М. А. Кунаш. Астрономия. Методические рекомендации. Урок № 16

Личностные: организовывать самостоятельную познавательную деятельность, высказывать убеж- денность в возможности познания окружающего ми- ра, единстве методов изучения характеристик Земли и других планет.

Метапредметные: приводить доказательства рассмотрения Земли и Луны как двойной планеты, обосновывать собственное мнение относительно пер- спектив освоения Луны.

Предметные: характеризовать природу Земли; перечислять основные физические условия на по- верхности Луны; объяснять различия двух типов лунной поверхности (морей и материков); объяснять процессы формирования поверхности Луны и ее рельефа; перечислять результаты исследований, проведенных автоматическими аппаратами и астро- навтами; характеризовать внутреннее строение Лу- ны, химический состав лунных пород.

Определение основных критериев характерис- тики и сравнения планет. Характеристика Земли согласно выделенным критериям. Характеристика Луны согласно выделенным критериям. Сравни- тельная характеристика атмосферы Луны и Земли и астрофизических и геологических следствий раз- личия. Сравнительная характеристика рельефа пла- нет. Сравнительная характеристика химического со- става планет. Обоснование системы «Земля — Луна» как уникальной двойной планеты Солнечной сис- темы.

Методические акценты урока. В начале урока для актуализации знаний учащимся можно предложить следующие задания.

1. Почему в своей книге «Тайны рождения звезд и планет» А. Н. Томилин называет рассмотренную гипотезу О. Ю. Шмидта о происхождении тел Сол- нечной системы «теорией захвата»?

2. Охарактеризуйте этапы формирования Солнеч- ной системы, согласно гипотезе О. Ю. Шмидта. Ка- кие особенности строения нашей планетной системы эта гипотеза способна объяснить?

3. В книге «Тайны рождения звезд и планет» А. Н. Томилин пишет: «Проблема гравитационного разгона космического аппарата — ближайшая тео- ретическая родственница задач, которые решает теория захвата». Поясните данное высказывание.

Для изучения предметного содержания урока наиболее эффективно организовать работу учащих- ся по двум направлениям: исследование природы Земли и исследование природы Луны. Предваряет эту работу общее обсуждение плана (перечня крите- риев), по которому следует анализировать любую планету Солнечной системы (в дальнейшем каждый пункт этого плана позволит производить сравнение отдельных планет и их групп согласно выделенным критериям). В результате можно выйти на следую- щие критерии.

1. Особенности строения оболочек (атмосферы, гидросферы, литосферы).

2. Физические характеристики планеты (темпе- ратура на поверхности, масса, радиус, продолжи- тельность суток, сидерический период).

3. Характеристика рельефа планеты.

4. Химический состав поверхности планеты.

5. Отличительные особенности.

6. Особенности исследования планеты космиче- скими автоматическими аппаратами/астронавтами (для Луны).

Далее учащимся предлагаются задания, которые они выполняют по группам.

Группа 1. Охарактеризуйте Землю как одну из планет Солнечной системы, используя представлен- ный план.

Группа 2. Охарактеризуйте Луну — ближайшее к Земле планетоидное тело Солнечной системы.

После окончания работы важнейшим шагом яв- ляется обсуждение данных характеристик Земли и Луны, но не в отдельности, а в сравнении по каждо- му из первых четырех критериев. В процессе обсу- ждения учащиеся выполняют конспектирование ха- рактеристик того небесного тела, которое ими в са- мостоятельной работе не анализировалось, а также дополняют свою работу теми элементами, которые были упущены при самостоятельной работе. При сравнительной характеристике Земли и Луны учи- телем должны быть сделаны следующие акценты.

1. При сходстве внутреннего строения Луны и Земли отношение размера отдельных структурных составляющих к общему размеру планеты отличает- ся, что приводит к различию в других характеристи- ках. Так, незначительная газовая оболочка Луны практически не влияет на свойства окололунного пространства — отсутствует защита от падения на

поверхность мелких твердых частиц вещества.

1. Продолжительность синодического месяца не- обходимо обсудить в отношении того, какова продол- жительность дня и ночи на Луне, и дополнить это сравнением с такими земными и привычными перио- дами суток, как рассвет и закат, которые отсутству- ют на Луне вследствие отсутствия атмосферы.

2. Использование понятий, относящихся к релье- фу поверхности («кратер», «море», «материк» и т. д.), для Луны имеет собственное значение и обу- словлено больше историческими факторами. Так, в отличие от лунных кратеров, на Земле так называ- ют и вулканические кратеры, несмотря на иную структуру и вызвавшую их появление причину. В процессе обсуждения характеристик рельефа це- лесообразно воспользоваться картой лунной и зем- ной поверхности для обоих полушарий. Такой при- ем позволит активизировать желание учащихся к проведению самостоятельных наблюдений Луны с использованием простейших средств, например бинокля.

3. Сближающей Землю и Луну характеристикой

выступает сходство их по химическому составу. Ко- личественное же их соотношение и наличие со-

единений, образование которых возможно только при наличии воды, позволяет сравнивать два небес- ных тела.

1. При обсуждении отличительных особенностей рассматриваемых небесных тел важно в беседе под- вести учащихся к выводу о том, что Земля и Луна со- ставляют двойную планету, что выделяет каждую из них в системе планет Солнечной системы и их спут- ников. Для доказательства этого факта следует ис- пользовать справочные данные, приведенные в текс- те § 17, приложении I учебника, а также в справоч- нике по физике, и в процессе обсуждения доказать расчетами характеристики соотношений:

— масс планет: с помощью справочных данных можно найти, что для Земли и Луны в Солнечной си-

81

Нептуна и Тритона это отношение меньше в 10 раз

и составляет около ¹/

800^);

• размеров небесных тел: справочные данные позволяют учащимся определить, что радиус Земли в менее чем в 4 раза превышает радиус Луны (напри- мер, радиус Нептуна в 10 раз превышает радиус Три- тона);

• расстояния между планетой и ее спутником: согласно справочным данным, учащиеся определя- ют, что это расстояние составляет лишь 384 400 км. Для проведения анализа истории исследования околоземного и окололунного пространства косми- ческими аппаратами, а также лунной поверхности,

учащиеся выполняют задание.

Используя данные приложения VIII учебника, за- полните таблицу, проанализировав значение запу- ска космических аппаратов.

В конце урока учащимся можно предложить вы- полнить упражнение 13 учебника, а также ряд зада- ний.

1. Используя данные о расстояниях от Земли до Луны и этих небесных тел до Солнца, графически изобразите фрагмент траекторий движения Луны и Земли вокруг Солнца.

2. Рассчитайте силу притяжения Луны к Земле и сравните ее с силой притяжения Луны к Солнцу. Проанализируйте полученный результат.

Домашнее задание. § 17; практические задания.

1. Сколько звездных суток проходит между двумя последовательными геоцентрическими соединения- ми Луны с некоторой звездой вблизи эклиптики, если сидерический период Луны составляет 27,3217 солнечных суток?

2. В литературе часто можно встретить высказы- вание о том, что наблюдатель на Земле видит всегда одну и ту же половину Луны. Подтвердите или опро- вергните данный факт, используя понятие либрации и ее различных видов.

3. Луну рассматривают как важный энергетиче- ский источник. Так, на Луне существуют залежи ге- лия-3 — важнейшего сырья для осуществления тер- моядерного синтеза. Одна из идей, граничащая с фантастикой, — использовать мощнейший источ- ник энергии сейсмических волн, возникающих в те- ле Луны при падении на нее метеорного вещества. Многочисленные проекты, многие из которых созда- ны более 30 лет назад, до сих пор не реализованы: со- здание лунных баз составляет значительную техни- ческую проблему. Если же в дальнейшем их удастся решить, неизбежно возникнет проблема ориентиро- вания на лунной местности.

а) Существенное значение для условий ориенти- рования на Луне имеет отсутствие у этого небесного тела магнитного поля. В то же время аппаратура на борту советской автоматической станции «Луна-10» зарегистрировала не только наличие магнитного по- ля, но и его изменения на протяжении нескольких дней. Причем максимальное значение магнитного

поля достигалось в полнолуние. Дайте астрофизиче- ское объяснение данному факту.

б) Особое значение для ориентирования на Луне, как и на Земле, имеет звездное небо. Но на Земле для использования данного способа необходимо учиты- вать наличие газовой оболочки. На Луне же такой проблемы нет. Означает ли этот факт, что на Луне существуют идеальные условия для астрономиче- ских наблюдений невооруженным глазом как в усло- виях лунного дня, так и в условиях лунной ночи? Свой ответ поясните.

в) Луна вращается вокруг собственной оси, совер- шая полный оборот по отношению к Солнцу за 29,53 земных суток, а по отношению к неподвижным звез- дам за 27,32 земных суток. Луна удалена от Земли на 384 тыс. км. Как отличается картина взаимного расположения и форма созвездий, которые можно наблюдать, находясь на поверхности Луны, от кар- тины их расположения, наблюдаемой с поверхности Земли? Свой ответ поясните.

1. В Мурманской области часто можно наблюдать удивительное оптическое явление — полярные сия- ния. Как известно, полярные сияния возникают в верхних слоях атмосферы Земли при воздействии ча- стиц солнечного ветра. Почему же их можно наблю- дать в Мурманской области в условиях полярной но- чи, когда даже верхняя атмосфера не освещена Солн- цем?

2. Выберите одну из ниже приведенных тем сооб- щения (с презентацией) к уроку-дискуссии «Парни- ковый эффект — польза или вред?». Примерные те- мы сообщений для групп.

Группа 1. Физические основы возникновения парникового эффекта.

Группа 2. Химические основы возникновения парникового эффекта.

Группа 3. Атмосфера Венеры — прошлое атмо- сферы Земли.

Группа 4. Атмосфера Марса — будущее атмосфе- ры Земли.

Группа 5. Основные факторы загрязнения атмо- сферы Земли и их влияние на возникновение парни- кового эффекта.

Группа 6. Роль выбросов автомобильного тран- спорта в формировании парникового эффекта.

Группа 7. СМИ региона об экологическом состоя- нии атмосферы.

Группа 8. Современные способы снижения влия- ния выбросов в атмосферу Земли промышленными предприятиями.

Группа 9. Международные соглашения об ограни- чении промышленных выбросов.

Группа 10. Экспериментальное обнаружение яв- ления парникового эффекта в лабораторных усло- виях.

Комментарии для учителя к решению задания 2: наблюдатель видит не одну половину Луны. В дей- ствительности наблюдаются колебательные движе- ния Луны относительно точки зенита. Причиной та- ких колебаний служат либрации — покачивания Луны, в результате которых земной наблюдатель имеет возможность видеть не половину лунного ша- ра, а несколько большую часть поверхности Луны. Либрация бывает двух видов — оптическая и физи- ческая.

Причина оптической либрации — неравномерное движение Луны по эллиптической орбите вокруг Земли. Согласно второму закону Кеплера в области перигея Луна движется быстрее. Собственное вра- щение Луны вокруг оси совершается с постоянной угловой скоростью. Поэтому в районе перигея угло- вая скорость орбитального движения Луны несколь- ко больше, чем угловая скорость осевого вращения, а в районе апогея — несколько меньше ее. Таким образом, только в точках апогея и перигея центр ви- димой стороны Луны совпадает с центром лунного диска. Для земного наблюдателя на участке между перигеем и апогеем он сместится к востоку. Вследст- вие этого земному наблюдателю в первом случае приоткроется некоторая часть обратной стороны Лу- ны, расположенная за западным краем лунного дис- ка, а во втором — за восточным. Это оптическая ли- брация по долготе.

Оптическая либрация по широте связана с тем,

что ось вращения Луны не перпендикулярна к пло-

скости ее орбиты, а та, в свою очередь, несколько на- клонена к плоскости эклиптики. Благодаря этому наблюдателю открывается то область за северным краем лунного диска, то — за южным.

Физическая либрация — реальные покачивания Луны, связанные с характером гравитационного взаимодействия между Землей и Луной, которая не является идеальным шаром с равномерным распре- делением масс.

1. Моменты полнолуния характеризуют ситуа- цию, при которой Луна находится около линии, про- ходящей через Землю и Солнце. Учитывая, что зем- ное магнитное поле (магнитосфера) имеет своеобраз- ный шлейф, направленный в сторону, противо- положную Солнцу и достигающий орбиты Луны. Видимо, наличие шлейфа магнитного поля Земли фиксировали приборы на Луне.

2. В условиях лунного дня, несмотря на отсутст- вие атмосферы у Луны, звезды недоступны наблюде- нию невооруженным глазом. Эти условия схожи с ситуацией для человека, находящегося на ярко ос- вещенном прожекторами поле стадиона в ясную ночь. Глаза на Луне настолько ослеплены ярким све- том Солнца, что звезд почти не видно. Глаз не в со- стоянии адаптироваться к резкой смене световых контрастов. Поэтому необходимы телескопы и дру- гие приборы, защищенные от постороннего света, для наблюдения звезд в условиях лунного дня. В условиях как лунного дня, так и лунной ночи ви- зуальные наблюдения светил затрудняет пылевая оболочка вокруг Луны. Она образована в результате бомбардировки лунной поверхности метеоритами. Впервые наличие пылевой оболочки вокруг нашего спутника было обнаружено оптическими прибора- ми, установленными на советской передвижной лун- ной лаборатории «Луноход-2».

3. Взаимное расположение и форма созвездий для

наблюдателя на поверхности Луны ничем не отлича- ется от их расположения для земного наблюдателя. Удаление от Земли на 384 тыс. км ничего не меняет в видимом расположении небесных светил, так как

данное расстояние составляет всего 1,5 св. с, что ни- чтожно мало в сравнении со световыми годами, отде- ляющими нас даже от ближайших звезд. Так как плоскость орбиты Луны составляет с плоскостью ор- биты Земли небольшой угол, зодиакальные созвез- дия также будут сохраняться.

Комментарии для учителя к решению задания 4: если бы траектория частиц солнечного ветра была прямой линией, то, как и солнечный свет, они не по- падали бы в зимнюю полярную атмосферу, находя- щуюся в глубокой тени Земли. Но эти частицы име- ют электрический заряд, и их траектория искривля- ется в магнитном поле Земли. За счет этого они попадают в верхние слои атмосферы полярной но- чью, особенно вблизи магнитных полюсов Земли, где и расположена Мурманская область. Следствием попадания частиц солнечного ветра в верхние слои атмосферы являются полярные сияния.

1. Реголит: химическая и физическая характери- стика.

2. Лунные пилотируемые экспедиции.

3. Исследования Луны советскими автоматиче- скими станциями «Луна».

4. Проекты строительства долговременных науч- но-исследовательских станций на Луне.

5. Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне.

1. Луна движется вокруг Земли по орбите, близ- кой к круговой, со скоростью около 1 км/с. Среднее расстояние от Земли до Луны 384 тыс. км. Опреде- лите по этим данным массу Земли.

2. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны составляет около 60 земных радиусов, а мас- са Луны в 81 раз меньше массы Земли. Определите, в какой точке отрезка, соединяющего центры Земли и Луны, космический аппарат будет притягиваться Землей и Луной с одинаковой силой.

3. Средняя плотность Луны составляет примерно 3300 кг/м³, а радиус планеты 1700 км. Определи-

те ускорение свободного падения на поверхности Луны.

http://galspace.spb.ru/index27.html — Планета Земля и Луна.

http://lar.org.ua/id0391.htm — Жизнь и разум.

Земля и Луна — двойная планета. https://www.youtube.com/watch?v=ZPNnA7XeG

2Y — Природа Северного края — движение Луны в облаках.

1