Цель мероприятия:
- Расширить и углубить знания, полученные на уроках физики и астрономии: показать их использование в жизни, познакомить с выдающимися достижениями и перспективами развития науки и техники; помочь ученикам найти дорогу к научным и техническим идеям, воспитывать устойчивый интерес к изучению наук.
I. Введение
Звучит песня в исполнении Камбуровой Елены «Маленький принц», на сцене появляются ведущие.
1 ведущий:
Приветствуем вас, дорогие друзья прекрасной и древней науки астрономии. Ведь именно эта наука изучает те объекты и явления, которые наблюдаются на небе, а небо испокон веков притягивало внимание людей. Недаром прародители нашей цивилизации древние греки, весьма тонко разбиравшиеся как в вопросах познания, так и в вопросах красоты, в числе девяти муз почитали и покровительницу астрономии - Уранию.
2 ведущий:
Все люди Земли живут под одним и тем же небом. Его красота пробуждает в нас высокие и светлые чувства, дарит радость творческого вдохновения. Его тайны призывают человеческий разум к размышлению, к исследованию физического мира. Этот безграничный и постоянно меняющийся мир, включающий в себя огромную область, доступную современным наблюдениям, мы называем Вселенной.
1 ведущий:
Здесь мы видим и Солнце с планетами, и звёзды, и галактики, и многочисленные системы, образуемые ими, и разрежённую среду, в которой все они находятся. Наша родная планета Земля затерялась в этом мире малой пылинкой. Вашему вниманию представляем снимки, сделанные с космического телескопа Хаббла.
(Уходят со сцены)
Звучит музыка, появляются слайды презентации, на сцену выходит муза Урания читает стихотворение Л.Л. Чернышёва «Люблю безмерная Вселенная..» (Уходит со сцены)
После показа слайдов, на сцену выходят ведущие.
2 ведущий:
Понять природу наблюдаемых тел и явлений во Вселенной, дать объяснение их свойствам, узнать, как они возникают и развиваются, люди хотели всегда. Они строили картину мира в соответствии с теми данными, которыми располагали.
1 ведущий:
С течением времени картина мира менялась, потому что появлялись новые факты и новые мысли о сущности наблюдаемых явлений, а главное - появлялась возможность проверить правильность тех или иных идей через наблюдения и измерения, используя достижения смежных с астрономией наук, и, прежде всего физики. Ведь законы физики справедливы не только на Земле, но и за её пределами.
2 ведущий:
Поэтому объяснения явлений, протекающих в космическом пространстве, разрабатываются на основе физики. С другой стороны, и сама физика развивается, используя астрономические данные. Нет ни одной фундаментальной физической теории, которая не прошла бы или не проходила в настоящее время проверку астрономическими наблюдениями.
1 ведущий:
Мы сегодня решили проследить взаимосвязь этих двух наук и осветить в рамках нашей конференции наиболее интересные ключевые моменты в их развитии.
2 ведущий:
Итак, нашу конференцию « Астрономия глазами физики» можно считать открытой.
II. Теоретическая часть
1 ведущий:
Вы задумывались когда-нибудь, почему Земля, планеты и Солнце имеют форму шара, несколько сплюснутого у полюсов? Почему у некоторых планет есть атмосфера, в частности у Земли, а у других планет нет? Казалось бы, это совсем не связанные между собой вопросы. Однако в их основе лежит одна и та же причина - явление всемирного тяготения.
2 ведущий:
Какую роль играли астрономические наблюдения в открытии явления всемирного тяготения, нам расскажет Мельникова Диана.
Звучит первый доклад, сопровождающийся презентацией. (Приложение 1)
2 ведущий:
В течение многовековой истории астрономия постоянно изменяла свой характер. Её цели и возможности во многом определялись общим уровнем науки и техники, на котором базировались методы наблюдений. Вплоть до начала XX века это были оптические наблюдения, т.е. наблюдения видимого излучения небесных тел.
1 ведущий:
Изобретение фотографии, а затем различных фотоэлектрических приёмников излучения, использование радиоприёмников с большими антеннами для измерения космического радиоизлучения и, наконец, вынос приборов за пределы земной атмосферы необычайно расширили возможности астрономических наблюдений.
2 ведущий:
Во второй половине XX века астрономия уже могла извлекать информацию практически из любого диапазона спектра электромагнитного излучения - от длинных радиоволн до коротковолновых гамма-лучей. Сегодня мы говорим об инфракрасной и радиоастрономии, рентгеновской и гамма - астрономии, наземной и внеатмосферной. Всё это даёт основание считать современную астрономию всеволновой. Некоторые вопросы радиоастрономии осветит Александрова Н.
Звучит второй доклад «Вопросы радиоастрономиии», сопровождающийся презентацией. (Приложение 2)
1 ведущий:
Двадцатый век ознаменован началом космической эпохи. 12 апреля 1961 года наш соотечественник Юрий Гагарин на корабле – спутнике «Восток» совершил первое кругосветное путешествие в космосе. Это были 108 минут, которые не только потрясли мир, но и возвестили народам мира о начале новой эры в истории человечества.
2 ведущий:
Практически став отраслью экономики, космонавтика несколько утратила былой героический ореол и прочно вошла в нашу жизнь. Мы ежедневно пользуемся ее плодами, не задумываясь о том, какое огромное число научных открытий и технических достижений стоит за ними.
1 ведущий:
Системы космических аппаратов обеспечивают мировую связь, включая телевидение и Интернет, наблюдения Земли из космоса позволяют вести разведку полезных ископаемых, более надежно предсказывать погоду и природные катастрофы, следить за экологической обстановкой, осуществлять спасение терпящих бедствие судов.
2 ведущий:
Космические полеты расширили горизонты познания мира. Возможность проникнуть в самые отдаленные уголки Солнечной системы, а затем и к звездам, увидеть другие планеты и существ их населяющих вдохновила не только ученых и конструкторов космической техники, но и художников, музыкантов, писателей, поэтов.
Звучит музыка, появляются слайды презентации №4, на сцену выходит муза Урания, читает стихотворение В. Зырянова «Четвёртая планета».
1 ведущий:
Марс... Планета мифов и научной фантастики. Экспедиция на Марс: фантазия или реальность? Этот вопрос всерьез обсуждается и изучается учеными и инженерами, космонавтами и политическими деятелями. Сегодня в ходе нашей пресс-конференции этот вопрос обсудим и мы. Представляем вам группу астронавтов, которые готовы ответить на ваши вопросы об экспедиции на Марс.
2 ведущий:
Наши астронавты: Бехтерев Артем, Погодаев Владислав, Денисов Ростислав, Ермаков Роман. (Выходят).
Вопросы задают журналисты. Астронавты отвечают, используя слайды презентации.
III. Пресс-конференция
1. Что же нужно для того, чтобы перелететь с орбиты Земли на орбиту Марса?
Представим, что межпланетный корабль находится на околоземной орбите и скорость корабля около 8 км/с. Если после включения двигателя скорость увеличится на 3,5-5 км/с. Он начнет перелет в сторону орбиты Марса. Если время включения двигателя выбрано соответствующим образом, то корабль придет на орбиту Марса в момент когда, двигаясь по своей орбите, Марс окажется в том же районе. Остается только еще раз включить двигатель и перейти уже на околомарсианскую орбиту. На рисунке 1 показаны возможные траектории перелета с околоземной орбиты на околомарсианскую. Самая экономичная (по расходу топлива) траектория – полуэллиптическая (орбита Гомана – по имени ученого, предложившего такой перелет). Но зато полет по ней будет довольно длительный – около 9 месяцев. Земля и Марс меняют свое относительное положение. Поэтому, если мы перелетели к Марсу по орбите Гомана, то для того чтобы лететь обратно по такой траектории, нужно уже ждать несколько лет. На рисунке 2 приведен пример траектории перелета к Марсу и обратно. Здесь видно, что за время перелета к Марсу и обратно Земля сделает почти полтора оборота вокруг Солнца, т.е. пройдет почти полтора года.
2. Какие двигательные установки способны переводить корабль на такие межпланетные траектории?
В настоящее время разработаны электрореактивные двигатели со скоростью истечения газов 8-9 км/с. Такие скорости достигаются за счет ускорения вещества реактивной струи в электростатическом поле. Это наиболее экономичные двигатели, для их работы нужно почти в 20 раз меньше топлива, чем для жидкостно-реактивных. Но в этом случае требуется мощная электростанция для создания электростатического поля. Наиболее простой способ – прямое преобразование солнечных лучей в электричество с помощью фотопреобразователей. Можно создать большой параболоид, собирающий солнечные лучи в своем фокусе, где будет расположен приемник, который тоже преобразует тепло в электроэнергию. Конструкторы склоняются к варианту марсианского корабля с электрореактивными двигателями и с электростанцией в виде больших солнечных батарей.
3. Расскажите, что представляет собой межпланетный корабль?
Межпланетный корабль состоит из трех частей: жилого блока, в котором в течение всего полета работает экипаж и где сосредоточена основная аппаратура управления; посадочного аппарата, в котором экипаж или его часть спускается и возвращается с поверхности планеты; двигательной установки для межпланетных перелетов (см. рис.3).
4. Почему в состав экипажа входит именно 4 человека?
Ограничение диктуется соображениями экономии, увеличение экипажа резко усложняет работы по созданию корабля. А меньше четырех человек иметь нельзя из соображений безопасности: при посадке на Марс экипажу придется разделиться – часть должна спуститься на поверхность планеты, другая останется на корабле, и при этом ни на корабле, ни на поверхности Марса не должно быть меньше двух человек (необходима взаимопомощь). Вот и получается, что экипаж первой межпланетной экспедиции должен состоять из четырех человек.
5. Как экипаж будет обеспечен водой и кислородом?
Основной принцип – максимальное использование выделяемых человеком углекислого газа и воды. На рисунке 4 показана схема обеспечения экипажа водой и кислородом. Вода, поступающая в ассенизационное устройство, и водяной пар, выделяемый экипажем, проходят через систему регенерации воды. Там вода очищается от вредных примесей, обогащается необходимыми солями и вновь готова для питья.
Кислород для дыхания получается электролитическим разложением воды: 2Н2=2Н2+О2. Водород является побочным продуктом. Он тоже будет использоваться, но уже в переработке углекислого газа: СО2+4Н2=СН4+2Н2О. Метан удаляется за борт, а вода в систему электролиза для получения кислорода. Таким образом, круговорот воды, организованный на станции, обеспечивает экипаж и кислородом и водой. Но при этом неизбежны потери, которые компенсируют специальными запасами воды на борту.
6. Как в жилом отсеке поддерживается постоянная температура около 200С?
Отсек подвергается различным температурным воздействиям. Воздействия эти переменны. Например, на орбите Земли интенсивность солнечного излучения в 2 с лишним раза больше, чем на орбите Марса; выделение тепла внутри отсека зависит от того, какая аппаратура в этот момент включена. Упрощенная схема системы терморегуляции приведена на рисунке 5. Снаружи жилого блока расположен радиатор, отражающая поверхность которого выполнена таким образом, что под прямыми солнечными лучами, он работает как излучатель. Внутри – теплообменник, через который продувается воздух отсека.
7. Какие опасности могут подстерегать ваш корабль?
Одной из опасностей являются метеоры. Небольшие метеоры часто встречаются с космическими кораблями, но при той толщине оболочки корабля, которой обладают корабли, эти встречи не страшны. Однако не исключены и столкновения с более крупными метеорами, которые способны повредить герметичную оболочку. Чтобы предотвратить последствия таких столкновений, на некотором расстоянии от оболочки устанавливается специальный экран, служащий своеобразным зонтиком. Метеор ударяется в экран, выделяющееся при этом тепло испаряет вещество метеора, и в герметичную оболочку ударяет безопасная газовая струя. Еще одна опасность – космическая радиация. При полетах на околоземных орбитах экипаж защищен радиационными поясами Земли, а при полете к Марсу этой защиты не будет. Особенно мощному излучению жилой блок будет подвергаться во время солнечных вспышек. За время почти двухлетнего путешествия такие вспышки будут обязательно. На этот случай в жилом блоке предусматривается помещение с радиационной защитой.
8. С помощью какого аппарата будет осуществляться посадка на Марс?
Аппарат для посадки на поверхность планеты состоит из кабины экипажа, посадочной и взлетной двигательных установок. Предусмотрено специальное помещение, в котором экипаж живет в комфортных условиях в течение нескольких дней. Посадочный аппарат имеет такую аэродинамическую форму, которая обеспечивает торможение в атмосфере Марса, плотность которой в 100 раз меньше плотности земной атмосферы. Двигательная установка корабля – солнечный буксир - состоит из электрореактивных двигателей, баков с топливом и электростанции с двумя большими солнечными батареями размерами 200х200 м каждая.
9. Как будет проходить полет?
В начале на околоземную орбиту выводятся части марсианского корабля. Для этого потребуется 4-5 пусков ракеты-носителя «Энергия». Эти части собираются на орбите с использованием автоматической системы сборки. Затем проводят тщательные предстартовые проверки корабля. Когда все в порядке, в заданное время включаются электрореактивные двигатели, и корабль начинает свой полет. Так как тяга электрореактивных двигателей довольно мала (около 300 Н), то корабль около трех месяцев будет двигаться по развертывающейся спирали, медленно удаляясь от Земли. Но вот корабль выходит из сферы тяготения Земли и начинает движение по направлению к Марсу. Восемь-девять месяцев будет длиться перелет на орбиту Марса. Достигнув ее, корабль по свертывающейся спирали начнет снижаться, пока не выйдет на рабочую орбиту вокруг Марса высотой 500-700 км. Здесь два члена экипажа переходят в марсианский посадочный аппарат, отстыковываются от корабля и совершают спуск.
10. Какой район будет выбран для высадки?
Область Сидония (Cydonia), где находится знаменитое "Лицо" (иногда называемое "Сфинксом Марса"), которая имеет координаты 40,75 градуса северной широты и 350,54 градуса восточной долготы. Она относится к промежуточной зоне между южной горной местностью и северными равнинами Марса. Этот переход отличается широкими, заполненными обломками скал, долинами и изолированными возвышенностями различных форм и размеров. Удивительное изображение, получившее название «марсианский сфинкс», или «лицо на Марсе», проявилось на двух фотографиях, сделанных в июле 1976г. космической станцией «Викинг». Среди многочисленных скальных пород в Сидонийском районе оказался монолит километровой ширины, который внешне напоминал лицо с ясно различимыми человеческими чертами и взглядом, обращённым в космос. Увидеть это изображение с Земли было невозможно даже при помощи телескопов. Несмотря на сенсационные заявления газет, многие специалисты объясняли это явление игрой солнечного света на скалах. Однако через несколько лет были получены подтверждения того, что объект является не игрой света, а реальным трёхмерным образованием на поверхности планеты. С помощью компьютерных технологий изображение было очищено, и результат оказался ещё более интригующим. Повышение контрастности снимка сделало лицо ещё более чётким. Т.о., удалось доказать, что станция «Викинг» сделала снимок реального материального объекта. До сих пор существует гипотеза, что он, подобно египетским сфинксам, имеет искусственное происхождение. Более того, в нескольких километрах от скульптуры (на других снимках Viking 1) нашли скопление объектов, подозрительно напоминавших четырёх — и пятигранные пирамиды с поперечником в сотни метров — видимо, развалины каких-то иных огромных сооружений: 4 больших, 7 малых. Они не были похожи на результат вулканической активности. У них была слишком правильная форма: 3-х, 4-х, 5-ти угольная, острые края и вершина. Ранее учёные считали (и считают до сих пор), что все эти объекты — лишь игра Природы, удачное расположение теней в момент снимка. Но увы, не слишком хорошая чёткость снимков Viking 1 не давала возможности окончательно доказать эту версию. В 1998г. американский аппарат произвёл новую съёмку данного района, «Лицо» оказалось сильно разрушенной эрозией горой, напоминающее лицо человека весьма отдалённо. Но, наверное, даже новые ещё более чёткие снимки, сделанные европейским аппаратом Mars Express в конце июля нынешнего года и обнародованные на днях не развеют последних сомнений. Известный учёный и писатель Карл Саган (Carl Sagan) как-то сказал: "Воображение будет часто переносить нас к мирам, которых никогда не было. Но без этого мы никуда не попадём".
11. Какова цель вашей экспедиции?
Учёный – геолог выполнит предварительный отбор образцов грунта, учёный – климатолог зарегистрирует и проведёт экспресс – анализ интересных атмосферных явлений, учёный – биолог осуществит поиск форм жизни в труднодоступных местах исследуемого района. Марс – единственная планета, на которой может быть создана колония землян уже в первой половине XXI века на основе разрабатываемой ракетно – космической техники. В связи с этим первую пилотируемую экспедицию на Марс следует рассматривать и как реализацию первого этапа колонизации планет Солнечной системы.
1 ведущий:
Экспедиция на Марс в реальном времени запланирована Российской компанией «Авиакосмические системы» в 2009 году. В качестве двигателя будут использовать солнечный парус на основе зеркальной пленки, обеспечивающей нужное ускорение.
2 ведущий:
Также рассматривается возможность использования пилотируемого марсохода с ресурсом хода 500 км. Экипаж будет состоять из 6 человек, длительность экспедиции 645 дней. Срок пребывания человека на Марсе 20-30 дней.
1 ведущий:
А теперь предоставим слово нашим учителям.
Учитель:
Ребята, мы очень надеемся, что прикосновение к загадкам физики и астрономии приведет вас на путь интересных открытий, ведь человеческое познание столь же бесконечно, как и Вселенная. Давайте поблагодарим участников конференции. Спасибо за внимание.
Звучит музыка «Маленький принц».
Ввиду того, что презентации к конференции имеют большой объем, они не прилагаются к данному материалу.
Литература:
- Горшков Л. Полёт на Марс/ Квант №6/1990. - с.57-62.
- Зайцев Ю.И. Покорение Марса: станет ли оно реальностью? /Земля и Вселенная №1,1989.
- Каплан С. А. Элементарная радиоастрономия. - М., 1966
- Каплан С. А., Пикельнер С. Б. Межзвёздная среда. - М., 1963
- Космос: Сборник. Научно-популярная литература сост. Ю.И. Коптев и С.А. Никитин – Л.: Дет. Лит., 1987.
- Краус Д. Д. Радиоастрономия, пер. с англ. - М., 1973
- Нариманов Е. 56 миллионов километров до Красной планеты/ Квант №10/1990. – с.65-67; №11/1990. – с.51-55; №12/1990. – с.46-48.
- Чернышёв Л.Л. Люблю безмерная Вселенная…//Физика № 17/06.
- Шкловский И. С. Космическое радиоизлучение. - М., 1956
- Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия. – 2-е изд./ Глав. ред. М.Д. Аксёнова. – М.: Аванта +, 2001.
Использованы материалы следующих сайтов:
- Лицо на Марсе (Сфинкс) и пирамиды Марса. http://www.kanter.ru/news62355.html
- Марсианский Сфинкс. http://www.vecherka.ru/articleprint/242
- Всё о планете Марс. http://x-mars.narod.ru/life_3.htm
- Фотографии – Марс. http://astro-azbuka.info/photo/mars/
- Фотогалерея: снимки Марса. http://news.bbc.co.uk/hi/russian/sci/tech/newsid_3423000/3423883.stm
- Радиоастрономия. http://www.krugosvet.ru/articles/21/1002107/1002107a1.htm
- Российская астрономическая сеть. http://www.astronet.ru/
- Фото архив СССР. http://cccp.narod.ru/fo_nauka.html
- Фотогалерея: снимки с телескопа Хаббла. http://www.mindspring.com/~deline/index.html
- Зырянов В. Четвёртая планета. http://www.stihi.ru/poems/2005/02/05-764.html