I. 2 Цель работы Познакомиться с историей изучения и особенностью колец Сатурна. I. 3 Задачи работы



Дата01.03.2019
өлшемі108.15 Kb.
#100092
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Полковниковская средняя общеобразовательная школа им. С.П.Титова»

«Кольца Сатурна»

Подготовила:

Макушина Марина

ученица 7 класса

Руководитель:

Гребцова Татьяна Николаевна, учитель физики

Полковниково- 2013



Содержание

I.1 Обоснование выбора

I.2 Цель работы

I.3 Задачи

II. Основная часть

II.1 История открытия и изучения колец Сатурна

II.2 «Исчезающие кольца»

II.3 Гипотезы образования колец

II. 4 «Спицы»


III. Список используемой литературы











I.1 Обоснование выбора

Однажды работая в интернете, я встретила заголовок « Исчезающие кольца Сатурна». Меня это удивило. Я решила узнать, действительно ли через несколько лет кольца, которые видны на фотографиях Сатурна исчезнут, и мы их больше не увидим?



I.2 Цель работы

Познакомиться с историей изучения и особенностью колец Сатурна.



I.3 Задачи работы

1. найти источники информации об истории открытия и изучения колец Сатурна;
2. найти источники информации об особенностях колец Сатурна;


3.изучить информацию;
4. систематизировать информацию;


5. создать мультимедийную презентацию;

6. выступить с данной работой перед учащимися школы.


II. Основная часть

II.1 История открытия и изучения колец Сатурна
Сатурн – жемчужина Солнечной системы, его красота и величие захватывает дух.

Великолепный Сатурн.

Хотя Сатурн от нас вдвое дальше, чем Юпитер, благодаря своим уникальным кольцам он предстаёт в телескопе красивейшим объектом ночного неба. В хороший телескоп можно различить три кольца – внешнее, среднее и внутреннее, если они, конечно, не повёрнуты ребром к Земле.

Кольца – концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости.

Галилео Галилей был первым человеком, наблюдавшим кольца Сатурна в 1610 году с помощью изобретённого им телескопа. Кольца он не распознал, слишком уж слаб, был его телескоп. Наверное, это спутники, решил Галилей и возвестил об открытии анаграммой, которая расшифровывалась так: «Отдаленнейшую планету троякую наблюдал».

Галилей написал герцогу Тосканскому, что «Сатурн не является одиночным телом, а состоит из трёх тел, которые почти соприкасаются друг с другом и не изменяют положение по отношению друг к другу. Они расположены в линию, параллельную зодиаку, и средний (собственно сам Сатурн) составляет примерно, одну третью от наибольшего (то есть, расстояние между кольцами)».

Галилей заметил по обе стороны планеты странные выступы и охарактеризовал Сатурн, как имеющий «уши». В 1612 году плоскость колец была ориентирована ребром к Земле, поэтому они не были видны в телескоп.

В 1613 году кольца стали видны, что ещё более запутало Галилея.

Много исследователей десятилетиями наблюдали и пытались объяснить необычную форму Сатурна, но правильное объяснения «диковинки» планеты и периодических изменений вида дал в 1659 году Христиан Гюйгенс, наблюдавший с 1655 года Сатурн сначала в 13 футовый, а затем в новый 23-футовый телескоп.

Его монограмма, посвященная Сатурну, гласила: «Кольцом окружен, тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным».

Гюйгенс считал кольцо сплошным, но вскоре французский астроном Джованни Доменико Кассини (1625-1712) заметил чёрную полосу, делившую кольцо на два (А и В). Позже промежуток между кольцами назвали щелью Кассини.

В 1837 году немец Иоганн Энке (1791-1865) заметил, что кольцо А тоже рассечено надвое. Так была открыта щель Энке.

Много позже американские астрономы Уильям Бонд с сыном Джорджем Бондом первыми наблюдали и дали имя «креповое» внутреннему слабо светящемуся кольцу С, а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца – кольца В.

Интересно, что факт разделения колец Сатурна на отдельные узкие кольца предсказал ещё в 1755 году немецкий философ Иммануил Кант, основываясь на своих остроумных теоретических рассуждениях.

Природа колец стала ясной после того, как английский физик Джеймс Клерк Максвелл решил задачу об устойчивости колец Сатурна. Решив её, он выиграл конкурс, объявленный Кембреджским университетом. За эту работу Максвелл в этом же году получил премию Дж. Адамса.

Знаменитый французский математик, физик и астроном Пьер Симон Лаплас – отец небесной механики, доказал что кольца не могут быть твёрдыми. Проведя математический анализ, Максвелл убедился, что они могут быть жидкими, и пришел к заключению, что подобная структура может быть устойчивой только в одном случае, если состоит из роя не связанных между собой метеоритов. Устойчивость колец обеспечивается их притяжением к Сатурну и взаимным движением планеты и метеоритов.

Позже, русский математик Софья Васильевна Ковалевская в своей работе «Замечания и дополнения к теории кольца Сатурна, данной Лапласом» в 1885 году, отличным от максвелловского методом, доказала, что устойчивые существования кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.

Лаплас в своём труде «Небесная механика», рассматривая кольцо Сатурна как совокупность нескольких тонн, не влияющих одно на другое жидких колец, определил, что поперечное сечение колец имеет форму эллипса. Но это было лишь первое, очень упрощённое решение.

Ковалевская задалась целью исследовать вопрос о равновесии кольца с большей точностью. Она установила, что поперечное сечение кольца Сатурна должно иметь форму овала, вычисляемую с любой степенью точностью.

Этот теоретический вывод в конце 19 века был эмпирически подтвержден независимо друг от друга Аристархом Аполлоновичем Белопольским (Россия), Джеймсом Килером (США) и Анри Деландром (Франция).

400 лет люди изучают кольца Сатурна. Сначала наблюдали их в простейшие, затем в мощные наземные телескопы, а когда стали осваивать дальнее космическое пространство, продолжают исследовать с помощью автоматических межпланетных станций (АМС). И, наконец, легендарный космический телескоп им. Хаббла (КТХ) начиная, с 1990 года даёт учёным огромное количество информации о кольцах Сатурна.

В 20 веки вблизи Сатурна побывали три американских космических аппарата: «Пионер-11» (октябрь 1979г.), «Вояджр-1» (ноябрь 1980г.) и «Вояджер-2» (август 1981г.). Эти межпланетные станции передали на Землю тысячи фотографий колец Сатурна и его спутников с разрешением до нескольких километров. А просвечивание колец радиосигналами дало возможность изучать их тонкую структуру. «Вояджеры» подтвердили существование четырёх новых колец: D, F, G b E. Расстояние, на которых находились эти АМС, указаны на иллюстрации.

С 1 июля 2004 года глазами людей на орбите Сатурна становится АМС «Кассини». Станция стала первым искусственным спутником Сатурна. «Кассини» ориентировочно должен проработать до августа 2010 года. Двигаясь вокруг Сатурна, КА «Кассини», повернулся к кольцам таким образом, что спицы вокруг кольца В стали яркими. Эти радиальные метки стали появляться более часто во время приближения Сатурна к положению равноденствия в августе 2009 года.

Точка зрения космического аппарата расположена на солнечной стороне, примерно в 31 градусе ниже плоскости колец. Изображение было получено в видимом свете широкоугольной камерой «Кассини» 2 февраля 2009 года. Снимок был сделан на расстоянии около 578 000 км Сатурна и угол (фаза) между Солнцем, Сатурном и КА «Кассини» составлял 144 градуса. Масштаб изображения равен 30 км на пиксель.

На этом снимке, полученном 17 августа 1981 от КА «Voyager – 2» с расстояния 8,9 млн. км, видны изменения в химическом составе колец Сатурна. Такие тонкие изменения цвета, могут быть зарегистрированы и обработаны специальными методами с помощью компьютера. Цвет структур на картинке меняются от чисто оранжевого до ультрафиолетового.

«Кассини» предоставил учёным самую детальную картину плотной упаковки кольца В Сатурна. «Кассини» нашёл, что эта часть колец плотно упакована сгустками вещества, образованными вследствие взаимного притяжения и разделёнными почти пустыми промежутками. Эти глыбы в кольце В, хотя постоянно сталкиваются, но аккуратно организованы, что удивило учёных.

Размер таких образований в кольце В составляет 30-50 метров в поперечнике, и они слишком маленькие, что бы увидеть их непосредственно. Тем не менее, учёные могут нанести на карту распределение, форму ориентацию глыб.

Цвета в этом изображении указывают ориентацию глыб, а яркость указывает на плотность кольцевых частиц. Формирование следов является самым сильным в более синих областях, где частицы в кольцах слипаются и расходятся при столкновениях – это заметно по их наклоненным следам. Частицы в центральных жёлтых областях слишком плотно упакованы для любого звёздного света, чтобы он мог пройти через кольцо.



II.2 «Исчезающие кольца»

Образования, открытые Галилеем, представляют удивительную загадку природы: планета казалась окружённой кольцами, то появляющиеся, то вновь исчезающие....

Почему исчезают кольца Сатурна?

Вернёмся к тому, с чего мы начали: к открытию Галилея. Два года подряд он наблюдал за «отдаленнейшей планетой». И вдруг оба её «спутника» исчезли. Учёный был явно растерян. В одном из писем он удивлённо вопрошал: «Может быть, обе меньшие звёзды обратились в ничто, как солнечные пятна? Может быть, Сатурн пожрал своих собственных детей? Или же то, что я и столь многие вместе со мной многократно наблюдали, было лишь заблуждением и обманчивой иллюзией, коими нас столько времени дурачили линзы?»

Впоследствии выяснилось, что плоскость экватора Сатурна, его колец и спутниковой системы наклонена, к плоскости земной орбиты более чем на 26 градусов. Это создаёт благоприятные возможности для наблюдения колец Сатурна и каждые 14-15 лет кольца Сатурна поворачиваются к Земле ребром. Сначала они превращаются в тонкую «иглу», пронзающую планету, а затем и вовсе пропадают.

Чтобы понять, как меняются условия видимости колец для землян, можно проделать следующий простой опыт: поставить на стол чайное блюдце, приподняв один край. Если опустить глаза на уровень стола и обойти вокруг него, то в течение одного обхода блюдце будет видно как с лицевой стороны, так и со стороны выпуклого дна и дважды – с ребра.

В реальности примерно так всё и происходит.

Сатурн почти в десять раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому мы всегда смотрим на него как бы со стороны Солнца. В течение одного орбитального оборота он дважды обращает к нам - то северный, то южный свой полюс. Соответственно и кольца видны то «сверху», то «снизу», и дважды исчезают совсем, когда они обращены к наблюдателю ребром. В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине: около 10-20 м. По отношению ширины к толщине листок папирусной бумаги гораздо толще планетных колец. Если уменьшить кольца Сатурна до метрового размера, то их толщина составить тысячную долю миллиметра. В кольце В частицы расположены так густо, что, залетев в середину потеряем из виду звёзды.

Впрочем, тьмы здесь нет – кругом светятся отражённым, преломлённым и рассеянным солнечным светом тысячи снежных тел. Есть более прозрачные участки, например кольцо С или деление Кассини; суммарная площадь частиц в них не превышает нескольких процентов от площади поверхности кольца.

Если приподняться над плоскостью колец, то можно увидеть бесконечное снежное поле. Внутри него возвышается гигантское полушарие Сатурна, освещённое Солнцем. Основная часть системы сатурнианских колец имеет ширину 60 тысяч км. Но вот равномерная гладкость колец нарушается, и они изгибаются волнами высотой в несколько сот метров результат гравитационного влияния спутника. Когда Солнце стоит низко над плоскостью колец, лучи его падают на верхушки этих колоссальных «гор», а «долины» остаются в тени. Подобную картину запечатлели «Вояджеры» во время своего пролёта возле Сатурна. Именно так скользили солнечные лучи по поверхности колец в 1999 году и в августе 2009 года, когда кольца Сатурна земляне видели с ребра.

В соответствии с законами Кеплера частицы на разных радиусах кольца движутся с различными скоростями ближе к планете, тем быстрее. В наиболее плотном кольце есть область, где частицы обращаются периодами, т.е. с той же угловой скоростью, с какой вращается Сатурн. Это значит, что относительно поверхности площади они остаются неподвижными. Подобным образом «висят» над Землёй геостационарные спутники, ретранслирующие теле – и радиосигналы наземных станций, - их период обращения равен 24 ч.

Просвечивание колец радиосигналами дало возможность изучать их тонкую структуру.



II.3 Гипотезы образования колец

  • все планеты образуются из пыли и мелких осколков, возможно гравитационной силы Сатурна недостаточно для того чтобы вещество из своих колец использовать для строительства своей планеты, но вполне достаточно чтобы не отпускать их от себя.

  • по другой теории, Сатурн столкнулся с другим довольно большим телом, в результате чего оно было уничтожено и развалилось на мелкие кусочки, а потом со временем равномерно распространилось по орбите.

Но данные «Вояджеров» опровергли эти гипотезы. Сейчас установлено, что кольца Сатурна (и других планет тоже) представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяжённостью во многие миллионы километров.
    Из внешних областей этого облака сформировались спутни­ки, а во внутренней образование спутников было «запрещено». Так как скорости взаимных соударений растут при приближении к планете, возле каждой планеты имеется область, где частицы, достигнув определённых размеров, начинают разваливаться от взаимных столкновений. Миллиарды лет соударений — и 10-метровые частицы дошли до такого рыхлого состояния, что рассыпаются от малейшего толчка на скорости миллиметр в секунду! Любая крупная частица за несколько дней или недель проходит полный цикл от разрушения до восстановления.
    Эта взаимная конкуренция, не дающая образоваться крупным спутникам, ослабевает по мере удаления от планеты, и на некотором расстоянии часть вещества превращается в спутники, а часть всё ещё пребывает в раздробленном состоянии — в виде кольца. Кстати, кольца за время своего существования сделали уже триллион оборотов — гораздо больше, чем спутники или планеты по своим орбитам. Суммарная масса ледяных колец Сатурна сравнима с массой его спутника Мимаса, радиус которого 200 км.
    Почему кольца плоские? Их сплющивание — это результат противоборства двух основных сил: гравитационной и центробежной. Гравитационное притяжение стремится сжать систему со всех сторон, а вращение препятствует сжатию поперёк оси вращения, но не может помешать её сплющиванию вдоль оси. Таково происхождение различных космических дисков, включая планетные кольца.


II. 4 «Спицы»


В кольцах Сатурна наблюдаются необычные образования — «спицы», представляющие собой светлые и тёмные полосы, идущие поперёк колец. Впервые спицы были обнаружены аппаратами серии «Вояджер». Поскольку кольцо Сатурна не является единым телом и внутренние слои вращаются вокруг планеты быстрее внешних, то спицы должны быстро разрушаться, однако этого не происходит.

Хотя спицы не являются долговечными образованиями, они могут существовать существенно дольше, чем можно было бы предположить, исходя из законов небесной механики. Высказаны гипотезы о влиянии электростатических либо гравитационных сил на формирование спиц.
Каталог: rabota
rabota -> Что такое аутизм?
rabota -> Схема работы единого ипотечного центра
rabota -> Қызықты деректер
rabota -> География және туризм мамандануы: География және туризм мамандануы
rabota -> Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования дворец творчества детей и молодежи имени добробабиной а. П. Города белово причины, влияющие на нездоровье волос беловчан
rabota -> Дата Тема Специалист 08. 06 «Дышит лето ветерком, на прогулку мы идем»
rabota -> Жұмыстың тақырыбы: Ауданымызда жиі кездесетін паразит құрттар Жұмыстың ғылыми бағыты
rabota -> Введение. Этиология и патогенез


Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет