Творческое задание, страница 210 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщения с ppt-презентацией по темам (на выбор):

1. Размеры небесных тел во Вселенной и расстояния между ними.

2. Жизнь и деятельность Э.П. Хаббла

1. Размеры небесных тел во Вселенной и расстояния между ними.

Введение

Вселенная невероятно огромна. Размеры небесных тел и расстояния между ними настолько велики, что привычные нам единицы измерения, такие как метры и километры, становятся неудобными. Чтобы осмыслить масштабы космоса, астрономы используют специальные единицы длины.

Астрономические единицы измерения расстояний

Для измерения космических расстояний используются три основные единицы:

• Астрономическая единица (а.е.) — это среднее расстояние от Земли до Солнца. Она используется в основном для измерения расстояний внутри Солнечной системы. $1 \text{ а.е.} \approx 149.6 \text{ миллионов километров}$, или точнее $1 \text{ а.е.} = 149\,597\,870\,700 \text{ м}$.

• Световой год (св. год) — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год. Свет движется со скоростью примерно $300\,000 \text{ км/с}$. Световой год используется для измерения расстояний до звезд и галактик. $1 \text{ св. год} \approx 9.46 \times 10^{12} \text{ км}$, или около $63\,241 \text{ а.е.}$.

• Парсек (пк) — единица, используемая профессиональными астрономами. Один парсек — это расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде. $1 \text{ пк} \approx 3.26 \text{ светового года} \approx 206\,265 \text{ а.е.}$.

Размеры небесных тел

Размеры объектов во Вселенной варьируются в колоссальных пределах.

• Планеты и спутники: Диаметр нашей планеты, Земли, составляет около $12\,742 \text{ км}$. Луна, наш спутник, имеет диаметр $3\,474 \text{ км}$. Газовый гигант Юпитер, самая большая планета Солнечной системы, имеет диаметр около $140\,000 \text{ км}$, что примерно в 11 раз больше диаметра Земли.

• Звезды: Наше Солнце — типичная звезда-желтый карлик с диаметром около $1.39 \text{ миллиона км}$. В него могло бы поместиться около 1.3 миллиона планет размером с Землю. Однако существуют звезды гораздо большего размера. Красные гиганты, такие как Альдебаран, в десятки раз больше Солнца. Сверхгиганты, например, Бетельгейзе, имеют диаметр, сопоставимый с орбитой Юпитера. А гипергигант UY Щита (UY Scuti) — одна из крупнейших известных звезд — имеет радиус, в $1700$ раз превышающий солнечный. Если поместить ее в центр Солнечной системы, ее поверхность вышла бы за орбиту Сатурна.

• Компактные объекты: На другом конце шкалы находятся чрезвычайно плотные объекты. Белые карлики — это остатки звезд, подобных Солнцу, размером примерно с Землю, но с массой, сравнимой с солнечной. Нейтронные звезды еще меньше и плотнее — их диаметр составляет всего $20-30 \text{ км}$, но их масса может вдвое превышать массу Солнца. Черные дыры — это объекты с гравитацией настолько сильной, что даже свет не может их покинуть. Их размер характеризуется радиусом Шварцшильда, который для черной дыры с массой Солнца составляет всего около $3 \text{ км}$.

Расстояния во Вселенной

Расстояния между объектами так же поражают воображение.

• В Солнечной системе: Расстояние от Солнца до самой дальней планеты, Нептуна, составляет около $30 \text{ а.е.}$. Пояс Койпера простирается до $50 \text{ а.е.}$, а гипотетическое Облако Оорта, источник долгопериодических комет, может находиться на расстоянии до $50\,000 - 100\,000 \text{ а.е.}$ (почти 1 световой год) от Солнца.

• Межзвездные расстояния: Ближайшая к нам звезда (кроме Солнца), Проксима Центавра, находится на расстоянии около $4.24 \text{ светового года}$. Это более чем в $268\,000$ раз дальше, чем от нас до Солнца.

• Галактические масштабы: Наша галактика, Млечный Путь, представляет собой спиральную галактику с диском диаметром около $100\,000 \text{ световых лет}$. Солнечная система находится примерно в $27\,000 \text{ световых лет}$ от центра Галактики.

• Межгалактические расстояния: Ближайшая к нам крупная галактика, Туманность Андромеды (M31), находится на расстоянии около $2.5 \text{ миллионов световых лет}$. Млечный Путь и Андромеда являются частью Местной группы галактик, размер которой составляет около $10 \text{ миллионов световых лет}$.

• Крупномасштабная структура Вселенной: Местная группа, в свою очередь, является частью Сверхскопления Девы, которое имеет диаметр около $110 \text{ миллионов световых лет}$. Сверхскопления организуются в еще более крупные структуры — "стены" или "филаменты", разделенные огромными пустыми областями — "войдами". Диаметр наблюдаемой Вселенной оценивается примерно в $93 \text{ миллиарда световых лет}$.

Ответ: Размеры небесных тел и расстояния во Вселенной варьируются в колоссальных масштабах, для описания которых используются специальные астрономические единицы измерения. Вселенная структурирована иерархически: от планетных систем до сверхскоплений галактик.

2. Жизнь и деятельность Э.П. Хаббла

Введение

Эдвин Пауэлл Хаббл ($1889–1953$) — выдающийся американский астроном, чьи открытия коренным образом изменили наши представления о Вселенной. Его работы доказали существование других галактик за пределами Млечного Пути и установили факт расширения Вселенной.

Ранние годы и образование

Эдвин Хаббл родился 20 ноября 1889 года в городе Маршфилд, штат Миссури. В юности он был талантливым атлетом и прилежным учеником. Он поступил в Чикагский университет, где изучал математику и астрономию. После получения степени бакалавра он, по воле отца, отправился в Оксфордский университет в Англии изучать юриспруденцию. Вернувшись в США, он недолго работал юристом, но вскоре понял, что его истинное призвание — астрономия. Он вернулся в Чикагский университет, чтобы получить докторскую степень по астрономии, которую защитил в 1917 году.

Открытия в обсерватории Маунт-Вилсон

После службы в армии во время Первой мировой войны Хаббл получил должность в обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии. В то время там был установлен новый 100-дюймовый (2.5-метровый) телескоп Хукера — самый большой в мире. Именно с помощью этого инструмента Хаббл совершил свои главные открытия.

• Доказательство существования других галактик: В начале XX века астрономы вели "Большой спор" о природе спиральных туманностей. Одни считали их газовыми облаками внутри нашей Галактики, другие — "островными вселенными", то есть самостоятельными галактиками, подобными Млечному Пути. В 1923–1924 годах Хаббл, наблюдая за Туманностью Андромеды (M31), обнаружил в ней переменные звезды — цефеиды. Используя зависимость "период-светимость" для цефеид, открытую Генриеттой Ливитт, он смог вычислить расстояние до Туманности Андромеды. Оно оказалось равным примерно 900 тысячам световых лет (позже эта оценка была уточнена до 2.5 миллионов св. лет). Это расстояние было намного больше, чем предполагаемый размер Млечного Пути. Таким образом, Хаббл неопровержимо доказал, что спиральные туманности — это другие галактики, находящиеся далеко за пределами нашей.

• Классификация галактик: Изучая множество галактик, Хаббл разработал систему их классификации, известную как "камертон Хаббла" или последовательность Хаббла. Он разделил галактики на эллиптические (E), спиральные (S, с подтипами Sa, Sb, Sc), неправильные (Irr) и линзовидные (S0). Эта классификация используется астрономами и по сей день.

• Открытие расширения Вселенной: Самым фундаментальным открытием Хаббла стал закон, носящий его имя. Анализируя спектры далеких галактик, он заметил, что их спектральные линии смещены в красную сторону (красное смещение). Это явление, известное как эффект Доплера, указывало на то, что галактики удаляются от нас. В 1929 году Хаббл опубликовал работу, в которой показал, что скорость удаления галактики ($\text{v}$) прямо пропорциональна расстоянию до нее ($\text{d}$): $v = H_0 d$. Эта зависимость получила название закона Хаббла, а коэффициент пропорциональности $H_0$ — постоянной Хаббла. Этот закон стал первым наблюдательным свидетельством расширения Вселенной и лег в основу современной космологической модели — теории Большого взрыва.

Поздние годы и наследие

Эдвин Хаббл продолжал свою работу в обсерваториях Маунт-Вилсон и Паломар до своей смерти от тромбоза сосудов головного мозга 28 сентября 1953 года. Он так и не получил Нобелевскую премию, поскольку на тот момент астрономия не входила в число наук, за которые ее присуждали.

Вклад Эдвина Хаббла в науку огромен. Он фактически создал внегалактическую астрономию и заложил основы наблюдательной космологии. В его честь назван знаменитый космический телескоп "Хаббл", который продолжил дело своего "крестного отца", позволяя человечеству заглянуть в самые дальние уголки расширяющейся Вселенной.

Ответ: Эдвин Хаббл — американский астроном, чьи ключевые открытия (существование других галактик и расширение Вселенной) легли в основу современной космологии и кардинально изменили представления человечества о строении и эволюции мироздания.