Моделирование Солнечной системы

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

« ЛИЦЕЙ №107»

Научно-исследовательский проект:

«Моделирование явлений и процессов, происходящих на различных космических телах»

Выполнил:

ученик 7 «Г» класса

МОУ «Лицей №107»

Ембулатов Имиль

Научный руководитель:

Евдокимова Н.Ю.

учитель географии

г. Саратов

2025 г

Оглавление

	Стр.
Введение…………………………………………………………..	3
Глава 1. Общая характеристика. 1.1. Вселенная. 1.2. Галактики. 1.3. Звезды. 1.4. Кометы	4 4 4 4
1.5. Общая характеристика планет Солнечной системы	5
Глава 2. 2.1. Моделирование явлений и процессов, происходящих на различных космических телах. 2.2. Моделирование способов изучения космических тел. 2.3. Моделирование явлений и процессов, происходящих на планетах Солнечной системы	7 8 9
Заключение……………………………………………………….	13
Литературный список…………………………………………..	15

Введение

Небо доступно всем. Многие сотни лет люди восхищались звездным небом, наблюдали за движением Солнца, Луны и планет, многие столетия звезды помогали не сбиться с пути. Звезды. Интерес к Космосу особенно возрос в прошлом столетии, когда был совершен прорыв и человек полетел в космос. Мне тоже стало интересно: сколько звезд на небе, как образовалась Вселенная, Галактики, из чего они состоят, какие процессы, и явления на них происходят. Ученые собирают сведения о космических телах с помощью телескопов, различных космических аппаратов и приборов. У меня нет возможности использовать такую сложную технику, поэтому я попробовал смоделировать некоторые процессы и явления, происходящие на различных космических телах.

Актуальность исследования: моделирование некоторых процессов и явлений, происходящих на различных космических телах, помогает в усвоении знаний о космосе, развивает пространственное воображение, логическое мышление и совершенствует навыки работы с разными приборами и материалами     

Гипотеза: 

Если смоделировать процессы и явления, происходящие на различных космических телах, то мы можем представить и изучить процессы и явления, которые в естественных условиях длятся миллионы и миллиарды лет.

Объект исследования: Вселенная, галактики, звезды, кометы, планеты Солнечной системы.

Предмет исследования: явления и процессы, происходящие на различных космических телах.

Цель исследования:  изучение и моделирование явлений и процессов, происходящих на различных космических телах.

Задачи исследования:

1) изучить литературу по данной теме и дать характеристику особенностей Вселенной, галактик, звезд, комет, планет Солнечной системы и других космических тел

2) изучить интересные факты и выявить процессы и явления, характерные для различных небесных тел

3) провести эксперименты, моделирующие некоторые процессы и явления, происходящие на различных космических телах

4) составить буклеты по проведению занятий по изучению особенностей различных космических тел на основе моделирования процессов и явлений, происходящих на них

Методы исследования: 

• теоретические: анализ источников информации, систематизация собранных сведений, классификация теоретического материала;

• эмпирические: эксперимент, наблюдение, обработка полученных опытным путем сведений

Глава 1. Общая характеристика

1.1 Вселенная

Рождение Вселенной называется астрономами «Большим взрывом», Сжатое до немыслимых состояний вещество в момент Большого взрыва начало расширяться с колоссальной скоростью. И сейчас, спустя 15-20 млрд лет после «взрыва» оно продолжает расширяться.

Расширение вызвало охлаждение вещества, появились условия для образования сначала ядер, а потом и атомов. Через сотни миллионов лет из непрерывно расширяющегося облака раскаленных газов стали формироваться звезды и их скопления галактики. Так возникла и наша галактика Млечный путь, имеющая форму гигантского диска со спиральными рукавами.

1.2.Галактики

В начале 20 века было известно, что те звезды, которые наблюдаются невооружен­ным глазом или в телескоп, обра­зуют в пространстве сплюснутый звездный диск громадного размера. Мы находимся внутри этого диска и поэтому вблизи его плоскости ви­дим много далеких звезд. Скопление этих звезд сливается для нас в светящуюся полосу Млеч­ного Пути. Раньше думали, что Солнце расположено вблизи центра звездной системы — Галактики, по­тому, что яркость Млечного Пути примерно одинакова во всех на­правлениях. Свет самой яркой центральной области Галактики сильно ослабля­ется из-за поглощения межзвездной пылью.

Различают три класса галактик: спиральные, эллиптические, иррегулярные.

1.3. Звезды

Звёзды - это огромные раскалённые газовые шары, такие же, как наше Солнце, но светят намного слабее Солнца, потому что расположены дальше от нас. От звёзд свет идёт целые годы. Мы смотрим на звёзды сквозь слой воздуха, который всё время находится в движении, нам кажется, что они мерцают.

Наше Солнце – это обычная звезда среди миллионов других звёзд. В центре всех звёзд частицы газа водорода ударяются друг о друга и выделяют огромное количество ядерной энергии (ядерный синтез). Благодаря нему звёзды так ярко сияют. Наше Солнце – это жёлтая звезда. Температура поверхности Солнца около 6000 ⁰С. Красные звёзды холоднее – 3000⁰ С, а бело-голубые горячее: их температура достигает 10 000 ⁰С и более.

Группы, которые звёзды образуют в небе, остаются неизменными. Эти группы, образующие чёткие узоры в какой-либо части небесного свода, называют созвездиями.

Выделяют следующие типы звезд: двойные звезды, нейтронные звезды, пульсары, сверхновые, черные дыры, рентгеновские двойные звезды и др.

1.4. Кометы

Кометы состоят из замороженных газов сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов.

Ядро - самая главная часть кометы, является единственной её твёрдой частью, в нём сосредоточена почти вся её масса. Вдали от Солнца голова выглядит симметричной, но с приближением к нему она постепенно становится овальной, затем удлиняется ещё сильнее и в противоположной от Солнца стороне из неё развивается хвост, состоящий из газа и пыли.

1.5. Общая характеристика планет Солнечной системы

В состав Солнечной системы входит Солнце, восемь больших планет, около 50 их спутников, более 100 000 астероидов, около 1011 комет, а также бесчисленное множество более мелких объектов.

Меркурий, Венера, Землю и Марс относят к земной группе. Они расположены близко к Солнцу и получают много тепла. Их недра состоят из тугоплавких элементов (соединений железа, кислорода, кремния, магния), поэтому плотность этих планет довольно велика.
    Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун называют газовыми гигантами. Каждая из них гораздо крупнее Земли и окружена семейством спутников. Небольшое твёрдое ядро такой планеты заключено в толстую оболочку из жидкого и газообразного водорода и гелия.

 Меркурий. Период обращения вокруг Солнца составляет около 88 земных суток, а период вращения вокруг своей оси — 58 суток. От восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, то есть 88 земных суток. За такое время дневная сторона поверхности планеты нагревается почти до 700 К (430С), а ночная охлаждается до 150 К (-120С).

Венера — ближайшая к Земле планета. Период вращения планеты вокруг своей оси — 243 земных суток (в обратном направлении). Рельеф Венеры сильно сглажен временем: благодаря атмосферной эрозии выветрены старые метеоритные кратеры, следы которых все же видны на поверхности планеты; горные районы занимают всего около 8% территории, общий перепад высот не превышает 8 км.

Земля - третья от Солнца планета, спутник Луна. Земля движется со скоростью 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите. Земля вращается вокруг оси, наклонённой к плоскости орбиты на угол 66⁰34^/При движении вокруг Солнца ось Земли остаётся параллельной самой себе

Марс. Радиус Марса почти вдвое меньше земного (3390 км), а по массе Марс уступает Земле в десять раз. Обращается вокруг Солнца за 687 земных суток (1,88 года). Вокруг Марса с большой скоростью летают два его естественных спутника — Фобос (22х30 км) и Деймос (15х12 км).

Атмосфера Марса состоит она на 95% из углекислого газа, содержит почти 3% азота, более 1,5% аргона, около 1,3% кислорода, 0,1% водяного пара, присутствует также угарный газ, найдены следы криптона и ксенона.

Среднегодовая температура на Марсе составляет примерно -60С. Резкие перепады температур в течение суток вызывают сильнейшие пылевые бури.

В рельефе Марса известен гигантский грабен — Каньон, высочайшая гора Марса — Олимп —24 км.

Пояс астероидов

Астероидом – это небесное тело небольших размеров, которое вращается по самостоятельной эллиптической орбите вокруг Солнца. Химический состав астероидов разнообразен. В Солнечной системе между орбитами планет Марса и Юпитера расположилось огромное количество астероидов различного размера и формы. Именно здесь расположены крупнейшие астероиды нашей системы: Веста, Церера, Гигея и Паллада.

Юпитер – самая большая из планет Солнечной системы. Масса Юпитера, почти в 318 раз большая массы Земли. Юпитер, пятая по счету от Солнца планета, совершает полный оборот за 11,86 земных лет.

Из 16 спутников Юпитера четыре крупнейших были открыты еще Галилеем в 1610 году. Это — Ио (радиус — 1820 км), Европа (1530 км), Ганимед (2610) и Каллисто (2450).

Сатурн. По размерам он уступает Юпитеру: его радиус в 9,2 раз больше земного (60 000 км), а по массе - больше Земли в 95 раз. Обращается Сатурн вокруг Солнца , совершая полный оборот за 29,5 земных лет, а вокруг своей оси он делает полный оборот всего за 10,5 часов.

Сатурн — единственное тело Солнечной системы, которое легче воды. Его средняя плотность в два раза меньше средней плотности Солнца. Сатурн состоит из водорода (80%) и гелия (18%).

Сатурн окружен знаменитым кольцом. Состоит кольцо из мелких глыб льда или камня, покрытого льдом, диаметрами от нескольких сантиметров до метров. Общая толщина кольца не превышает 3 км.

Уран и Нептун

Эти две планеты часто называют гигантами-близнецами. Уран немного больше (его радиус — 26 540 км, Нептуна — 24 300 км), но Нептун массивнее — его масса составляет 17,25 масс Земли, тогда как у Урана всего 14,6.

На Уране солнечные сутки длятся около 10 часов, на Нептуне они несколько длиннее. Уранианский год длится 84 земных года, а нептунианский — 164,8 лет. То есть с момента открытия Нептуна (1846 г.) на этой планете не прошел еще и один год.

Выводы по 1 главе

Я дал общую характеристику Вселенной, галактикам, звездам, кометам, планетам Солнечной системы. Подобрал интересные факты о различных космических телах.

Глава 2

2.1. Моделирование явлений и процессов, происходящих на различных космических телах

Ознакомившись с литературой по данной теме, нашел идеи экспериментов, усовершенствовал их, чтобы провести в условиях школы, подобрал нужное оборудование.

Эксперимент 1: расширение Вселенной

Задача: узнать, почему галактики удаляются друг от друга.

1. Я взял шарик и нанес на него рисунок (рис.1)

2. Потом я надул шарик (рис. 2)

Рис.1 Рис.2

Вывод: Увидели, что рисунки начали удаляться друг от друга, а значит, что галактики удаляются друг от друга, потому что Вселенная постоянно расширяется.

Эксперимент 2 : спираль на сковородке

Задача: узнать, как образуются спиральные галактики. 1) Положил на стол монету, а на неё сковородку

2) Налил в неё воды

3) Начал медленно вращать сковородку и одновременно насыпать в неё конфетти (рис.3)

Рис.3

Вывод: Я увидел, как, кружочки конфетти собираются в спиральные ветви, похожие на спиральные галактики. Я заметил, что имеют значение скорость и частота вращения. Чем быстрее я вращал сковородку, тем быстрее образуются спиральные рукава галактики. Чем больше частота вращения, тем плотнее будет «галактика».

Эксперимент 3: найди дневные звёзды.

Задача: понять, почему звёзды видно только ночью.

1. Я пробил дыроколом в картонке отверстия, расположив их, как в созвездии Большая Медведица.

2. Вложили картонку в конверт (рис.4)

3. В темноте направили луч фонарика на конверт сверху и ничего не увидели т.к. бумага отражает свет, но стоило подсветить конверт сзади и я увидел созвездие (рис.5).

Рис.4 Рис.5

Вывод: Звёзды светят и днём и ночью. Но днем в атмосфере рассеян отраженный ею солнечный свет, за которым сияния звезд не видно.

2.2. Моделирование способов изучения космических тел.

Эксперимент 4: параллакс

Задача: узнать, как астрономы определяют расстояние до ближайших звёзд.

1. Я держал карандаш вертикально в вытянутой руке на фотоне двери.

2. Закрыл левый глаз и навёл карандаш на дверной косяк (рис.7)

3. Теперь, не двигая ни карандашом, ни головой я закрыл правый. Косяк как будто сдвинулся влево. Это кажущееся движение и есть параллакс.

Рис.7

Вывод: Астрономы определяют расстояние до ближайших звёзд, измеряя их параллакс с периодом в полгода, т.е. с двух противоположных точек земной орбиты.

2.3. Моделирование явлений и процессов, происходящих на планетах Солнечной системы

1. Поверхность Меркурия, изобилует кратерами и очень напоминает лунную. Кратеры не столь глубокие как на Луне, что говорит о большей силе тяжести на Меркурии. Как и на Луне, большинство кратеров образовались в результате падений метеоритов.

Эксперимент 5: кратеры от ударов

Задача: узнать, как образуются кратеры на Меркурии

1. Я насыпал в лоток муку (пробовал также с землей и тестом).

2) Бросал шарики разного диаметра и веса, чтобы образовались “кратеры”

( Рис.11,12)

3) Пробовал бросать шарики с разной высоты и с разной силой.

Опыт проводил 11 раз, при этом получались разные “кратеры”.

Рис.11 Рис.12

Вывод: Чем больше тело, которое упадёт на Меркурий , тем больше по размерам будет кратер.

Чем с большей высоты упадет тело, тем глубже будет кратер. Чем с большей силой мы бросаем тело, тем глубже будет кратер и его диаметр.

2. Атмосферу Венеры обнаружил еще М.В. Ломоносов в 1761 году. Он указал, что она включает в себя мощный малопрозрачный облачный слой. Современные ученые установили, что венерианская атмосфера на 96% состоит из углекислого газа СО₂. У поверхности Венеры давление достигает значения 93 атм., а температура благодаря сильнейшему парниковому эффекту составляет 735 К (460С).

Эксперимент 6: парниковый эффект в банке

Задача: узнать, почему Венера не остывает ночью

1) Я поставил открытую банку горлышком вверх на солнце и вложили внутрь термометр шариком вниз (Рис.13)

2) Когда через несколько минут столбик термометра остановился, записал эту температуру.

3) Потом я перевернул термометр в банке шариком верх, закрыл её крышкой и поставил вверх дном. ( Рис.14)

4) И снова записал температуру, когда она стабилизировалась

Рис.13 Рис.14

Вывод: Облака и углекислый газ пропускают солнечные лучи , позволяя им нагревать поверхность, но не выпускать тепло за пределы атмосферы. В результате планета даже ночью не остывает.

3. Земля

Эксперимент 7: эрозия на подносе

Задача: понять, почему Земля меняет свой рельеф

1) Я заполнил поднос песком и смочил его водой

2) приподнял один край подноса на 3 см

3) Держа чайник над верхним краем подноса, тонкой струйкой лил в него воду

4) И наблюдал, как поток воды промывал в песке русло ( Рис.15)

Рис.15

Вывод: эрозия изменяет рельеф Земли, разрушая одни формы рельефа и формируя другие.

4. Марс

Состав марсианской почвы был окончательно выявлен при исследованиях спускаемых американских аппаратов Викинг-1 и Викинг-2. Красноватый блеск Марса вызван обилием в его поверхностных породах оксида железа III (охры).

Эксперимент 8: макет красной планеты

Задача: узнать, почему Марс красный.

1) Я растянул проволочную губку, чтобы она стала рыхлой, и положил её в миску с водой (Рис.16)

2) оставил на несколько дней (Рис.17)

Рис.16 Рис.17

Вывод: Я увидел, что проволочная губка покрылась ржавчиной и поэтому на руках остаются красновато-оранжевые следы. Когда железо соприкасается с водой и кислородом воздуха, оно окисляется – ржавеет. Многие марсианские породы состоят из содержащих железо минералов. Эти вещества медленно ржавели, оставляя на поверхности и в атмосфере планеты рыжеватую пыль. Марс красный потому - что большую его часть составляет окись железа (ржавчина).

5.Астероиды

Эксперимент 9: подсветим астероиды

Задача : доказать что астероиды отражают свет, а не излучают его.(т.к астероиды в переводе «звездоподобные»

1) Я разложил разные шарики и мячики на столе

2) подсветил каждый объект ( Рис.14)

Рис.14

Вывод : в темноте мы не видели объекты, когда включили фонарик, то шарики и мячики стали видны, т.е. светят отраженным светом. Астероиды не раскалённые небесные тела и всего лишь отражают свет от звёзд.

6. Юпитер

Большая скорость вращения Юпитера вокруг своей оси — он совершает полный оборот менее чем за десять часов. Этим обусловлена и “слоистость” Юпитера при его наблюдении — различные области массивной атмосферы этой планеты движутся с различными скоростями, и экваториальные “облака” обгоняют более отдаленные от экватора “воздушные” массы.

Эксперимент 10: Юпитер на сковородке

Задача: узнать, почему облака на Юпитере меняют своё положение.

1) Я положил на стол монету, а на неё сковородку

2) налил в неё воды

3) начал медленно вращать сковородку и одновременно капнул туда краситель (Рис.15).

Рис.15

Вывод: Я увидел, как образуются цветные кольцевые полосы, похожие на зоны облаков Юпитера. Облака на Юпитере постоянно меняют положение, т.к. Юпитер постоянно вращается вокруг себя.

Выводы по 2 главе

Для представления некоторых процессов и явлений, происходящих на различных космических телах, смоделировал эти процессы и провел 10 экспериментов, сделал фотографии, по каждому эксперименту сделал выводы.

Для проведения уроков и занятий создали буклеты «Моделирование явлений и процессов, происходящих на различных небесных телах»,

«Моделирование явлений и процессов, происходящих на планетах Солнечной системы» в которые поместили описания опытов и фотографии из главы 2 (Приложения 1,2).

Заключение.

Таким образом, поставленная цель: изучение и моделирование явлений и процессов, происходящих на различных космических телах, была достигнута.

Гипотеза: Если смоделировать процессы и явления, происходящие на различных космических телах, то мы можем представить и изучить процессы и явления, которые в естественных условиях длятся миллионы и миллиарды лет, подтвердилась

В результате исследования выполнены следующие задачи:

1) дать характеристику особенностей Вселенной, галактик, звезд, комет, планет Солнечной системы и других небесных тел

2) изучить интересные факты и выявить процессы и явления, характерные для различных небесных тел

3) провести эксперименты, моделирующие некоторые процессы и явления, происходящие на различных небесных телах

4) составить буклеты по проведению занятий по изучению особенностей различных небесных тел на основе моделирования процессов и явлений, происходящих на них.

Я думаю , что моя работа имеет практическую значимость. Она может привлечь внимание к изучению астрономии. Представленный в работе материал может быть использован на уроках природоведения, географии, опыты представленные в нашей работе, уже используются на занятиях на уроке география. Данный материал может вызвать у учащихся интерес к изучению Космоса.

 

Список литературы

1. Атлас Вселенной для детей: перевод с английского. Издательский Дом Ридерз Дайджест , 2001.

2. География. 6 кл. : учеб. для общеобразоват. организаций / В.А. Кошевой, О.А. Родыгина; под редакцией В.А.Кошевого. – М. : Баласс, 2014.

3. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В.Почемучка. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Педагогика-Пресс, 1994.

4. Максимов Н.А. за страницами учебника географии: Кн. Для чтения учащихся 5 кл. сред. шк. – М.: Просвещение.

5. Плешаков А.А. 5 кл.: Учеб. Для общеобразоват.учеб.заведений – М.: Дрофа, 2002

6. Сухова Т.С.Природоведение: 5 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Т.С.Сухова, В.И.Строганов._ 2-е изд., дораб. – М.: Вентана – Граф,2011.

7. Шевченко В.В. На зов таинственного Марса. М.: Дет.лит.,1991.

8. Энциклопедия для детей: Т.3 (География).- Э68 Сост. С.Т. Исмаилова. – М.:Аванта+, 1994.

9. Энциклопедия для детей: Т.4 (Геология).- Сост.С.Т.Исмаилова. – М.:Аванта+, 1995.

10. Я познаю мир: Дет.энцикл.: Космос/ Авт. сост. Т.И. Гонтарук.- М.: АСТ, 1996.

11. Astroexperiment.ru\astro\orientir.shtm