Заняття 9. Випромінювання: прийом та аналіз.

Мета: Розглянути особливості випромінювання небесних тіл, ознайомити учнів з принципом роботи окремих приймачів їх випромінювання.

Основні поняття: фотони, фотоелектронні помножувачі.

Учні повинні мати уявлення про: види випромінювання небесних тіл, приймачі випромінювання небесних тіл.

Учні повинні знати: основні принципи роботи приймачів випромінювання небесних тіл.

Учні повинні вміти: давати характеристику найважливішим приймачам випромінювання.

Структура та зміст уроку

І. Перевірка домашнього завдання.

Запитання для бесіди:

• Що таке телескоп? Які є види телескопів?

• Що таке радіотелескоп?

• Які обсерваторії ви знаєте?

• Що таке космічні промені?

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

Робота з підручником.

Опрацювати § 12 та відповісти на питання після параграфу.

ІІІ. Домашнє завдання.

Повторити опрацьований § 12 та відповіді на питання після параграфу.

Вивчити стор. 66.

Урок 10. Земля і Місяць як небесні тіла.

Мета: ознайомити студентів із гіпотезою утворення Сонячної системи; пояснити принцип поділу планет на дві групи; узагальнити та поглибити знання про Землю як планету; сформувати уявлення про унікальність умов нашої планети для виникнення та існування життя.

Основні поняття: планетезималі, планети земної групи, планети-гіганти, кора, літосфера, мантія, астеносфера, зовнішнє ядро, внутрішнє ядро, атмосфера, магнітосфера, парниковий ефект.

Студенти повинні мати уявлення про: походження Сонячної системи; основні закономірності Сонячної системи; причину парникового ефекту.

Студенти повинні знати: основні характеристики планет земної групи та планет-гігантів; розмір, форму, будову та масу Землі, основні величини, що дають характеристику Місяцю.

Студенти повинні вміти: давати аналіз явищам припливам та відпливам.

Структура та зміст уроку

І. Перевірка домашнього завдання

Аналіз практичної роботи

II. Актуалізація опорних знань

Повторення знань про склад, будову Сонячної системи та закономірності руху тіл, що її утворюють.

III. Вивчення нового матеріалу

Земля — третя від Сонця і п'ята за величиною планета Сонячної системи. За сучасними космогонічними уявленнями, її вік становить близько 4,6 млрд. років. Земля рухається навколо Сонця по еліптичній орбіті, середній радіус якої 149,6 млн. км. Планета також здійснює осьове обертання, результатом якого є її стиск (екваторіальний радіус Землі на 21,38 км більший .за полярний). Тому форма Землі, хоч і дуже близька до кулястої, не є такою. Поверхня нашої планети має форму геоїда. Відомо, що прискорення вільного падіння на різних широтах різне — від 9,78 м/с² на екваторі до 9,83 м/с² на полюсах.

Земля — єдина планета Сонячної системи, яка має гідросферу (на якій вода існує в рідкому стані). 70,8% поверхні нашої планети (361 млн. км²) покриті водою. Середня глибина Світового океану дорівнює 3900 км. Величезна кількість води; питома теплоємкість якої висока, запобігає різким добовим та сезонним перепадам температури на планеті. Світовий океан є колискою життя на Землі.

149 млн. км² (29,2% поверхні Землі) займає суходіл. На Землі є 6 материків і значна кількість островів. Євразія — найбільший материк (37% суходолу), Австралія — найменший. Домінуючим видом рельєфу материків є рівнини. Гори, а особливо високі, займають незначну частину поверхні планети. Материк Антарктида повністю вкритий льодовиком. У льодовику сконцентрована більша частина прісної води Землі. Якби лід повністю розтанув, рівень Світового океану піднявся б на 60 м.

Земна поверхня відносно молода. Протягом останніх 500 млн. років (за астрономічними мірками — це мало) ерозія і тектонічні процеси зруйнували майже всі сліди ранньої теологічної поверхні (зокрема, метеоритні кратери).

Безпосереднє вивчення надр планети неможливе, бо навіть найглибші свердловини завглибшки близько 15 км, що в 425 разів менші за радіус Землі. Джерелом інформації про внутрішню будову планети є сейсмологія — наука про поширення пружних хвиль у Землі. Використовуючи сейсмічні методи, а також вивчаючи вулканічні викиди, вдалося зазирнути у глибини нашої планети. Встановлено, що Земля має шарувату будову і складається з ядра, мантії та літосфери.

Т верду оболонку Землі називають літосферою (від грецького літос — камінь), або корою (див. рис); Товщина земної кори неоднакова: під материками вона становить 35-65 км, а під океанічним дном :— 6-8 км.

Верхній шар земної кори складається переважно з оксидів кремнію, алюмінію, заліза та лужних металів. Середній шар кори гранітний, а нижній сформований із базальтів. Під океанами гранітного прошарку у корі нема. Літосфера складається з 8 величезних літосферних плит, які дуже повільно переміщуються. Найбільша — Тихоокеанська плита — рухається найшвидше — 9,3 см/рік. Межі плит є областями підвищеної сейсмічної та вулканічної активності.

Під корою залягає мантія. Вона складається з базальтів і силікатів, які перебувають в розплавленому, але дуже в'язкому стані. Межа між корою і мантією, на якій різко зростає густина називається поверхнею Мохоровичича (А. Мохоровичича (1857-1936) — югославський учений). На глибині 120-250 км під материками та 60-400 км під океанами розташований шар мантії, який називають астеносферою (від грецького астенес — слабкий). Речовина астеносфери, як і усієї мантії, близька до плавлення, але в'язкість її низька. Літосферні плити ніби плавають в астеносфері.

Н а глибині 2900 км виявлений різкий стрибок густини речовини від 5560 кг/м³ до 10100 кг/м³. Тут починається зовнішнє ядро. Його речовина електропровідна, дуже розжарена і перебуває під величезним тиском у стані дуже в'язкої рідини. Всередині зовнішнього ядра розташоване тверде внутрішнє ядро. Його радіус приблизно 1250 км. Ядро, імовірно, складається в основному із заліза та нікелю.

Буруючи свердловини, вчені виявили що в корі на глибині 10 км температура сягає 180°С. Із глибиною температура, тиск та густина речовини зростають. У центрі ядра температура досягає 9000°С (вища, ніж на поверхні Сонця), густина понад 15 000 кг/м , а тиск у 3,5 млн. разу більший за нормальний атмосферний.

Переважна частина маси Землі зосереджена в мантії та ядрі. На літосферу, гідросферу та атмосферу разом припадає менше ніж 0,5% земної маси (див. рис.).

О сновними хімічними елементами, з яких складається наша планета, є Fе, О, Sі і Мg (див. рис.). Усі вони важкі, тому Земля має найбільшу середню густину в Сонячній системі — 5517 кг/м³, що приблизно дорівнює густині мантії. Середня густина земної кори удвічі менша — 2700 кг/м³, а ядро, відповідно, більш щільне.

Земля оточена атмосферою, 78% маси якої складає азот, 21% кисень, а вміст решти газів малий. Вуглекислого газу в атмосфері зараз 0,03%, але він відіграє дуже важливу роль, підтримуючи парниковий ефект. Досліджуючи газ, ізольований у порожнинах древніх гірських порід, учені дійшли висновку, що земна атмосфера зазнала значних, змін у процесі еволюції. Зокрема, 3,5 млрд. років тому в атмосфері було близько 60% вуглекислого газу, близько 40% сполук сірки і зовсім мало аміаку, азоту та інертних газів.

Протягом перших 4 млрд. років існування Землі вільного кисню в її атмосфері не було. В геологічних пластах знайдені речовини відповідного віку, які легко окислюються, але не окислені. Значна кількісна кисню в атмосфері нашої планети зараз зумовлена життєдіяльністю рослинного світу протягом останніх 400 млн. років.

Розрізняють кілька шарів атмосфери Землі. Найнижчий шар називають тропосферою. Тут зосереджено понад 80% усієї масу повітряної оболонки Землі. На висоті 12-15 км тропосфера межує зі стратосферою. Температура газу там - 55°С, а тиск усього 0,026 атм. У стратосфері на висоті 20-30 км над поверхнею планети є шар озону (О₃). Озон погашає найшкідливе короткохвильове ( λ <3∙10^-7 м ) випромінювання Сонця. Результатом недбайливої діяльності людини є інтенсивне руйнування озонового шару Верхні шари атмосфери, іонізовані сонячним промінням; називаються іоносферою. Сліди атмосфери простежуються до висоти майже 2000 км.

Навколо Землі існує магнітне поле. Електропровідна речовина зовнішнього ядра безперервно рухається. Потоки плазми у надрах планети і є тими струмами, навколо яких виникає земне магнітне поле, його полюси з часом змішуються.

Простір навколо планети, у якому проявляється дія її магнітного поля, називають магнітосферою. З космічного простору у магнітосферу потрапляє значна кількість заряджених частинок (протонів, електронів, α-частинок). Рухаючись по спіралях уздовж магнітних даній поля, частинки утворюють радіаційний пояс. Залежно від енергії, частинки проникають на різну глибину магнітосфери, утворюючи в радіаційному поясі три зони (три максимуми). Біля магнітних полюсів Землі частинки радіаційного поясу потрапляють в іоносферу і бомбардують молекули повітря, унаслідок чого ті випромінюють світло. Так виникає полярне сяйво. Це мальовниче оптичне явище відбувається на висотах від 80-100 до 400 км, а іноді до 1000-1100 км. Потік частинок із Сонця (сонячний вітер) дуже впливає на форму магнітосфери, значно викривляючи її. Під час сонячної активності у простір викидається значна кількість заряджених частинок із високими енергіями. Раптове посилення сонячного вітру спричиняє збурення магнітного поля Землі. Виникають так звані магнітні бурі, під час яких погіршується радіорелейний зв'язок. Основні характеристики Землі наведені в таблиці.

Місяць — єдиний природний супутник нашої планети. Це холодне кулясте тіло, що має тверду поверхню і обертається навколо Землі по орбіті, середній радіус якої становить 384 400 км (= 60 радіусів Землі).

Основні характеристики Місяця подані в таблиці (див. додаток 2).

Вік Місяця вважають близьким до 4,6 млрд. років, тобто до віку Землі. Про походження супутника одностайної думки в учених нема. Зважаючи на розміри і склад Місяця, його іноді відносять до планет земної групи (радіус Місяця становить 71% радіуса Меркурія), а систему Земля — Місяць розглядають, як подвійну планету. Місяць не має атмосфери. Доба на Місяці дорівнює 29,53 земним добам, тобто близько 14,8 діб триває місячний день і стільки ж — ніч. Удень поверхня Місяця нагрівається до + 130°С, а вночі охолоджується до - 170°С. Зрозуміло, що за таких умов вода в рідкому стані на супутнику існувати не може. Унаслідок того, що періоди обертання Місяця навколо осі та навколо Землі рівні, супутник завжди повернутий до нашої планети одним і тим же боком. Але використовуючи особливості руху Місяця, земні спостерігачі мають можливість побачити до 60% усієї поверхні супутника.

На думку вчених, Місяць, як і Земля, складається з кори, мантії та ядра. Середня товщина кори 68 км, хоча є райони, де її немає взагалі (море Криз), а місцями вона дуже товста (107 км під кратером Корольова). Вважають, що мантія Місяця, на відміну від земної, лише частково розплавлена. Ядро супутника тверде, складається із силікатів і має температуру до 1500°С. Центр мас Місяця зміщений у напрямку до Землі приблизно на 2 км відносно геометричного центра.

Місяць не має магнітного поля. Проте деякі гірські породи на поверхні супутника проявляють залишковий магнетизм, що, імовірно, є доказом існування магнітного поля Місяця в його ранній історії.

Вся поверхня супутника густо вкрита кратерами вулканічного або метеоритного походження. Розміри кратерів різноманітні — від 1 км до 250 км. Великі кратери оточені валами (кільцевими горами), мають рівне дно, посередині якого іноді височить центральна гірка. Такі кратери називають місячними цирками. їхнє плоске дно — це затверділа лава, яка вилилася внаслідок метеоритного удару.

Рельєф невидимої із Землі півкулі Місяця відрізняється від рельєфу видимої. Зворотний бік супутника сильніше кратерований, на ньому обмаль рівнинних ділянок.

Поверхню Місяця поділяють на два типи:

• материк — древня гориста місцевість з великою кількістю вулканів;

• моря — відносно молоді темні низовинні рівнини.

Материк укритий окремими горами і гірськими хребтами заввишки близько 8 км. Часто гірські хребти розташовані на межі морів. На поверхні Місяця багато плоскогір'їв та широких і вузьких тріщин у корі завдовжки десятки і сотні кілометрів.

У морях на Місяці, на відміну від Землі, немає жодної краплини води. Місячні моря є результатом заповнення лавою величезних кратерів, утворених при падінні метеоритів. Поверхня місячних морів приблизно на 4 км нижча від середнього рівня місячної поверхні. Моря займають 16% усієї поверхні супутника, переважна їх більшість сконцентрована у північній частині видимої половини Місяця (моря займають 40% видимого боку Місяця і 7% зворотного). Моря мають протяжність від 200 км до 1100 км і називаються Морем Спокою, Морем Дощів, Морем Хмар, Морем Ясності, Морем Криз (або Морем Небезпеки) тощо. Найбільша низовина протяжністю понад 2000 км називається Океаном Бур. На зворотному боці Місяця є Море Москви, Море Мрії, Море Східне.

Переважна частина поверхні Місяця вкрита шаром сірого уламкового матеріалу — реголіту — завтовшки від 4 м до 12 м. Теплопровідність пухкого реголіту надзвичайно мала, тому значні коливання температури на поверхні майже не передаються вглиб.

Місяць відомий людям споконвіку. Навіть розглядаючи його неозброєним оком, удається побачити найпомітніші елементи рельєфу. Телескопічні спостереження поверхні Місяця вперше здійснив Г. Галілей.

Найінтенсивніші дослідження супутника проводяться з 60-х років XX століття. 7 жовтня 1959 року радянська автоматична міжпланетна станція «Луна-3», облетівши Місяць, уперше сфотографувала його зворотну півкулю. Після цього і були створені перші карти зворотного боку Місяця та його повний глобус. 3 лютого 1966 року вперше на місячну поверхню в Океан Бур здійснила посадку радянська автоматична станція «Луна-9». Протягом двох діб цей апарат передавав зображення місячного ландшафту.

21 липня 1969року в Море Спокою здійснила посадку кабіна «Ігл» («Орел») американського космічного корабля «Аполлон-11», і перші земляни — астронавти Ніл Армстронг та Едвін Олдрін — ступили на поверхню Місяця. Вони встановили на супутнику кілька наукових приладів, зібрали зразки місячних порід і повернулися на корабель, де їх чекав астронавт Майкл Коллінз. 24 липня «Аполлон-11» повернувся на Землю. До грудня 1972 року ще 5 американських експедицій літали на Місяць. Загалом на супутнику побувало 12 людей.

Г равітаційні сили між Землею і Місяцем створюють таке цікаве явище, як морські припливи та відпливи.

Що більша відстань, то слабше притягання. Так, точка А земної поверхні (див. рис.) притягається до Місяця найсильніше, а точка В — найслабше. Якби Земля була рівномірно вкрита водою то утворилися б два припливних горби: більший — на підмісячному боці Землі й менший — на зворотному.

Реально ж вода в океані піднімається на 1-2 м. Рівень суходолу піднімається значно менше. Унаслідок обертання Землі навколо своєї осі припливні горби рухаються поверхнею. планети за Місяцем зі сходу на захід. Амплітуда морських припливів залежить від рельєфу дна, характеру берегової лінії та інших чинників. Найвищі припливи спостерігаються в затоці Фанді, що в Канаді, їхня максимальна висота 16,6 м. Енергію високих припливів використовують, будуючи припливні електростанції.