Номер 6, страница 297 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Примерные темы учебных проектов. II. Эксперимент и моделирование — основные физические методы исследования природы - номер 6, страница 297.

Условие.

Методы исследования космических объектов Солнечной системы.

Решение.

Исследование космических объектов Солнечной системы осуществляется с помощью комплекса методов, которые условно можно разделить на три большие группы: наблюдательные (дистанционные), контактные (прямые) и теоретические.

Наблюдательные (дистанционные) методы

Это методы изучения небесных тел на расстоянии, главным образом с Земли или с околоземной орбиты, путем анализа их электромагнитного излучения.

Оптическая астрономия

Самый древний метод, основанный на регистрации видимого света, идущего от небесных тел. С помощью оптических телескопов (рефракторов, рефлекторов) астрономы изучают видимое движение планет, их спутников, астероидов и комет, определяют их размеры, форму, периоды вращения, а также наблюдают детали поверхности. Современные наземные телескопы оснащены системами адаптивной оптики для компенсации искажений, вносимых атмосферой, однако наиболее четкие изображения получают с помощью космических телескопов, таких как "Хаббл", работающих за пределами земной атмосферы.

Ответ: Оптическая астрономия изучает космические объекты путем сбора и анализа видимого света с помощью телескопов для определения их физических характеристик, особенностей поверхности и параметров движения.

Спектральный анализ (спектроскопия)

Ключевой метод дистанционного исследования. Он заключается в разложении света от объекта в спектр и анализе спектральных линий (линий поглощения и испускания). Каждое химическое вещество имеет свой уникальный набор линий, что позволяет с высокой точностью определять химический состав атмосфер планет и комет, а также поверхностного слоя небесных тел. Смещение линий в спектре (эффект Доплера) позволяет определить скорость движения объекта вдоль луча зрения. Формула эффекта Доплера для нерелятивистских скоростей: $ \frac{\Delta\lambda}{\lambda_0} = \frac{v}{c} $, где $ \Delta\lambda $ — смещение длины волны, $ \lambda_0 $ — исходная длина волны, $ v $ — лучевая скорость объекта, $ c $ — скорость света. Это дает возможность измерять скорость вращения планет и движения их спутников.

Ответ: Спектральный анализ позволяет определять химический состав, температуру, давление и скорость движения космических объектов по их спектру излучения.

Радиоастрономия и радиолокация

Радиоастрономия изучает космические объекты по их собственному радиоизлучению с помощью радиотелескопов. Так, например, было обнаружено мощное радиоизлучение Юпитера, связанное с его магнитосферой. Радиолокация — это активный метод: с Земли посылается мощный радиосигнал в сторону объекта, и затем принимается отраженный от него сигнал (эхо). Анализ эха позволяет с высочайшей точностью определить расстояние до объекта, его скорость, период вращения, а также построить карту рельефа его поверхности, даже если она скрыта плотной атмосферой, как у Венеры.

Ответ: Радиоастрономия пассивно изучает собственное радиоизлучение объектов, а радиолокация активно зондирует их радиосигналами для точного измерения расстояний, скоростей и картографирования поверхности.

Внеатмосферная астрономия (ИК, УФ, рентгеновская)

Эти методы основаны на регистрации излучения в невидимых для человеческого глаза диапазонах: инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском. Поскольку земная атмосфера поглощает большую часть этого излучения, наблюдения проводятся в основном с помощью космических обсерваторий ("Спитцер", "Джеймс Уэбб" - ИК; "Чандра" - рентген). Инфракрасная астрономия позволяет измерять температуру поверхностей планет и астероидов. Ультрафиолетовая и рентгеновская астрономия используются для изучения высокоэнергетических процессов, таких как полярные сияния на планетах-гигантах или взаимодействие солнечного ветра с атмосферами планет.

Ответ: Исследования в ИК, УФ и рентгеновском диапазонах, проводимые из космоса, дают информацию о температуре объектов, составе и высокоэнергетических процессах в их атмосферах и магнитосферах.

Контактные (прямые) методы

Эти методы предполагают отправку к исследуемым объектам автоматических межпланетных станций (АМС) и других космических аппаратов для изучения "на месте".

Пролетные и орбитальные миссии

Пролетные аппараты (например, "Вояджеры", "Новые горизонты") проходят вблизи небесного тела, проводя кратковременные, но интенсивные исследования. Они позволяют получить первые детальные снимки и данные об удаленных объектах. Орбитальные аппараты (например, "Кассини" у Сатурна, MRO у Марса) выходят на орбиту вокруг планеты или спутника, что позволяет проводить длительные, систематические наблюдения: составлять подробные карты поверхности, изучать сезонные изменения в атмосфере и климате, исследовать гравитационное и магнитное поля.

Ответ: Пролетные миссии проводят быструю разведку объектов, а орбитальные миссии обеспечивают их долгосрочное и детальное изучение с орбиты.

Посадочные модули и планетоходы (роверы)

Аппараты, совершающие мягкую посадку на поверхность небесного тела ("Венеры", "Викинги") и передвигающиеся по ней ("Кьюриосити", "Персеверанс"). Они оснащены сложными научными приборами: манипуляторами для забора грунта, спектрометрами, буровыми установками, метеостанциями, сейсмометрами. Это позволяет проводить прямой химический и минералогический анализ грунта, искать признаки прошлой или настоящей жизни, изучать атмосферу и геологическую активность.

Ответ: Посадочные аппараты и роверы проводят прямой анализ вещества и условий на поверхности космических тел, доставляя уникальную информацию, недоступную дистанционным методам.

Миссии по доставке образцов

Космические аппараты (советские "Луны", американские "Аполлоны", японские "Хаябуса") собирают образцы вещества (грунт, камни) с поверхности другого небесного тела и доставляют их на Землю. Это позволяет изучить внеземное вещество во всех деталях в лучших земных лабораториях с использованием оборудования, которое невозможно доставить в космос. Такие исследования дают ключевую информацию о происхождении и эволюции Солнечной системы.

Ответ: Миссии по доставке образцов с других небесных тел на Землю позволяют провести их исчерпывающий лабораторный анализ.

Теоретические и модельные методы

Эти методы основаны на анализе и обобщении данных, полученных наблюдательными и контактными методами, с использованием законов физики и математического аппарата.

Математическое и компьютерное моделирование

На основе законов небесной механики, физики, химии и геологии создаются компьютерные модели, описывающие различные процессы: формирование и эволюцию планет, динамику их атмосфер и климата, структуру недр, траектории движения небесных тел. Сравнивая результаты моделирования с реальными данными наблюдений, ученые проверяют свои гипотезы и углубляют понимание природы объектов Солнечной системы.

Ответ: Моделирование позволяет теоретически воспроизводить и прогнозировать физические процессы, происходящие с космическими объектами, на основе фундаментальных законов и наблюдательных данных.

Сравнительная планетология

Это метод, при котором различные объекты Солнечной системы сравниваются между собой для выявления общих закономерностей и уникальных особенностей их эволюции. Например, сравнение планет земной группы (Венеры, Земли и Марса) помогает понять, почему на Венере произошел необратимый парниковый эффект, Марс потерял большую часть атмосферы, а Земля стала пригодной для жизни. Этот подход позволяет построить целостную картину эволюции планетных систем.

Ответ: Сравнительная планетология выявляет общие законы формирования и развития планет путем их сопоставления друг с другом.