977 pierwsze zbliżenie do planet olbrzymów (były wówczas w jednej linii),

Sojuz 30

ZSRR

i PRL

pierwszy lot w kosmos z udziałem Polaka – Mirosława Hermaszewskiego Spirit i Opportunity

USA 2003

pierwsze sonda na Marsie i pierwsze badania jego powierzchni

Kepler USA 2009 teleskop umieszczony na orbicie w celu poszukiwania planet

powierzchni Słońca wynosi prawdopodobnie ok. 5,5 tys. °C, a jego wnętrza – ok. 15 mln°C

Grafika interaktywna

Polecenie 1

Wyjaśnij, z jakiego powodu Ziemia jest wyjątkową planetą.

Polecenie 2

Sprawdź w dostępnych źródłach, kiedy będzie można zaobserwować najbliższe zaćmienie Księżyca i Słońca. Wyjaśnij mechanizm tych zjawisk.

Ziemia w Układzie Słonecznym

Ziemia jest trzecią w kolejności od Słońca planetą Układu Słonecznego. Należy do grupy planet wewnętrznych. Nazywana jest błękitną planetą, gdyż oceany i morza stanowią ok. 71% jej powierzchni. Woda występuje tu w trzech stanach skupienia, a ok. 21% powietrza stanowi tlen. Ziemia jest optymalnym miejscem do życia, ponieważ zlokalizowana jest w ekosferze słonecznej. Oznacza to, że panuje tu odpowiednia temperatura do rozwoju życia (ok. 15°C na powierzchni) oraz do utrzymania wody w stanie ciekłym. Nasza planeta posiada stosunkowo małą masę, która pozwala jej na utrzymanie atmosfery. Jej ruch wokół Słońca odbywa się po kołowej, stabilnej elipsie, co sprawia, że nie występują tu zbyt duże amplitudy temperatury powietrza. Jej atmosfera oraz magnetosfera ograniczają ilość promieniowania kosmicznego. Korzystne położenie względem planet olbrzymów powoduje, że przechwytują one większość małych ciał niebieskich, toteż prawdopodobieństwo ich zderzenia z błękitną planetą jest małe. Odpowiednia ilość energii słonecznej i siła grawitacji są podstawą funkcjonowania środowiska naturalnego. Natomiast obecność jednego naturalnego satelity warunkuje rozwój pływów morskich.

Twórca / źródło poglądu Pogląd na kształt Ziemi F. Magellan

(1519-1522)

opłynięcie Ziemi było ostatecznym dowodem na jej kulistość

Izaak Newton (1642-1727)

w wyniku ruchu obrotowego musi być to kula spłaszczona przy biegunach

badania Francuskiej Akademii Nauk (1735-1742)

elipsoida obrotowa (bryła powstała przez obrót elipsy wokół jednej z osi)

Carl Friedrich Gauss (1777-1855)

geoida – bryła wyznaczona przez linię pokrywającą się z poziomem oceanów, która na lądach przebiega między powierzchnią elipsoidy a powierzchnią Ziemi; w każdym miejscu geoidy jej powierzchnia jest prostopadła do kierunku działania siły ciężkości; uwzględnia zatem krzywiznę powierzchni Ziemi

Źródło: M. Mazur i in., Geografia. Repetytorium, WSiP, Warszawa 2014.

Trwa wczytywanie danych ...

Model geoidy oraz Geoida a elipsoida Źrodło: domena publiczna, Wikimedia Commons oraz Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Główne wymiary Ziemi

Pierwszego dokładnego pomiaru wielkości Ziemi dokonał Eratostenes z Cyreny już w III w. p.n.e.

Parametr Wymiar

powierzchnia 510 089 059 km² promień równikowy 6 378 245 m promień biegunowy 6 356 863 m średni promień 6 371 000 m różnica długości promienia równikowego i biegunowego 21 382 m

długość równika 40 075 704 m długość południka 20 004 274 m średnia długość jednostopniowego łuku południka 111 135 m średnia długość minutowego łuku południka 1 852,25 m długość jednostopniowego łuku równika 111 321 m

CIEKAWOSTKA

Źródło: M. Mazur i in., Geografia. Repetytorium, WSiP, Warszawa 2014.