Исследовательская работа по теме "Создание звёздной системы"
творческая работа учащихся

Научно-практическая конференция «Шаг в будущее-2022»

Россия, Забайкальский край, Могойтуйский район, поселок Могойтуй

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

 «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 имени В.Р.Гласко»

Симпозиум 2. Естественные науки и современный мир

Секция «Астрономия»

СОЗДАНИЕ ЗВЕЗДНОЙ СИСТЕМЫ

Автор:

Андреев Александр Александрович

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «МСОШ №1 имени В.Р.Гласко», 10 класс

Научный руководитель:

Дарижапова Баирма Чингисовна,

учитель физики

МАОУ «МСОШ №1 имени В.Р.Гласко»

Я, Дарижапова Баирма Чингисовна подтверждаю, что данный проект содержит не более 22 страниц, из них текст статьи и список литературы содержат не более 11 страниц, приложения - не более 10 страниц _____________ подпись

пгт.Могойтуй, 2021

Тема «Создание звездной системы»

Андреев Александр Александрович

Россия, Забайкальский край, Могойтуйский район, поселок Могойтуй

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 имени В.Р.Гласко»

10 класс

Аннотация

Цель исследования: Создать модель звездной системы с помощью интерактивной программы Universe sandbox

Задачи исследования:

1. Подобрать и изучить теоретический материал по теме исследования

2. Рассмотреть происхождение и стадии образования Солнечной системы

3. Познакомиться с интерактивной программой Universe sandbox

4. Рассчитать параметры пространства виртуальной звездной системы

5. Составить методические рекомендации по созданию звездной системы

Методы исследования:

1. Изучение литературы и работа с информацией из сети Интернет;

2. Практическая работа

3. Обобщение результатов работы

Полученные данные и выводы:

1. Познакомились с интерактивной программой Universe sandbox

2. Рассчитали параметры пространства виртуальной звездной системы и составили методические рекомендации по созданию звездной системы (Приложение 2).

Тема «Создание звездной системы»

Андреев Александр Александрович

Россия, Забайкальский край, Могойтуйский район, поселок Могойтуй

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 имени В.Р.Гласко»

10 класс

План исследований.

Актуальность: С давних времен люди начали задумываться насчет того на чем мы живем, что светит так ярко, есть ли еще жизнь на других планетах, почему зажигаются звезды, есть ли границы звездной Вселенной? На эти вопросы люди пытаются найти ответы.

Человечество с самого начала своего существования пытается постичь истинную природу вещей, которые нас окружают. Учитывая, что технологии и наука в наш век бурно развиваются, этот вопрос обрел более конкретное воплощение: может ли наша реальность быть всего лишь компьютерной симуляцией?

С появлением новых сверхмощных телескопов, астрономы всего мира открывают все новые и новые звезды, астероиды, и может быть, когда-то откроют новую планету, на которой существует жизнь.

Проблема: Меня заинтересовал вопрос происхождения нашей Солнечной системы, что способствовало этому и какова продолжительность жизни галактики. Можно ли создать другую звездную систему?

Гипотеза: Предположим, что абсолютно каждый человек может создать свою модель звездной системы. Это поможет лучше запомнить ее строение и узнать разные сущности.

Новизна: новизна исследования заключается в том, что будет создана модель звездной системы и представлены методические рекомендации по созданию этой модели.

Практическая значимость: Исследовательская работа содержит наглядный материал необходимый для проведения практических занятий на уроках географии, математики, астрономии и физики.

Предмет: Вселенная.

Объект: Модель звездной системы.

Научная статья

Развитие представлений о происхождении Солнечной системы

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом Иммануилом Кантом и французским математиком, и физиком Пьером Симоном Лапласом:

1. Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты [1].

2. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты [2].

Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа (Приложение 1. Рисунок 1).

3. Английский астроном Хойл утверждает, что Солнце в момент рождения представляло собой сгусток газопылевой туманности, в котором существовало магнитное поле. Вначале он вращался с большой скоростью, а позже из-за влияния магнитного поля его вращение начало снижаться. [3]

4. Гипотеза Джинса – формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате часть выброшенного в космическое пространство вещества конденсировалось и образовало планеты. [4]

5.Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта. [5]

Стадии образования Солнечной системы.

Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км (Рисунок 2).

Образование Солнца.

В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. За счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться. Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.

Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий. С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет. Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце (Рисунок 3). [6]

Протопланетный диск.

Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она  в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа. После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск (Рисунок 4).

Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой.  Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты [7].

Формирование планет земной группы.

А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца. Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород. Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты. Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет. С ближайших ядер звезда «сдула» газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс (Рисунок 5).

Возникновение газовых гигантов

Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс (Рисунок 6). До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска. Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.

Одной из заключительных стадий эволюции Солнечной системы стало образование главного пояса астероидов. Считается, что он образован из «строительного материала», оставшегося после формирования основных планет [8].

Образование спутников

В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет (Рисунок 7).  Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Так возле Земли появилась Луна.

Различают три основных механизма их формирования: 1. формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов); 2. формирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом); 3. захват пролетающего объекта

Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.

Будущее Солнечной системы

По последним научным данным, Солнечная система является стабильной системой (Рисунок 8). То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца. Другими словами, не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца в фазу красного гиганта. Спустя 1 миллиард лет из-за увеличения солнечного излучения околозвёздная обитаемая зона Солнечной системы будет смещена за пределы современной земной орбиты.

Практическая часть

Изучив литературу и получив нужную информацию, приступили к практической части проекта. Для ее выполнения выбрали приложение "UniverseSandbox".В этом приложении можно экспериментировать над Солнечной системой или создать планеты, свою галактику, звездную систему. Universe Sandbox — основанный на реальной физике симулятор космоса, который позволяет создавать, разрушать и взаимодействовать в невиданных ранее масштабах. Он объединяет в реальном времени гравитацию, климат, столкновения и взаимодействия материи, чтобы показать нам красоту вселенной и хрупкость нашей планеты.

1. Для начала создали звезду, вокруг которой будут вращаться планеты. Звезду назвали Перун в честь одного из главных богов Древней Руси. Масса этой звезды составляет 1.4 массы Солнца. Плотность составляет 11 г/см3.А температура равна 3984 К. Радиус равен 1.35 радиуса Солнца.

2. Следующим действием создали первую планету - Рарог. Масса этой планеты составляет 2.6 массы Земли. Радиус составляет 2.2 Радиуса Земли. Температура равна 465 оС. Скорость-82 км/с. Период вращения 22 часа.

3. Далее создали вторую планету - Сварог. Её масса очень мала, она составляет 0.3 массы Земли. Радиус равен 0.7 радиусу Земли. Температура на этой планете546 оС. Скорость 71.6 км/с.Период вращения 16.1 час.

4. Третья планета звездной системы-экзопланета - Морена. Её масса составляет 2.4 массы Земли. Радиус равен 1.3 радиуса Земли. Температура на ней равна 463 оС. Скорость 67 км /с. Период вращения равен всего 3 часа.

5. Следующая планета Стрибог, чем-то похожа на нашу планету. Ведь ее масса составляет 1.3 массы Земли. Радиус равен 1.2 радиуса Земли. Средняя температура планеты составляет 45 оС. Период вращения равен 26 часам, а скорость составляет 58.6 км/с.

6. Далее идут 3 планеты-гиганты. Масса первой планеты-гиганта Триглав составляет 26.6 массы Земли. Радиус равен 6 радиусам Земли. Плотность это планеты составляет 3.3 г/см3. Температура 267 оС. Скорость 50.7 км/с. Период вращения 1.1 сутки.

7. Вторая планета-гигант - Святовит. Масса планеты составляет 5.2 массы Земли. Радиус равен 2.9 радиуса Земли. Температура 188 оC. Плотность равна 0.9 г/см3, период вращения 8.7 суток. Скорость 48.3 км/с.

8. Третья планета-гигант и последняя планета системы Семаргл. Её масса составляет 4.5 земель. Радиус равен 3 радиусам Земли. Плотность этой планеты 0.8 г/см3.Температура на этой планете равна 234 оС. Скорость 45 км/с.Период вращения 12 суток.

9.В итоге получилась система, состоящая из 7 планет и светила по центру

Эта система находится в галактике, которую мы назвали, галактика Андреева.

Заключение

В ходе подготовки этой работы нам удалось узнать:

1. Образование Солнечной системы

2. Предположения ученых о происхождении Солнечной системы,

3. Типы небесных тел (планеты земной группы и планеты – гиганты, их спутники)

4. Программу – симулятор Universe Sandbox.

Используя полученные знания и программу – симулятор Universe Sandbox, результатом работы стала модель звездной системы. Таким образом, наша гипотеза подтвердилась.

В ходе использования интерактивной программы составлены методические рекомендации по работе в данной программе.

Полученные знания пригодятся не только для того, чтобы удовлетворить наш интерес к Космосу, они пригодятся на уроках физики, математики, географии и астрономии, а также можно демонстрировать созданные модели звездных систем в нашем школьном планетарии.

Список литературы

1. Кант И. Сочинения в шести томах. – Т.1.– М.: Мысль, 1963. – 543 с.
2. Лаплас П.С. Изложение системы мира.– Л.: Наука, 1982. – 376 с.
3. Хойл Ф. Галактики, ядра и квазары. М., 1968.
4. Космогония / Б. Ю. Левин, С. Б. Пикельнер // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. 
5. Воронцов-Вельяминов, Б.А..Астрономия. Базовый уровень. 11 класс: учебник/

Б.А.Воронцов  –  Вельяминов, Е.К. Страут.- 5-е изд.,пересмотр. – М.:Дрофа, 2018. – 238, [2] с.: ил., 8 л. цв. вкл.

6.  Ребекка Бойл. Тайная жизнь Солнца // В мире науки. — 2018.