Межзвездная среда
Тема. Межзвездная среда. Межзвездные газ и пыль.
Автор: Гомулина Н.Н.
Тип урока. Комбинированный урок.
Цель урока. Дать представление учащимся о составных частях нашей Галактики - межзвездной пыли и ГМО. Знакомство с основными классами туманностей: гигантскими молекулярными облаками (ГМО); эмиссионными и отражательными туманностями, темными туманностями и глобулами.
Формирование понятия «состав Галактики». В состав Галактики входят звезды, звездные скопления, туманности, межзвездный газ и пыль. В пространстве между звездами есть очень разреженная диффузная материя (преимущественно водород), магнитные и гравитационные поля. Межзвездное пространство пронизывают потоки космических лучей и электромагнитное излучение.
Основные понятия. Кругооборот вещества в галактике. ГМО. Эмиссионные туманности. Отражательные туманности. Темные туманности. Процесс излучения туманностей.
Мировоззренческий аспект урока. Формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с физической природой звезд и звездных систем, туманностей и космической среды; при изучении материала об образовании звезд и звездных систем как одного из проявлений космических космогонических процессов: образование звезд из межзвездной среды, образование планет и Земли из «вторичного» звездного материала после вспышек сверхновых звезд.
Межпредметные связи на уроке.
- Физика: спектральный анализ, излучение термоядерный синтез, скорость света, элементарные частицы.
- Биология: познание сущности жизни на клеточном и молекулярном уровнях.
Использование новых информационных технологий: Использование интерактивной доски и интерактивных моделей курса серии «Открытая коллекция» «Астрономия, 10–11 классы» (Windows, Linux)
План урока
|
Этапы урока
|
Время, мин.
|
Приемы и методы
|
|
I. Организационный момент. Актуализация знаний.
|
2
|
Беседа с учащимися
|
|
II. Изложение нового материала
1. Состав нашей Галактики.
2. Космическая среда, ГМО и туманности.
3. Диаграмма энергетических уровней атома водорода и переходы, соответствующие различным спектральным сериям. Излучение водорода в нашей Галактике.
|
10
|
Формирование у учащихся конкретных представлений об изучаемых фактах, понятиях, явлениях, их сущности и взаимосвязях.
|
|
III. Обобщение знаний. Формирование умений и навыков.
|
24
|
Краткий опрос учащихся по новому материалу для контроля усвоенного и проведения первичного закрепления материала. Анализ раздаточного материала.
|
|
IV. Первичная проверка усвоения знаний. Рефлексия.
|
6
|
Работа с тестами, содержащими мультимедиа объекты по теме «Межзвездная среда»
|
|
V. Домашнее задание.
|
3
|
Комментарии учителя по домашнему заданию
|
Методические указания.
Учащиеся в процессе урока должны познакомиться с развернутым определением «галактика»
Необходимо подчеркнуть недостаточность определения Галактики как звездной системы (или «звездного острова»), поскольку в состав Галактики входят не только звезды. Следует заметить, что центр Галактики, скрытый непрозрачными пылевыми облаками и доступный наблюдениям в инфракрасном, радио-, рентгеновском и гамма-диапазонах, представляет собой одну из самых загадочных и при этом достаточно близкую от нас область Вселенной. В настоящее время путем анализа движения ближайших звезд доказано, что в центре Галактики находится черная дыра.
Учащиеся в процессе урока должны научиться отличать разные типы туманностей от планетарных туманностей, различать темные туманности и глобулы, делать выводы о формировании излучения туманностей.
Поскольку в течение данного урока будут повторяться такие темы по физике, как энергетические уровни атома водорода, непрерывный спектр, эмиссионный спектр, данный урок является исключительно важным в укреплении межпредметных связей.
Раздаточный материал выдается каждому учащемуся в начале урока.
I. Раздаточный материал для учащихся
В состав нашей Галактики входят не только звезды. Основная масса межзвездной среды приходится на разреженный газ.
Диаграмма энергетических уровней атома водорода и переходы, соответствующие различным спектральным сериям.
Изолированные атомы в виде разреженного газа испускают спектр, состоящий из отдельных спектральных линий – линейчатый спектр. Эмиссионные туманности имеют эмиссионные спектры с линиями излучения. У ярких туманностей бывает слабый непрерывный спектр.
Какие линии выделяются? Наиболее яркими являются линии водорода Нa и Нb.
Около эмиссионных туманностей всегда можно найти звезду раннего спектрального класса О или В, обладающую мощным ультрафиолетовым изучением с температурой около 20000–30000К. Она и является причиной свечения эмиссионной туманности. Поглощенная атомом туманности энергия ультрафиолетового кванта звезды большей частью идет на ионизацию атома. Атомы туманности переизлучают в менее энергичных квантах видимого диапазона.
Газ в межзвездной среде может быть либо ионизован, либо нейтрален. Первые области называют областями Н II, вторые – областями Н I.
Пространство между звездами заполнено разреженным веществом (пыль, газ), излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5–50К и очень горячий газ с температурой 106К – корональный газ. По температуре и плотности межзвездные облака делят на разные типы.
Среди молекулярных облаков выделяются гигантские молекулярные облака с массами 105–106 М?. Температура таких облаков от5 до 30К. В галактическом диске более 6000 таких облаков, и в них содержится 90% всего молекулярного газа. Гигантские молекулярные облака связаны с очагами звездообразования.
Параметры составляющих межзвездной среды
|
Название объектов
|
Температура Т, К
|
Концентрация атомов и молекул n, см -3
|
|
Планетарные туманности
|
10000 К – 20000 К
|
103–106
|
|
Эмиссионные туманности, области ионизованного водорода Н II
|
10000 К
|
1–100
|
|
Облака Н I, области
неионизованного водорода
|
80
|
10
|
|
Темные облака
|
10–100 К
|
102–104
|
|
Молекулярные облака
|
5–30 К
|
400–106
|
|
Глобулы
|
10–30 К
|
103–106
|
|
Источники пыли в Галактике
|
Интенсивность сброса пыли в Галактику в год
|
|
Красные гиганты
|
3•10–3 М?
|
|
Взрывы новых
|
2•10–3 М?
|
|
Взрывы сверхновых
|
3•10–3 М?
|
|
Протозвезды
|
0,2•10–3 М?
|
|
Планетарные туманности
|
0,4•10–3 М?
|
|
Звезды типа WR
|
0,01•10–3 М?
|
II. Организационный момент. Актуализация знаний
Состав нашей Галактики.
В Галактике между звездами пространство не пустое, а заполнено межзвездным газом, пылью и космическим излучением.
|
Наша Галактика представляет собой сложную систему, в состав которой кроме звезд входят межзвездное вещество, пыль, гигантские молекулярные облака, скопления звезд, космические лучи, электромагнитное излучение.
|
1. Какие объекты входят в состав нашей Галактики?
2. О каких объектах забыли при ответе, если сказали, что Галактика состоит из звезд?
III. Изложение нового материала
1. Состав нашей Галактики.
2. Космическая среда, ГМО и туманности.
3. Диаграмма энергетических уровней атома водорода и переходы, соответствующие различным спектральным сериям. Излучение водорода в нашей Галактике.
В галактиках межзвездное вещество сконцентрировано в гигантских молекулярных облаках, диффузных туманностях, планетарных туманностях.
Вначале дают характеристику различных туманностей. Показывают объекты «Планетарные туманности», «Эмиссионные туманности», «Темные туманности и глобулы».
Эмиссионные туманности - облака межзвездного газа и пыли, видимые благодаря их собственному излучению.
|
Туманность Ориона М 42
|
Эмиссионная туманность IC 410
|
|
Эмиссионная туманность IC 1396
|
Эмиссионная туманность N44 в Большом Магеллановом Облаке
|
|
Эмиссионная туманность «Розетка» NGC 2237
|
Туманность «Лисий мех»
|
Планетарная туманность – это яркая туманность, оболочка, сбрасываемая звездой в конце ее эволюции. Планетарные туманности были открыты английским астрономом Гершелем в 1783 году. Их название отражает их некоторое сходство с дисками внешних планет – Урана, Нептуна при наблюдении в телескоп с небольшим увеличением.
Планетарная туманность не имеет никакого отношения к образованию планет и является конечной стадией эволюции гиганта.
|
|
|
|
NGC 2440
|
М27 (NGC 6853). Планетарная туманность «Гантель»
|
|
|
|
|
Планетарная туманность Стухшее Яйцо
|
Планетарная туманность Бабочка
|
|
|
|
|
NGC 6369
|
NGC 3132
|
|
|
|
|
Планетарная туманность Кошачий Глаз
|
Планетарная туманность IC 418 в созвездии Зайца.
|
|
|
|
|
NGC 7027
|
Планетарная туманность Муравей
|
Молекулярные облака – это области повышенной плотности вещества. Часто это области молекулярного водорода, но могут присутствовать и более сложные молекулы. Температура внутри облаков менее 100 К, а в наиболее плотных может уменьшаться до 5-10 К. В наиболее плотных областях идет формирование новых звезд.
Особо выделяют гигантские молекулярные облака (ГМО), имеющие размеры 20 пк и массу, превышающую массу Солнца в миллионы раз. В галактическом диске примерно 6000 таких облаков, и в них содержится 90 % всего молекулярного газа. ГМО сосредоточены преимущественно в рукавах Галактики.
 |
 |
Гигантское молекулярное облако в созвездии Орион. Находится рядом с туманностью М 42
|
Молекулярное облако Барнард 68 |
 |
 |
| Гигантское молекулярное облако в созвездии Единорог расположено на расстоянии 2400 световых лет от Солнца, размеры ГМО – 15 световых лет. |
В туманности Орел (М–16) были найдены плотные области молекулярного водорода, которые получили название «Яйца». В данном случае это перевод английской аббревиатуры «EGG», означающей испаряющиеся газовые глобулы |
IV. Обобщение знаний. Формирование умений и навыков
Ответы учащихся на тестовые задания, содержащие мультимедио-объекты:
1. Почему на фотографии Млечного Пути межзвездная пыль выглядит более темными областями на светлом фоне?
a. Межзвездная пыль интенсивно поглощает свет звезд, находящихся за ней.
b. Масса пыли в нашей Галактике намного превышает массу звезд и межзвездного газа.
c. Размер частиц межзвездной пыли большой и затмевает дальние звезды галактики.
2. В левой части Млечного Пути на данной модели видны красные туманности. В результате чего образуется красный цвет таких туманностей?
a. Красные туманности – это межзвездный газ, который подсвечивается светом красных гигантов и сверхгигантов, при этом цвет туманностей становится красным.
b. Красные туманности – это межзвездный газ, который состоит преимущественно из водорода, может светиться, если горячие звезды освещают его ультрафиолетовым излучением. Ультрафиолетовое излучение горячих звезд ионизирует атомы водорода. Атом водорода при переходе из возбужденного состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией излучает красный свет.
c. Красные туманности являются холодными областями межзвездного газа, богатыми межзвездной пылью, в которых происходит процесс звездообразования.
d. Красный цвет туманностей объясняется поглощением и покраснением света межзвездной пылью. Лучи красного цвета меньше поглощаются и рассеиваются межзвездными пылинками, чем синие.
3. В диске галактики расположены спиральные ветви, которые выделяются своей яркостью из-за того, что в них расположено много ярких, молодых звезд. Большая часть межзвездного газа и межзвездной пыли сосредоточено в диске галактики. Изображение получено спутником COBE и представляет собой карту всего неба.
Установите соответствие:
|
I. Плоскость нашей Галактики
|
a. проходит горизонтально через центр
|
|
II. Межзвездная пыль
|
b. расположен центр нашей Галактики
|
|
III. В нижней правой части карты всего неба
|
c. видны соседние галактики Большое и Малое Магеллановы Облака
|
|
IV. В центре карты всего неба
|
d. находится в диске нашей Галактики
|
|
V. Наибольшее количество ярких звезд
|
e. выделяется более темной полосой
|
Верные ответы:
3.
|
I. Плоскость нашей Галактики
|
a. проходит горизонтально через центр
|
|
II. Межзвездная пыль
|
e. выделяется более темной полосой
|
|
III. В нижней правой части карты всего неба
|
c. видны соседние галактики Большое и Малое Магеллановы Облака
|
|
IV. В центре карты всего неба
|
b. расположен центр нашей Галактики
|
|
V. Наибольшее количество ярких звезд
|
d. находится в диске нашей Галактики
|
V. Первичная проверка усвоения знаний. Рефлексия
Тест к уроку «Межзвездная пыль и ГМО. Кругооборот вещества в галактик».
Вариант № 1
1. Галактика – это:
a. система из 200 миллиардов звезд, межзвездной пыли, туманностей, звездных скоплений, и других космических тел, космических лучей и полей;
b. скопление звезд на Млечном Пути;
c. другое название Солнечной системы;
d. другое название Вселенной.
2. Эмиссионные туманности:
a. имеют непрерывный спектр с яркими линиями поглощения;
b. имеют эмиссионный спектр с линиями излучения.
3. Причина свечения эмиссионной туманности:
a. красный сверхгигант с температурой фотосферы 3000 К;
b. звезда главной последовательности спектрального класса G с температурой около 6000 К (типа Солнца);
c. голубой сверхгигант спектрального класса О или В.
4. Наиболее массивными объектами межзвездной среды являются:
a. планетарные туманности;
b. гигантские молекулярные облака;
c. глобулы.
5. Наиболее холодными объектами межзвездной среды являются:
a. облака Н I, области неионизованного водорода;
b. облака Н II, области ионизованного водорода (эмиссионные туманности);
c. глобулы.
6. Источниками наиболее интенсивного сбора пыли в Галактику являются:
a. сверхновые звезды и красные гиганты;
b. планетарные туманности;
c. вспышки новых звезд.
7. Какие линии излучения водорода, как правило, являются наиболее яркими в эмиссионных спектрах ярких туманностей:
a. наиболее яркими являются линии водорода Нd (l=410 нм) и Нg (l=434 нм);
b. наиболее яркими являются линии водорода Нa (l=652 нм) и Нb (l=486 нм);
c. наиболее яркими являются линии водорода Нa (l=652 нм) и Нg (l=434 нм).
8. Подпишите на схеме, как происходит кругооборот вещества в Галактике
Тест к уроку «Межзвездная пыль и ГМО. Кругооборот вещества в галактик».
Вариант № 2.
1. Галактика – это:
a. система из 200 миллиардов звезд, звездных скоплений, туманностей, межзвездного газа и пыли. В пространстве между звездами есть очень разреженная диффузная материя (преимущественно водород), магнитные и гравитационные поля. Межзвездное пространство пронизывают потоки космических лучей и электромагнитное излучение;
b. название Вселенной;
c. скопление звезд на Млечном Пути;
d. другое название Солнечной системы.
2. Планетарные туманности:
a. имеют непрерывный спектр с яркими линиями поглощения;
b. имеют эмиссионный спектр с линиями излучения.
3. Причина свечения планетарной туманности:
a. красный сверхгигант с температурой фотосферы 3000 К, окруженный яркой, стационарной газовой оболочкой;
b. звезда относится к типу RV Тельца и планетарная туманность – это оболочка, которую звезда сбрасывает с себя;
c. звезда теряет массу в виде солнечного ветра, имеющего скорость до 30км/с;
d. причиной может быть один из перечисленных пунктов.
4. Наиболее массивными объектами межзвездной среды являются:
a. планетарные туманности;
b. гигантские молекулярные облака;
c. глобулы.
5. Наиболее холодными объектами межзвездной среды являются:
a. облака Н I, области неионизованного водорода;
b. облака Н II, области ионизованного водорода (эмиссионные туманности);
c. глобулы.
6. Источниками наиболее интенсивного сбора пыли в Галактику являются:
a. сверхновые звезды и красные гиганты;
b. планетарные туманности;
c. вспышки новых звезд.
7. Какие линии излучения водорода, как правило, являются наиболее яркими в эмиссионных спектрах ярких туманностей:
a. наиболее яркими являются линии водорода Нd (l=410 нм) и Нg (l=434 нм);
b. наиболее яркими являются линии водорода Нa (l=652 нм) и Нg (l=434 нм);
c. наиболее яркими являются линии водорода Нa (l=652 нм) и Нb (l=486 нм).
8. Подпишите на схеме, как происходит кругооборот вещества в Галактике.
|
Вариант
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
№ 1
|
а
|
а
|
в
|
б
|
в
|
а
|
б
|
Ответ на рисунке
|
|
№ 2
|
а
|
б
|
г
|
б
|
в
|
а
|
в
|
Ответ на рисунке
|
VI. Домашнее задание
По материалу учебников:
- Е. П. Левитана: изучить § 28, вопросы к параграфу.
- А. В. Засова, Э.В. Кононовича: изучить § 30 (1, 2, 3), вопросы к параграфу.
