План конспект урока

ЗВЕЗДЫ

Цель урока: Формирование понятийного аппарата, необходимого для усвоения информации о строении и разнообразии звезд основных типов. Рассмотреть виды галактик и классификацию звезд.

Задачи:

1. Обучающая: Ввести понятия: другие галактики, радиогалактики, квазары, каталоги. Подчеркнуть, что мир галактик многообразен, дав представление об основных классах галактик (эллиптических, линзовидных, спиральных, неправильных, взаимодействующих, карликовых и т.д.), их структуре, составе, физических характеристиках; о космическом явлении активности ядер галактик; о межгалактических расстояниях.

2. Воспитывающая: Патриотическое воспитание при сообщении сведений о роли советских ученых в изучении природы галактик. Политехническое образование и трудовое воспитание при повторении и углублении знаний о методах и инструментах, применяемых для изучения галактик (спектральный анализ, радиоастрономия т.д.)

3. Развивающая: анализировать и систематизировать информацию, строить классификационные таблицы и схемы, использовать обобщенные планы изучения космических объектов, процессов и явлений, делать выводы. Решать задачи на расчет межгалактических расстояний и характеристик галактик.

Межпредметные связи: физика (кинетическая энергия, спектральный анализ, термоядерный синтез, скорость света, элементарные частицы), обществоведение (материальность мира и его познаваемость, основные формы существования материи, движение материи, пространство и время в философии диалектического материализма.

Ход урока:

Организационный момент

I. Новый материал

Распределение цветов в спектре =К О Ж З Г С Ф = запомнить можно например по тексту: Как однажды Жак Звонарь городской сломал фонарь.

Исаак Ньютон (1643-1727) в 1665г разложил свет в спектр и объяснил его природу.

Уильям Волластон в 1802г наблюдал темные линии в солнечном спектре, а в 1814г их независимо обнаружил и подробно описал Йозеф фон ФРАУНГОФЕР (1787-1826, Германия) (они называются линиями Фраунгофера) 754 линии в солнечном спектре. В 1814г он создал прибор для наблюдения спектров - спектроскоп.

В 1959г Г. КИРХГОФ, работая вместе с Р. БУНЗЕН с 1854г, открыли спектральный анализ, назвав спектр непрерывным и сформулировали законы спектрального анализа, что послужило основой возникновения астрофизики:

• 1. Нагретое твердое тело дает непрерывный спектр.

• 2. Раскаленный газ дает эмиссионный спектр.

• 3. Газ, помещенный перед более горячим источником, дает темные линии поглощения.

У. ХЕГГИНС первым применив спектрограф начал спектроскопию звезд. В 1863г показал, что спектры Солнца и звезд имеют много общего и что их наблюдаемое излучение испускается горячим веществом и проходит через вышележащие слои более холодных поглощающих газов.

Спектры звезд - это их паспорт с описанием всех звездных закономерностей. По спектру звезды можно узнать ее светимость, расстояние до звезды, температуру, размер, химический состав ее атмосферы, скорость вращения вокруг оси, особенности движения вокруг общего центра тяжести.

2. Цвет звезд

ЦВЕТ - свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. Свет разных длин волн возбуждает разные цветовые ощущения:

от 380 до 470 нм имеют фиолетовый и синий цвет,

от 470 до 500 нм - сине-зеленый,

от 500 до 560 нм - зеленый,

от 560 до 590 нм - желто-оранжевый,

от 590 до 760 нм - красный.

Однако цвет сложного излучения не определяется однозначно его спектральным составом.

Глаз чувствителен к длине волны, несущей максимальную энергию ?мах=b/T (закон Вина, 1896г).

В начале 20-го столетия (1903-1907гг) Эйнар Герцшпрунг (1873-1967, Дания) первым определяет цвета сотен ярких звезд.

3. Температура звезд

Непосредственно связана с цветом и спектральной классификацией. Первое измерение температуры звезд произведено в 1909г германским астрономом Ю. Шейнер. Температура определяется по спектрам с помощью закона Вина [? max.Т=b, где b=0,2897*107A.К - постоянная Вина]. Температура видимой поверхности большинства звезд составляет от 2500 К до 50000 К. Хотя например недавно открытая звезда HD 93129A в созвездии Кормы имеет температуру поверхности 220000 К! Самые холодные - Гранатовая звезда (m Цефея) и Мира (o Кита) имеют температуру 2300К, а e Возничего А - 1600 К.

4. Спектральная классификация

В 1862г Анжело Секки (1818-1878, Италия) дает первую спектральную классическую звезд по цвету, указав 4 типа: Белые, Желтоватые, Красные, Очень красные

Гарвардская спектральная классификация впервые была представлена в Каталоге звездных спектров Генри Дрэпера (1884г), подготовленного под руководством Э. Пикеринга. Буквенное обозначение спектров от горячих к холодным звездам выглядит так: O B A F G K M. Между каждыми двумя классами введены подклассы, обозначенные цифрами от 0 до 9. К 1924г классификация окончательно была установлена Энной Кэннон.

Порядок спектров можно запомнить по терминологии: = Один бритый англичанин финики жевал как морковь

Солнце - G2V (V - это классификация по светимости - т.е. последовательности). Эта цифра добавлена с 1953 года. | Таблица 13 - там указаны спектры звезд |.

5. Химический состав звезд

Определяется по спектру (интенсивности фраунгоферовых линий в спектре).Разнообразие спектров звезд объясняется прежде всего их разной температурой, кроме того вид спектра зависит от давления и плотности фотосферы, наличием магнитного поля, особенностями химического состава. Звезды состоят в основном из водорода и гелия (95-98% массы) и других ионизированных атомов, а у холодных в атмосфере присутствуют нейтральные атомы и даже молекулы.

6. Светимость звезд

7. Размеры звезд - существует несколько способов их определения:

• 1) Непосредственное измерение углового диаметра звезды (для ярких ?2,5m, близких звезд, >50 измерено) с помощью интерферометра Майкельсона. Впервые измерен угловой диаметр ? Ориона- Бетельгейзе 3декабря 1920г = Альберт Майкельсон и Франсис Пиз.

• 2) Через светимость звезды L=4?R2?T4в сравнении с Солнцем.

• 3) По наблюдениям затмения звезды Луной определяют угловой размер, зная расстояние до звезды.

По своим размерам, звезды делятся (название: карлики, гиганты и сверхгиганты ввел Генри Рессел в 1913г, а открыл их в 1905г Эйнар Герцшпрунг, введя название "белый карлик"), введены с 1953 года на:

• Сверхгиганты (I)

• Яркие гиганты (II)

• Гиганты (III)

• Субгиганты (IV)

• Карлики главной последовательности (V)

• Субкарлики (VI)

• Белые карлики (VII)

Размеры звезд колеблются в очень широких пределах от 104 м до 1012 м. Гранатовая звезда m Цефея имеет диаметр 1,6 млрд. км; красный сверхгигант e Возничего А имеет размеры в 2700R? - 5,7 млрд. км! Звезды Лейтена и Вольф-475 меньше Земли, а нейтронные звезды имеют размеры 10 - 15 км.

8. Масса звезд - одна из важнейших характеристик звезд, указывающая на ее эволюцию, т.е. определяет жизненный путь звезды.

Самые легкие звезды с точно измеренной массой находятся в двойных системах. В системе Ross 614 компоненты имеют массы 0,11 и 0,07 M?. В системе Wolf 424 массы компонентов составляют 0,059 и 0,051 M?. А у звезды LHS 1047 менее массивный компаньон весит всего 0,055 M?.

Обнаружены "коричневые карлики" с массами 0,04 - 0,02 M?.

Хотя массы звезд имеют меньший разброс, чем размеры, но плотности их сильно различаются. Чем больше размер звезды, тем меньше плотность. Самая маленькая плотность у сверхгигантов: Антарес (? Скорпиона) ?=6,4*10-5кг/м3, Бетельгейзе (? Ориона) ?=3,9*10-5кг/м3.Очень большие плотности имеют белые карлики: Сириус В ?=1,78*108кг/м3. Но еще больше средняя плотность нейтронных звезд. Средние плотности звезд изменяются в интервале от 10-6 г/см3 до 1014 г/см3 - в 1020 раз!

Самые-самые звезды.

II. Закрепление материала:

• 1. Задача 1: Светимость Кастора (а Близнецы) в 25 раз превосходит светимость Солнца, а его температура 10400К. Во сколько раз Кастор больше Солнца?

• 2. Задача 2: Красный гигант в 300 раз превосходит Солнце по размеру и в 30 раз по массе. Какова его средняя плотность?

• 3. Используя таблицу классификации звезд (ниже) отметить, как изменяются с увеличением размера звезды ее параметры: масса, плотность, светимость, время жизни, число звезд в Галактике

Домашнее задание: §34, составление презентации по одной из характеристик звезд.