М. А. Кунаш. Астрономия. Методические рекомендации. Урок № 31

Личностные: высказывать убежденность в воз- можности познания законов развития галактик; участвовать в обсуждении, проявлять уважение к мнению оппонентов.

Метапредметные: классифицировать галакти- ки по основанию внешнего строения; анализировать наблюдаемые явления и объяснять причины их воз- никновения; извлекать информацию из различных источников и преобразовывать информацию из од- ного вида в другой (из графического в текстовый).

Предметные: характеризовать спиральные, эл- липтические и неправильные галактики; называть их отличительные особенности, размеры, массу, ко- личество звезд; пояснять наличие сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик; определять понятия

«квазар», «радиогалактика»; характеризовать вза- имодействующие галактики; сравнивать понятия

«скопления» и «сверхскопления галактик».

Типы галактик и их характеристики. Взаимодей- ствие галактик. Характеристика активности ядер галактик. Уникальные объекты Вселенной — кваза- ры. Скопления и сверхскопления галактик. Про- странственная структура Вселенной.

Методические акценты урока. В начале урока це- лесообразно обсудить ответы на вопросы к § 25 учеб- ника, выполнить упражнение 20 и следующие за- дания.

1. На рисунке 14 приведены изображения некото- рых туманностей. Определите, к какому виду они относятся, и охарактеризуйте их.

Крабовидная туманность

М27 Лисички ^{Туманность} Конская голова

Рис. 14

1. На рисунке 15 приведены изображения различ- ных космических объектов. Дайте название каждо- го из них и поясните, в какой иерархической зависи- мости они находятся.

а) б) в)

Рис. 15

1. На рисунке 16 представлено изображение Га- лактики. Почему изображения одного и того же объ- екта столь различны? Какую информацию вы може- те получить из данных изображений?

Два последних задания подводят учащихся к вос- приятию содержания занятия. Важно акцентиро- вать внимание учащихся на следующих аспектах:

• наша Галактика не является единственной звездной системой во Вселенной;

• удаленность других галактик от нас предпола- гает использование всех диапазонов излучения для их изучения;

Рис. 16

• изучение других галактик способствует более глубокому пониманию процессов, протекающих в Галактике, а также проверке предположений отно- сительно нашей звездной системы.

Совместно с учащимися формулируются проблем- ные вопросы, на которые учащиеся смогут получить ответ в ходе занятия.

1. Можно ли наблюдать другие галактики на не- бе?

2. Какие методы астрономии позволяют опреде- лить расстояния до других галактик и идентифици- ровать их как другие звездные системы?

3. Сходны ли другие галактики с пространствен- ной структурой нашей Галактики?

4. Чем отличаются другие звездные системы?

5. Какие новые объекты звездного неба обнаруже- ны в других галактиках?

Сохраняя подход всех предшествующих занятий, для которых характерен незначительный опыт на- блюдения рассматриваемых объектов, важно начать с иллюстративного материала, представляющего дру- гие звездные системы, наблюдение которых возмож- но на небе, — небольшая слабосветящаяся туман- ность в созвездии Андромеды (2,1^m; М31), которую можно наблюдать невооруженным глазом, слабосве- тящаяся туманность в созвездии Треугольника (5,8^m; М33). Стоит отметить Большое и Малое Магеллановы Облака, которые видны в Южном полушарии.

Далее важно предложить учащимся изображения различных галактик для выделения ими внешних отличительных черт, характеризующих каждый из видов галактик. Можно ожидать, что учащиеся ука- жут на существование спиральных и эллиптических галактик, а также отметят неправильность форм не- которых галактик (например, спиральные галакти- ки с перемычкой и др.). Учащимся сообщается, что Э. Хаббл предложил еще в 1923 г. и усовершенство- вал в 1936 г. простую и стройную классификацию галактик. Рассматривая предлагаемую классифика- цию (рис. 6.13 учебника), следует обратить внима- ние учащихся на то, что:

• галактики резко отличаются размерами, чис- лом входящих в них звезд, светимостями, внешним видом;

• условно по внешнему виду галактики делятся на три группы (эллиптические, спиральные и непра- вильные). Спиральные галактики — самые много- численные. В них выделено два подтипа — нормаль- ные спиральные и пересеченные спиральные;

• эллиптические галактики встречаются гигант- ские и карликовые. Часто в графических интерпре- тациях классификации линзовидные галактики рас- полагают в области перехода от эллиптических к спиральным галактикам;

• все остальные галактики относятся к непра- вильным.

Далее для характеристики каждого типа галак- тик учащимся предлагается, используя материал

§ 26 учебника, охарактеризовать существующее раз- нообразие видов галактик, заполнив таблицу.

Окончание табл.

В процессе анализа важно подчеркнуть:

• в сравнении с нашей Галактикой основная мас- са во всех галактиках приходится на звезды различ- ного возраста и межзвездный газ;

• спиральные ветви — выделяющиеся по ярко- сти области повышенной плотности звезд и газа, рас- положенные внутри диска и связанные с областями звездообразования. Наша Галактика, как и туман- ность Андромеды, относится к типу спиральных га- лактик типа Sb. У эллиптических галактик диска нет и почти отсутствуют заметные количества газа и молодые звезды — в них почти отсутствуют про- цессы звездообразования;

• скорость вращения определяется видом галак- тики. Наибольшая скорость у спиральных галактик, в то время как у эллиптических галактик заметное вращение наблюдается только при значительном сжатии галактики;

• линзообразные галактики считаются промежу- точными между эллиптическими и спиральными и относятся к неправильным. Характерные предста- вители — Большое и Малое Магеллановы Облака;

• вероятнее, различие в спиральных и эллипти- ческих галактиках заложено с момента образования и объясняется вращением. Появление неправиль- ных галактик пока не ясно.

Далее обращают внимание на строение галактик, подчеркивая, что излучение ядер галактик может проявлять активность в различных формах: непре- рывное истечение потоков вещества; выбросы сгуст- ков газа и облаков газа с массой в миллионы солнеч-

ных масс; нетепловое радиоизлучение из около- ядерной области; взрывы, превращающие галактику в радиогалактику.

Среди уникальных видов активности можно на- звать галактики Маркаряна, испускающие интен- сивное ультрафиолетовое излучение, сейфертовские галактики, в которых быстрые движения газа сопро- вождаются его выбросами со скоростями, доходящи- ми до нескольких тысяч километров в секунду, из- бытком ультрафиолетового излучения. Открытие сейфертовских галактик заставило пересмотреть строение ядер нашей Галактики и галактики М31. И у них были открыты маленькие сгущения в ядрах, обладающие аналогичной активностью (но в гораздо меньшей степени). Оценка массы центрального сгу- щения в ядре М31 показала, что в объеме занятого им пространства содержится 107 масс Солнца. Это означает, что средняя плотность вещества в этом сгущении в миллион раз больше средней плотности вещества типичной галактики.

Наконец, уникальны квазары — класс внегалак-

тических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звезд. Впервые квазары обнаружили в 1960 г. как радиоисточники, совпадающие в оптическом диапа- зоне со слабыми звездообразными объектами. Бли- жайший и наиболее яркий квазар (3C 273) имеет блеск около 13^m и «красное смещение», которое со- ответствует расстоянию около 2 млрд св. лет. Самые далекие квазары благодаря своей гигантской свети- мости, превосходящей в сотни раз светимость обыч- ных галактик, регистрируются с помощью радио- телескопов на расстоянии более 10 млрд св. лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.

Большинство квазаров находятся вблизи центров

огромных эллиптических галактик. Квазары назы- вают с маяками Вселенной. Они видны с огромных

расстояний, по ним исследуют структуру и эволю- цию Вселенной, определяют распределение веще- ства на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по «красному смещению» поглощающих облаков. У квазаров особенно интенсивен ультрафиолетовый участок спектра. Когда это было обнаружено, то ста- ли искать такие слабые звездообразные объекты, у которых ультрафиолетовый участок спектра также более интенсивен, и они были найдены. Часть из них оказалась голубыми звездами, а у других голубых объектов обнаружено очень большое красное смеще- ние спектральных линий, чем доказывается внега- лактическая природа «голубых» квазизвезд. Вместе с тем их радиоизлучение очень незначительно. Сле- довательно, были найдены еще новые разновидности внегалактических объектов, которые назвали ква- зизвездными галактиками или квазагами.

Охарактеризовав особенности галактик, важно отметить, что, подобно звездам, они редко бывают одиночными, группируясь в скопления правильного или неправильного типа. Данные внегалактической астрономии указывают на существование сверх- скоплений галактик. Наша Галактика и туманность Андромеды входят в Местную группу галактик, раз- меры которой составляют сотни тысяч парсек. До ближайшего скопления, находящегося в созвездии Девы, порядка 20 Мпк, а сама система имеет диа- метр около 6 Мпк. Гравитационное взаимодействие вызывает значительное изменение формы галактик. Интерес вызывают взаимодействующие галактики. Анализируя рисунок 6.21 учебника, подчеркивают, что галактики могут сливаться, поглощая друг дру- га. Так, от Магеллановых Облаков к нашей Галакти- ке идет поток газа.

Существующая сегодня теория предполагает, что Вселенная на различных уровнях характеризуется структурностью — от ядер атомов до сверхскопле- ний галактик. Для Вселенной характерна ячеистая структура, которую можно видеть на специально об- работанных фотографиях: при разнообразии ячеек в больших масштабах ее различные части выглядят сходным образом. В небольших масштабах вещество

распределено неравномерно, но в масштабах сверх- скоплений галактик вещество распределено практи- чески равномерно. Следовательно, Вселенную мож- но считать однородной и изотропной.

На заключительном этапе урока учащимся важно предложить обсуждение вопросов 2, 3, 5, 6 к § 26 учебника, а также следующие задания.

1. Классификацию галактик Хаббла часто назы- вают камертонной. Поясните причину такого назва- ния.

2. Определите, какой промежуток времени требу- ется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магел- лановы Облака в поперечнике.

Домашнее задание. § 26 (без закона Хаббла); упражнение 21 (1, 5).

1. Исследования квазаров.

2. Исследование радиогалактик.

3. Открытие сейфертовских галактик.

http://vsya-vselennaya.ru/video.html — Квазар. http://ligis.ru/astro_foto/The_Extragalactic_Uni-

verse/Elliptical_galaxies/ELLIPTICAL_GALAXIES. HTM — Галактики.

http://astrolabia.ru/publ/6-1-0-8 — Черные дыры. http://www.wariantfree.ru/index.php — Галак-

тики.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/local_ group.html — Наша Галактика и ее ближайшее окружение.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/pho- to_galaxy.html — Фотографии галактик.

1