Mokslininkai, analizuodami Merkurijaus orbitą, nustatė Saulės masės praradimo greitį. Tai pirmasis tokio pobūdžio stebėjimo tyrimas. Anksčiau Saulės masės praradimo greičio įvertinimai buvo tik teoriniai.
Mūsų namų žvaigždė nuolat praranda masę, kaip ir daugelis kitų Visatos žvaigždžių. Autoriai: NASA/SDO.
Savo tyrimui mokslininkai pasirinko Merkurijaus orbitą. Tai paaiškinama tuo, kad Merkurijaus orbita yra itin jautri tokiems pokyčiams. “ Merkurijus yra tinkamas objektas masės praradimui iš Saulės įvertinti, nes jo orbita yra labai jautri mūsų žvaigždės gravitacinei įtakai ir aktyvumui. — sakė naujojo tyrimo pagrindinis autorius Antonio Genova iš NASA Goddardo kosminių skrydžių centro. Be to, ilgą laiką Merkurijaus orbitoje yra NASA automatinė tarpplanetinė stotis (AIS)« Messenger“, kuris žmonėms perdavė neįkainojamus mokslinius duomenis apie arčiausiai Saulės esančią planetą. Šiuo erdvėlaiviu gautus duomenis apie Merkurijaus orbitą mokslininkai naudojo savo skaičiavimuose.
Tyrimas paremtas įdomiu reiškiniu. Yra žinoma, kad laikui bėgant Saulės sistemos planetų orbitos plečiasi. Taip yra dėl to, kad mūsų žvaigždė palaipsniui praranda masę, o jos gravitacinė įtaka silpnėja.Išanalizavę Merkurijaus judėjimą ir atsižvelgdami į Saulės sistemos objektų gravitacinės įtakos šiam judėjimui bei kitus jam įtakos turinčius veiksnius, mokslininkai sugebėjo įvertinti planetos orbitos plėtimąsi dėl masės praradimo. Saulė. Remiantis šiais duomenimis, tapo aišku, kokiu greičiu mūsų žvaigždė praranda masę.
Tyrimo rezultatai labai artimi teoriniams skaičiavimams ir taip pat padėjo juos išsiaiškinti. Nauji duomenys pasirodė šiek tiek mažesni nei teoriniai skaičiavimai, tačiau turi mažiau neapibrėžtumo. Taigi Saulės masės praradimo greitis yra maždaug vienas procentas jos pradinės masės per 10 milijardų metų. To pakanka, kad mūsų žvaigždės gravitacinė įtaka susilpnėtų tiek, kad Saulės sistemos planetų orbitos pradėtų plėstis 1,5 centimetro per metus vienam astronominiam vienetui. Tai gana maža vertė, ir toks plėtimasis beveik neturi įtakos, pavyzdžiui, planetų paviršių ar atmosferų fizinėms sąlygoms.
Bet kaip Saulė praranda savo masę? Tai daugiausia vyksta dėl termobranduolinių reakcijų žvaigždės šerdyje ir saulės vėjo. Kai žvaigždės šerdyje vyksta termobranduolinė helio atomo sintezės reakcija iš protonų ir elektronų, helio ir protonų masių skirtumas paverčiamas helio kinetine energija ir elektronų neutrinų energija. Saulės vėjas – tai dalelių (daugiausia jonų) srautas, sklindantis iš Saulės 300-1200 km/s greičiu. Tačiau tai daro ne tik Saulė, bet ir kitos Visatos žvaigždės, o didžiausios iš jų per vienerius Žemės metus gali prarasti masę, kuri daug tūkstančių kartų viršija Žemės masę.
Saulė – moneta“, – niurzgėjo šykštus vyras.
Ne, keptuvė! - sušuko rijūnas.
„Ne, tai kepalas“, – pasakė kepėjas.
Kompasas“, – įsitikinęs kalbėjo jūreivis.
Saulė yra žvaigždė, paskelbė astronomas.
Maloni širdis - nusprendė svajotojas.
Tema: Energijos šaltiniai ir vidinė struktūra.
Tikslas: Apsvarstykite saulės energijos šaltinį, termobranduolines reakcijas (protono-protono ciklą) ir vidinę žvaigždžių struktūrą.
Užduotys
:
1. Švietimo: Supažindinkite su sąvokomis: Saulė kaip karštas plazmos rutulys, termobranduolinė reakcija, masės defektas, protonų-protonų ciklas. Apsvarstykite galimybę apskaičiuoti vidinės Saulės struktūros parametrus naudojant elementarias fizikines ir matematines sąvokas. Pateikite idėją apie helioseismologiją.
2. Ugdantis: Skatinti idėjų apie priežasties ir pasekmės ryšius gamtoje formavimąsi (naudojant reiškinių grandinės svarstymo pavyzdį – nuo vandenilio atomų branduolių virsmo helio atomų branduoliais Saulės gelmėse iki Žemės apšvietimas ir šildymas saulės šviesa ir šiluma). Pabrėžkite, kad Saulės šviesumas bus toks pat kaip dabar milijardus metų. Naudodamiesi saulės energijos šaltinių paslapties sprendimo pavyzdžiu, demonstruokite pasaulio pažinimą ir jo dėsnius. Pabrėžkite didžiulę praktinę helio atradimo Saulėje ir termobranduolinio saulės energijos šaltinio reikšmę mokslo ir technologijų pažangai.
3. Vystantis: Pažymėkite pagrindinį dalyką pamokos temoje: skirtingai nuo planetų ir jų palydovų, asteroidų ir kometų, Saulė yra savaime šviečiantis dangaus kūnas, skleidžiantis šviesą ir šilumą, siekiant sudominti mokinius aktualiomis probleminėmis situacijomis. Naudodamiesi saulės energijos šaltinių pavyzdžiu, pademonstruokite neatskiriamą ryšį tarp mikro- ir makrokosmoso reiškinių.
Žinokite:
I lygis(standartas) - turi idėją apie neišsenkančios saulės energijos šaltinį, vidinę struktūrą.
II lygis- turėti idėją apie neišsenkančios Saulės energijos šaltinį, vidinę struktūrą ir energijos perdavimo iš gelmių į paviršių būdus.
Gebėti:
I lygis(standartinis) - atlikite energijos skaičiavimus naudodami Einšteino formulę.
II lygis- atlikti energijos skaičiavimus naudojant Einšteino formulę, apytikslius slėgio ir temperatūros parametrus su gyliu.
Įranga: Lentelės: Saulė, Saulės sandara. Termobranduolinės reakcijos schema. CD - "Red Shift 5.1". PKZN. TsOR grafika (žemiau), kad susidarytų idėją apie neišsenkančios Saulės energijos šaltinį, vidinę struktūrą. turi idėją apie neišsenkančios Saulės energijos šaltinį, vidinę struktūrą ir energijos perdavimo iš vidaus į paviršių būdus.
Tarpdisciplininiai ryšiai: fizika (termobranduolinės reakcijos, elementarios dalelės, masės defektas, helio vaidmuo atomų fizikoje, atomų jonizacija ir kt.), chemija (Mendelejevo periodinės lentelės elementai – vandenilis ir helis, a.m.u.), matematika (užduočių sprendimui reikalingi skaičiavimai ).
Pamokos eiga:
aš Studentų apklausa.
| Prie lentos: | 1. Chromosfera. 2. Fotosfera 3. Saulės vainikas ir aktyvumas. 4. Užduotis Nr. 3 (p. 118, plika akimi matomas objektas Ø = 45 tūkst. km, bet Žemės dydžio dėmės nematyti). |
| Poilsis: |
|
| Užduotis: | Kokia yra spinduliuotės galia 1 kg saulės medžiagos. ( N = L/M = 3,876. 10 26/2. 10 30≈1,94. 10-4 W) |
II Nauja medžiaga
1. Saulės energijos šaltinis.
Išmeta L? =3,876 .
10 26 J/s – didžiuliai energijos nuostoliai. Tautumo dėsnis →iš kur pasipildo energija, virsta spinduliuote.
1931 metais Hansas Albrechtas Betė rodo, kad energijos šaltinis žvaigždėse yra branduolių sintezė. 1937 m. atrado termobranduolinę reakciją, o 1939 m. darbe „Energijos generavimas žvaigždėse“ sukūrė kiekybinę branduolinių procesų žvaigždžių viduje teoriją, radęs branduolinių reakcijų grandinę (ciklą), vedančią į helio sintezę. (Nob. laureatas).
Saulės (žvaigždžių) viduje H yra jonizuotas – t.y. protonų branduolių pavidalu 1 1 N. Judėdami labai dideliu greičiu (esant T>10 mln. K), protonai šiek tiek suartėja, įveikdami elektrines atstumiančias jėgas, todėl įsijungia branduolinės jėgos ir prasideda reakcija (termobranduolinė). su energijos išlaisvinimu. Galimos dvi tokio tipo termobranduolinių reakcijų Saulėje grupės: protonų-protonų (vandenilio) ciklas ir anglies ciklas (Bethe ciklas). Labiausiai tikėtina, kad Saulėje vyrauja protonų ir protonų ciklas: 1 Н+ 1 Н → 2 D+е + + ν (pozitronas + neutrinas + deuteris +).
2
2,2 MeV D+ 1 H> 3 He+γ (gama kvantinis+tritis+).
3
5,5 MeV Jis+ 3 He → 4 He+ 1 H+ 1 H
(helis + protonas + protonas + 12,8 MeV) ir vėl viskas, t.y. Saulės (žvaigždžių) viduje vandenilis išdega, virsdamas heliu (iš 4 1 H branduolių susidaro 4 He branduolys).
Taip išsiskiria didžiulė energija. Pavyzdžiui, apskaičiuokime energijos išsiskyrimą „deginant“ 1 g vandenilio.
Nes M? =2. 10 30 kg, tada H degs dar 150 milijardų metų, bet centre degs tik 0,1M? , todėl Saulė vis tiek degs apie 5–7 milijardus metų. Visų tipų spinduliuotė kas sekundę nuneša apie ~ 4 mln. Išleidžiama energija viršija viso Žemės rutulio savaitės elektros energijos gamybą ir yra palyginama su žemės drebėjimų ir uraganų energija. - termobranduolinės reakcijos metu atsiradusi elementarioji dalelė laisvai prasiskverbia pro žvaigždes ir planetas. Registruodami juos naudodami neutrinų teleskopus (giliai po žeme, virš vandens), galite „pažvelgti“ į Saulės vidų. Neutrino teleskopai yra Homestake kasykloje (Pietų Dakota, JAV), Japonijoje (Kamiokande sistema), Baikalo ežere ir kt. 2001 m. Sudbury Neutrino observatorija tiesiogiai aptiko visų trijų tipų saulės neutrinus ir parodė, kad jų bendras srautas atitinka standartinį saulės modelį. Tuo pačiu metu tik maždaug trečdalis Žemę pasiekiančių neutrinų yra elektronai. Šis kiekis atitinka teoriją, numatančią elektronų neutrinų perėjimą į kitos kartos neutrinus tiek vakuume (iš tikrųjų „neutrinų virpesiai“), tiek saulės medžiagoje („Mikheev-Smirnov-Wolfenstein efektas“). Taigi dabar saulės neutrinų problema, matyt, išspręsta.
2. Vidinė Saulės sandara.
Papildomai: Kiek energijos išsiskirtų, jei Saulė būtų sudaryta tik iš vandenilio ir visas vandenilis paverstų heliu? Kiek metų pakaktų vandenilio, kad būtų išlaikytas dabartinis Saulės šviesumas? (Sprendimas. 1 kg vandenilio „degimo“ metu išsiskiria apytiksliai 6,3 10 14 J. Saulės masė 2 10 30 kg. Jei darysime prielaidą, kad Saulė susideda tik iš vandenilio, tai šio kiekio degimas vandenilio išskirtų 12,6 10 44 J. Kiekvienais metais Saulė išmeta apytiksliai 12,6 10 33 J. Todėl, norint išlaikyti esamą Saulės šviesumą, vandenilio pakaktų 10 11 metų (akivaizdu, kad faktinis laikas esamam šviesumui palaikyti Saulės vertė turi būti mažesnė už gautą vertę).
Pasikeitė 10.01.2010 metų
| "Planetariumas" 410,05 mb | Išteklius leidžia įdiegti pilną naujoviško edukacinio ir metodinio komplekso „Planetariumas“ versiją mokytojo ar mokinio kompiuteryje. „Planetariumas“ – teminių straipsnių rinkinys – skirtas mokytojams ir mokiniams 10-11 klasių fizikos, astronomijos ar gamtos mokslų pamokose. Diegiant kompleksą, aplankų pavadinimuose rekomenduojama naudoti tik angliškas raides. | ||
| Demonstracinė medžiaga 13,08 MB | Išteklius reprezentuoja novatoriško edukacinio ir metodinio komplekso „Planetariumas“ demonstracinė medžiaga. | ||
| Planetariumas 137,4 kb |
3/20 pamoka
detalus pristatymas
Tema: Energijos šaltiniai ir vidinė Saulės struktūra.
Pamokos eiga:
aš Studentų apklausa.
Prie lentos | 1. Chromosfera 2. Fotosfera 3. Saulės vainikas ir aktyvumas. 4. Užduotis Nr.3 (p. 118) |
Poilsis: | Diktantas: Ką galite pamatyti saulėje per teleskopą? Kokia yra Saulės sukimosi kryptis? Kas yra saulės paralaksas? Kiek kartų Saulė didesnė už Žemę? Kokia yra efektyvi saulės temperatūra? Kodėl saulės dėmė yra tamsesnė už fotosferą? Kokį atmosferos sluoksnį matome ant Saulės? Kiek kartų reikia padidinti Saulės dydį, kad šviesumas padidėtų dvigubai? Koks yra saulės aktyvumo laikotarpis? Ryškūs milžiniški išsikišimai ir arkos (medžiagos išmetimas iš Saulės į chromosferą) Priežastis, kodėl Saulėje atsirado granulės. Saulės kampinis dydis (tariamas skersmuo). Kokia yra materijos fizinė būsena Saulėje? Idealus emiteris yra energijos sugėriklis. Dėmių atsiradimo priežastis? |
Užduotis: | Kokia yra spinduliuotės galia 1 kg saulės medžiagos. |
II Nauja medžiaga.
1. Saulės energijos šaltinis.
Išmeta Lʘ=3,876 . 1026 J/s yra didžiulis energijos nuostolis. Apsaugos įstatymas → Iš kur pasipildo energija, virsta spinduliuote?.
1931 metais Hansas Albrechtas Betė rodo, kad energijos šaltinis žvaigždėse yra branduolių sintezė. 1937 m. atrado termobranduolinę reakciją, o 1939 m. darbe „Energijos generavimas žvaigždėse“ sukūrė kiekybinę branduolinių procesų žvaigždžių viduje teoriją, radęs branduolinių reakcijų grandinę (ciklą), vedančią į helio sintezę.
Grandinė (ciklas) protonas-protonas (nors yra ir kitų ciklų):
1 Н+1Н→2D+е++ν 1 Н+ 1 Н → 2 D+е + + ν (pozitronas + neutrinas + deuteris +).
2 D+1H>3He+γ D+ 1 H> 3 He+γ (gama kvantinis+tritis+).
3 Jis+3He→4He+1H+1H(helis+protonas+protonas+ 12,8 MeV)
Taip išsiskiria didžiulė energija. Naudojant formules galima apskaičiuoti energijos išsiskyrimą vandenilio „degimo“ metu.
Kadangi Mʘ = 2,1030 kg, tai H degs dar 150 milijardų metų, bet centre dega tik 0,1 Mʘ, todėl Saulė dar degs apie 5-7 milijardus metų. Visų tipų spinduliuotė kas sekundę nuneša apie ~ 4 mln.
Nes M? =2. 10 30 kg, tada H degs dar 150 milijardų metų, bet centre degs tik 0,1M? , todėl Saulė vis tiek degs apie 5–7 milijardus metų. Visų tipų spinduliuotė kas sekundę nuneša apie ~ 4 mln. Išleidžiama energija viršija viso Žemės rutulio savaitės elektros energijos gamybą ir yra palyginama su žemės drebėjimų ir uraganų energija. - termobranduolinės reakcijos metu atsiradusi elementarioji dalelė laisvai prasiskverbia pro žvaigždes ir planetas. Registruodami juos neutrinų teleskopais (giliai po žeme, virš vandens), galite „pažvelgti“ į Saulės vidų.
2. Vidinė Saulės sandara.
T=T(r) ρ=ρ (r) | gylio funkcijos |
||
Susitikimo zona - vyksta maišymas. Įkaitę sluoksniai kyla į fotosferą ir vėsdami užleidžia vietą žemesniems, labiau įkaitusiems sluoksniams. Apytikslius skaičiavimus galima atlikti naudojant įprastas formules, identifikuojant stulpelį, kurio plotas yra S Ir h = R F=mg=ρVg=ρSRg. Iš visuotinės gravitacijos dėsnio g=GM/R2 . Tada stulpo svoris P=ρSGM/R. Taigi spaudimas p=F/S=ρGM/R. Taikant Mendelejevo-Klapeirono lygtį ( pV=(m/μ)RT) galite apskaičiuoti vieną iš parametrų: slėgį, vidutinį tankį, temperatūrą, jei žinomi kiti. |
3. Medžiagos tvirtinimas
1. Užduotis: Kiek svorio saulė numeta per 1 minutę?
2. Užduotis: Kokia energija patenka į ežerą? Smėlėtas, kurio plotas 1,2 kvadratinio metro. km, 1 minutę giedru oru, jei Saulės aukštis virš horizonto yra 45o, o per atmosferą praeina 80% saulės energijos? Kada saulė yra tokiame aukštyje?
3. Užduotis: Palyginkite energijos kiekį, išsiskiriantį pliūpsnio metu, su energijos kiekiu, išsiskiriančiu sprogstant megatoninei bombai (410 J).
III. Apatinė eilutė
1. Iš kur Saulė gauna neišsenkamą energijos šaltinį?
2. Kas yra protonas-protonas ciklas?
3. Kaip apskaičiuoti Saulės skleidžiamą energiją, masės defektą?
4.Kokia yra vidinė Saulės sandara?
5. Kaip vyksta energijos perdavimas iš vidaus į paviršių?
6. Pažymiai.
Namuose: §20, klausimai 122 p., PR Nr
Papildomai: Kiek energijos išsiskirtų, jei Saulė būtų sudaryta tik iš vandenilio ir visas vandenilis paverstų heliu? Kiek metų pakaktų vandenilio, kad būtų išlaikytas dabartinis Saulės šviesumas?
