М. А. Кунаш. Астрономия. Методические рекомендации. Урок № 20

Личностные: организовывать самостоятельную познавательную деятельность; выступать с презен- тацией результатов своей работы; принимать учас- тие в общем обсуждении результатов выполнения работы.

Метапредметные: использовать основы теории формирования Солнечной системы для объяснения особенностей планет-гигантов; работать с текстами научного содержания, выделять главную мысль, обобщать информацию, представленную в неявном виде, характеризующую планеты-гиганты, исполь- зовать законы физики для описания природы пла- нет-гигантов; сравнивать природу спутников пла- нет-гигантов и Луны.

Предметные: указывать параметры сходства внутреннего строения и химического состава планет- гигантов; описывать характеристики каждой из пла- нет-гигантов; характеризовать источники энергии в недрах планет; описывать особенности облачного по- крова и атмосферной циркуляции; анализировать

особенности природы спутников планет-гигантов; формулировать понятие «планета»; характеризовать строение и состав колец планет-гигантов.

Основные характеристики планет-гигантов (фи- зические, химические), их строение. Спутники пла- нет-гигантов и их особенности. Происхождение спутников. Кольца планет-гигантов и их особенно- сти. Происхождение колец.

Методические акценты урока. Структура урока повторяет последовательность урока, раскрывающе- го характеристики планет земной группы, что облег- чает выстраивание самостоятельной деятельности учащимися, но при этом обладает значительным объемом новых для учащихся предметных сведе- ний. Анализ характеристик планет-гигантов следу- ет начать с проблематизации. Для этого следует вернуться к выводам по практической работе «Две группы планет Солнечной системы» и теории проис- хождения Солнечной системы как комплекса тел. По итогам беседы акцентируется внимание на следу- ющих проблемных вопросах:

1. Планеты-гиганты должны состоять из более

легких элементов. Каково их агрегатное состояние? Каково внутреннее строение планет-гигантов? При- менимо ли к ним понятие «рельеф планеты»?

1. Каковы причины того, что количество спутни- ков планет-гигантов значительно превышает коли- чество спутников у планет земной группы?

Далее перед учащимися ставится задача опреде- лить специфические особенности каждой из планет- гигантов, используя выделенные ранее и использо- ванные критерии для анализа планет (см. уроки 16, 17). Учащиеся делятся на четыре группы и выполня- ют задания.

Группа 1. Охарактеризуйте Юпитер — самую крупную планету Солнечной системы — и систему его спутников.

Группа 2. Охарактеризуйте Сатурн — первую из открытых планет-гигантов, имеющих кольца, — и систему его спутников.

Группа 3. Охарактеризуйте Уран — планету —

«триумф наблюдательной астрономии» — и систему его спутников.

Группа 4. Охарактеризуйте Нептун — первую планету, открытую «на кончике пера», — и систему его спутников.

После окончания самостоятельной работы орга- низуется беседа, направленная на выявление отли- чительных особенностей каждой из планет-гиган- тов. При этом учитель направляет презентации уча- щимися результатов своей работы в русло сравнения характеристик каждой из планет с Землей, что по- зволяет раскрыть уникальность каждой из планет- гигантов. При обсуждении характеристик планет следует обратить внимание на следующие аспекты.

При обсуждении характеристик Юпитера.

1. Планета обладает значительным магнитным полем (с обратной земной полярностью). Как следст- вие, в атмосфере наблюдаются грозы, полярные сия- ния, проявляется мощное радиоизлучение. Резуль- таты столкновения Юпитера с кометой Шумейке- ра — Леви показали наличие в атмосфере большого количества серы.

2. Система спутников Юпитера сходна с Солнеч- ной системой в миниатюре. Четыре из них шаро- образны, сравнимы по размерам и массе с Луной. Они были открыты еще Г. Галилеем, поэтому и полу- чили название галилеевых спутников. При своем движении близкие спутники проходят перед плане- той, отбрасывая тень, и скрываются за ней. Так, по- крытие спутника Ио позволило еще в 1676 г. О. Ре- меру измерить скорость света.

3. Наличие кольца у планеты теоретически пред- сказал советский ученый С. К. Всехсвятский, а спу- стя 19 лет оно было сфотографировано АМС «Вояд- жер-1» и «Вояджер-2».

При обсуждении характеристик Сатурна.

1. Угол наклона Сатурна таков, что при более близком расположении к Солнцу на планете на- блюдалась бы смена времен года. Получая почти в 100 раз меньше энергии, чем Земля, почти половину

этой энергии он отражает, что определяет темпера- туру на поверхности.

1. Спутники планеты имеют поперечник от 5150 км (Титан). Около половины спутников в Сол- нечной системе принадлежат Сатурну.

2. Система колец Сатурна — самая обширная и яркая — открыта еще Х. Гюйгенсом в 1656 г. Рос- сийский ученый А. А. Белопольский установил, что вращение колец вокруг планеты подчиняется треть- ему закону Кеплера. Из-за малой толщины каждые 14—15 лет кольца Сатурна перестают быть видимы- ми при прохождении Земли в плоскости колец.

При обсуждении характеристик Урана.

1. Планета вращается в обратном направлении (с востока на запад).

2. Уран — обладатель темных пылевых колец, не- видимых в телескопы.

При обсуждении характеристик Нептуна.

1. Самая удаленная из планет.

2. Тритон покрыт кратерами, на нем обнаружены полярные шапки и газовые гейзеры.

3. Кольца характеризуются неравномерным рас- пределением вещества, образуя отдельные сгуще- ния.

Охарактеризовав каждую из планет, обобщают данные.

• Планеты-гиганты можно подразделить на две подгруппы — горячие гиганты и ледяные гиганты. Им свойственна высокая скорость вращения вокруг своих осей (от 10 до 18 ч), при этом экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Как следствие, планеты-гиганты имеют большое сжатие. В их ат- мосферах бушуют вихри, продолжительность кото- рых превышает иногда 350 лет (Большое Красное Пятно на Юпитере, Большое Темное Пятно на Неп- туне, Гексагон на Сатурне (шестиугольный шторм, обнаруженный космическим аппаратом «Кассини»)).

• К планетам-гигантам некорректно применять понятия «поверхность планеты», «рельеф плане- ты», так как твердые поверхности отсутствуют. Мо- дель структуры планет-гигантов планируется прове- рить в ходе работы космического зонда «Юнона»,

приближение которого к Юпитеру произошло летом 2016 г. Существующая модель подтверждается:

• наличием значительных магнитных полей пла- нет-гигантов;

• превышением температуры планет значения, которое должно быть при получении энергии только от Солнца;

• характером вращения планет-гигантов. Происходящие процессы наблюдаются не на по-

верхности, а в атмосферах планет. Появление не- обычных агрегатных состояний водорода (от газо- образного к газожидкому в атмосфере, жидкого и твердого (металлического)) связано с резким увели- чением давления по мере погружения в глубь плане- ты. Ядро — металлосиликатное. Внутреннее строе- ние имеет вид оболочек. Строение Урана и Нептуна несколько проще, включает атмосферу, ледяную мантию и металлосиликатное ядро.

• Спутники планет-гигантов весьма разнообраз- ны. На многих зафиксированы кратеры от ударов метеоритов. Наиболее крупные имеют атмосферу: Титан (Сатурн), Ио (Юпитер), Тритон (Нептун). Ряд спутников «демонстрируют» красоту гейзеров (Три- тон, Энцелад). Большинство спутников — силикат- но-ледяные небесные тела. Некоторые спутники яв- ляются уникальными для Солнечной системы.

• Титан (Сатурн) имеет преимущественно азот- ную атмосферу, а обнаруженный на ней аппаратом

«Кассини» смог вызван наличием тяжелых органи- ческих молекул (бензол, антрацен).

• Ио (Юпитер) обладает интенсивной вулкани- ческой деятельностью, вызванной разогревом недр приливным трением со стороны Юпитера и двух его спутников, Ганимеда и Европы. На последнем пред- полагается наличие под коркой льда жидкой воды.

• Энцелад (Сатурн) имеет идеальную сферическую форму, а его поверхность покрыта льдом. Наблюде- ния с борта «Кассини» зафиксировали водяные фон- таны. Предполагают, что кольцо Е Сатурн приобрел именно благодаря вулканической деятельности спутника, так как оно проходит именно по орбите Энцелада.

• Миранда (Уран) обладает самым разнообразным ландшафтом.

• Тритон (Нептун) вращается вокруг своей плане- ты в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца. Имеет очень яркую поверхность, так как от- ражает большую часть света.

• Кольца планет-гигантов. Если кольца Сатурна и Юпитера образованы частицами со светлой поверх- ностью, кольца Урана состоят из очень темных ча- стиц. В кольцах Сатурна заметны тонкие «спицы» (поперечные полоски, вызванные, вероятно, дейст- вием электростатических сил) и переплетения колец (что свойственно и кольцам Урана). Теория развития Солнечной системы как комплекса тел, имеющих общее происхождение, согласуется с теорией образо- вания колец планет-гигантов (образование из ве- щества разрушенных прежде спутников под дейст- вием приливных сил и при столкновениях между со- бой).

В завершение урока целесообразно выполнить

упражнение 15 учебника, а также следующие зада- ния.

1. Подтвердите или опровергните следующие ут- верждения, используя астрофизические законы и закономерности:

• спутники планет-гигантов могут иметь атмо- сферу;

• основными компонентами атмосферы планет- гигантов являются углекислый газ и азот.

1. Ниже приведено одно из описаний вообра- жаемого путешествия на планету-гигант. Опреде- лите, о какой планете идет речь. Составьте собст- венное описание для любой планеты Солнечной сис- темы.

«Если бы небо было ясным, Солнце сияло бы на нем диском, в 25 раз меньшим по площади, чем на земном небе. Короткий пятичасовой день быстро сменяется ночью. Мы ищем знакомые планеты, но Меркурий совершенно теряется в лучах Солнца, а Венеру и Землю можно наблюдать в телескоп только в сумерках. Зато Сатурн соперничает по яркости с Сириусом».

Домашнее задание. § 19; практические задания.

1. Используя «Школьный астрономический ка- лендарь» на текущий учебный год, определите, мож- но ли в период, совпадающий с изучением данной темы, наблюдать в телескоп кольца Сатурна.

2. Докажите справедливость высказывания В. Г. Сурдина в книге «Разведка далеких планет»:

«Титан — это замерзший вариант Земли».

1. Современные исследования планет-гигантов АМС.

2. Исследования Титана зондом «Гюйгенс».

3. Современные исследования спутников планет- гигантов АМС.

http://nasha-vselennaya.ru/?cat=140 — Наша Вселенная. Спутники планет.

http://spacegid.com/saturn.html — Гид в мире космоса. Сатурн.

http://school-collection.lyceum62.ru/ecor/stora- ge/d21d18f9-1749-e26a-b7f1-8b0714bc06c6/001 20829562474137.htm — Столкновение Юпитера с кометой Шумейкера—Леви.

http://www.liveinternet.ru/users/nevolyaika47/ post313131186/ — Северное сияние на Сатурне.

http://popnano.ru/news/index.php?id=4094& task=view — Полярные сияния на Юпитере.

http://zele.ru/novosti/kosmos/polyarnoe-siyanie- na-urane-6652/ — Полярные сияния на Уране.

1