Заняття – конференція на тему

“Фізика і космос”

для студентів перших курсів

Комунального закладу

«Бериславський медичний коледж»

Херсонської обласної ради

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підготувала:

                                   Голубнича Л.П. - спеціаліст

                                   I категорії, викладач фізики

План проведення заняття – конференції:

 

І. Організаційний момент.

ІІ. Оголошення теми, мети конференції.

ІІІ. Мотивація діяльності.

ІV. Виступи доповідачів.

V. Підсумки конференції.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Девіз конференції:

«Людей всегда манили дали, их вечно звали океаны,
А Космос жил не торопясь, он был загадочен и страшен…»

                                                                       ( Алдан-Семенов)

Тема:	Фізика і космос.
Мета:	ознайомлення студентів з останніми науковими даними про космос; узагальнення основних фізичних та астрономічних понять; розвивати зацікавленість студентів у поглибленному вивченні космічного простору; розвивати вміння аналізувати навчальний матеріал, вміння працювати з науковою літературою, встановлювати закономірності, головне і суттєве в матеріалі, що вивчається; розвивати пізнавальну активність студентів.
Виховна мета:	виховувати культуру мовлення; викликати захоплення  внутрішньою красою фізики та астрономії; викликати здивування новизною наукових фактів і теорій; виховувати почуття гордості за досягнення вітчизняної науки і техніки.
Обладнання:	стенди, таблиці, мультимедійні засоби (комп’ютер), газети, оформлені студентами, музичне оформлення: пісня “Земля в илюминаторе”.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід конференції.

 

І. Організаційний момент. Емоційна хвилинка.

На фоні пісні «Земля в илюминаторе» читається вірш

Безмежжя Всесвіту й холодний блиск зірок,

Краса туманностей, могуть чорних зірок,

Супутники й незлічені планети,

Пульсари, астероїди, комети.

Їх загадковість манить й спокушає,

Над думками учених владу має,

Бо Космос – наше джерело законів,

Не знаючи його живем без перепонів.

Але Земля – пісчинка у пустелі,

Й єдине місце людської оселі.

Вивчення простору нам не зашкодить,

Бо світ наш у Космос незвіданий входить…

 

2. Оголошення теми, мети конференції.

Викладач

Вітаю вас. Сьогодні у нас не звичайне заняття, а заняття-конференція з цікавими фізико-астрономічними дослідженнями в освоєні космосу.

 

3. Мотивація навчальної діяльності.

 

Вступне слово викладача.

ВСЕСВІТ - споконвічна загадка буття, принадна таємниця назавжди. Є лише безупинне подолання кордонів невідомого. Але як тільки зроблено цей крок - відкриваються нові горизонти. А за ними - нові таємниці. Так було, і так буде завжди. Особливо у пізнанні Космосу. Слово «космос»походить від грецького "kosmos", синоніма астрономічного визначення Всесвіту. Під Всесвітом мається на увазі весь існуючий матеріальний світ,безмежний в часі і просторі і нескінченно різноманітний за формами,які приймає матерія в процесі свого розвитку. Всесвіт, який вивчається астрономією, - частина матеріального світу, яка доступна дослідженню астрономічними засобами, відповідними досягнутому рівню розвитку науки.

Часто виділяють ближній космос, досліджуваний з допомогою космічних апаратів і міжпланетних станцій, і далекий космос - світ зірок і галактик.

Великий німецький філософ Іммануїл Кант зауважив одного разу, що є всього дві речі, гідні справжнього подиву і захоплення: зоряне небо над нами і моральний закон всередині нас. Стародавні вчені вважали: і те й інше нерозривно пов'язане між  собою. Космос обумовлює минуле, сьогодення і майбутнє людства і кожної окремо взятої людини. Говорячи мовою сучасної науки, в Людину  закодована вся інформація про Всесвіт. Життя і Космос нерозривні.

Людина  постійно прагнула до Неба. Спочатку - думкою, поглядом і на крилах, потім - за допомогою повітроплавних і літальних апаратів, космічних кораблів і орбітальних станцій. Про існування галактик ще в минулому столітті ніхто навіть не підозрював. Чумацький Шлях ніким не сприймався, як рукав гігантської космічної спіралі. Навіть володіючи сучасними знаннями, неможливо навіть побачити таку спіраль з середини. Потрібно віддалитися на багато-багато світлових років за його межі, щоб побачити нашу Галактику в її справжньому спіральному образі. Втім, астрономічні спостереження та математичні розрахунки, графічне і комп'ютерне моделювання,а також абстрактно-теоретичне мислення дозволяють зробити це, не виходячи з будинку. Але стало це можливо лише в результаті довгого і тернистого розвитку науки. Чим більше ми дізнаємося про Всесвіт, тим більше виникає нових питань.

Фізика і космос- нерозривні поняття. В чому ж вони прявляються?

ІV. Виступи доповідачів.

Доповідач 1

 

КОСМОС ПОЧИНАЄТЬСЯ … В АТМОСФЕРІ

 

Середовище. Атмосфері як середовищу, в якому ми існуємо, притаманні три важливі функції. Перш за все це підтримання необхідних для життєдіяльності людини складу, температури і тиску повітря. Крім того, атмосфера відіграє роль фільтра від таких небезпечних для життя факторів міжпланетного простору, як космічна радіація, ультрафіолетове випромінювання Сонця, метеори і космічний пил. І, нарешті, атмосфера є середовищем, в якому здійснюються різноманітні механічні та фізичні ефекти, наприклад поширення звуку, створення аеродинамічної сили або опору руху і т.д. Розповім докладніше про властивості земної атмосфери, про зміну їх з підйомом на велику висоту і про підтримання потрібних властивостей середовища в приміщеннях Орбітальних космічних станціях (ОКС). Існують наукові суперечки  з приводу визначення верхньої межі атмосфери. Зараз нею вважають висоту 1000 км - по так званій фізичній класифікації зон навколоземного простору. Критерієм при цьому служить явище взаємного зіткнення частинок повітря або довжина вільного пробігу окремих молекул повітря, яка вище 1000 км стає настільки великою, а зіткнення між частинками настільки рідкісними, що атоми і молекули повітря отримують можливість безперешкодно рухатися з атмосфери у вільний космічний простір. Вище 1000 км лежить зона таких вільно рухаються часток повітря. Протяжність цієї зони, яку називають екзосфера, також становить близько 1000 км. На висоті близько 2000 км екзосфера поступово переходить в так званий ближньокосмічний вакуум, який заповнений сильно розрідженими частинами міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ являє собою лише частину міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частки кометного і метеорного походження. Крім цих надзвичайно розріджених частинок, в міжпланетний простір проникає електромагнітна і корпускулярна радіація сонячного і галактичного походження.

Тепер перейдемо до фізіологічної класифікації зон. Льотчики і космонавти піднімаються на великі висоти в спеціальних герметичних кабінах, ізолюючих організм людини від навколишнього середовища. Чому людина не може існувати на великій висоті поза такої кабіни? Яка висота є граничною для людини і чому?

Атмосфера постачає нас необхідним для дихання киснем. Однак це одна з найбільш важливих функцій атмосфери дуже швидко слабшає у міру підйому на висоту. Уже на висоті 5 км над рівнем моря у нетренованої людини з'являється кисневе голодування, і без належної акліматизації працездатність людини значно знижується. Тут закінчується так звана фізіологічна зона атмосфери. Дихання людини стає неможливим на висоті 15 км, хоча приблизно до 115 км атмосфера містить молекули кисню, цілком придатні для дихання. Це пояснюється значним зменшенням зовнішнього барометричного тиску. Пояснимо це. З фізіології відомо, що в легенях людини постійно міститься близько 3 л так званого альвеолярного повітря. Тиск кисню в цьому обсязі при нормальних умовах становить 110 мм рт. ст., тиск вуглекислого газу - 40 мм рт. ст., а парів води - 47 мм рт. ст. Із збільшенням висоти тиск кисню падає, а сумарний тиск парів води і вуглекислоти в легенях залишається постійним - 87 мм рт. ст. Надходження кисню в легені повністю припиниться, коли тиск навколишнього повітря стане рівним цій величині. Це відбувається при досягненні висоти 15 км.

На висоті близько 19 км тиск знижується до 47 мм рт. ст. Тому тут почнеться кипіння води і міжтканинної рідини в організмі людини. Поза герметичної кабіни на цих висотах смерть наступить майже миттєво.

Таким чином, з точки зору фізіології людини космос починається вже на висоті 19 км.

У сучасній авіації велике поширення отримали герметичні кабіни з надуванням зовнішнім атмосферним повітрям. Але такий тип кабіни практично придатний лише для польотів на висотах нижче 30 км. На великих висотах для стиснення сильно розрідженого повітря потрібно дуже велика потужність компресора. Крім того, при стисканні такого розрідженого повітря температура його зростає настільки інтенсивно, що потрібне додаткове охолодження повітря. Тому в космічних польотах використовується принципово новий тип кабіни для пілота - повністю герметична і надувається зсередини.

Однак для підтримки життєдіяльності людини всередині герметичної кабіни абсолютно недостатньо мати лише атмосферний тиск повітря і потрібну кількість кисню. Усередині космічного корабля повинен підтримуватися такий клімат, до якого людина звикла на Землі, тобто певний діапазон зміни вологості і температури повітря.

Такий штучно створений і автоматично підтримуваний клімат був в кабінах радянських космічних кораблів. Нагадаємо, що в кабіні корабля «Восток-5» склад повітря, тиск, вологість і температура підтримувалися в заданих межах майже п'ять діб. Таким же і навіть більш високим вимогам будуть задовольняти робочі та житлові відсіки ОКС, в яких приміщення для екіпажу будуть набагато більше за обсягом, а час підтримки нормального для людини клімату зросте у багато разів.

Фізіологічна  класифікація зон вказує і на те, що на висотах більше 36 км інтенсивно діє іонізуюча радіація - первинні космічні промені, на висотах більше 40 км діє небезпечна для людини ультрафіолетова частина сонячного спектра і на висотах більше 120 км - інтенсивні метеорні потоки.

 

У міру підйому на все більшу висоту над поверхнею Землі поступово послаблюються, а потім і повністю зникають такі звичні всім явища, що спостерігаються в нижніх шарах атмосфери, як поширення звуку, виникнення підйомної сили і опору, передача тепла конвекцією і ін.

У верхніх, розріджених шарах повітря, де довжина вільного пробігу частинок стає сумісною з довжиною хвилі звукових коливань, поширення звуку виявляється неможливим. До висот порядку 60-90 км ще можливе використання опору і підйомної сили повітря для керованого аеродинамічного польоту. Але починаючи з висот 100-130 км знайомі кожному льотчику поняття числа М і «звукового бар'єра» втрачають свій сенс, хоча при великих швидкостях польоту там ще можна застосувати аеродинамічне крило. На висотах же 180-200 км починається сфера чисто балістичного польоту, управляти яким можна лише використовуючи реактивні сили. Якщо при такому польоті розвивається відцентрова сила, рівна силі тяжіння на даній висоті, то настає стан так званої динамічної невагомості і літальний апарат стає штучним супутником Землі.

На висотах вище 100 км атмосфера позбавлена ​​і іншої чудової властивості - здатності поглинати, проводити і передавати теплову енергію звичайною конвекцією. Це означає, що різні елементи обладнання апаратури ОКС не зможуть охолоджуватися так, як це робиться зазвичай на літаку, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і взагалі в космосі, єдиним способом передачі тепла є радіаційне випромінювання. Відомо, що політ з великою швидкістю в нижніх шарах атмосфери пов'язаний з дуже сильним конвективним нагрівом носової частини і обшивки літального апарату, які виникають в результаті тертя об молекули повітря. При польоті ж на висотах 130-160 км нагрів обшивки від тертя об повітря стає мізерно малим.

Отже, де ж, починається власне космос - вільний міжпланетний простір в «чистому» вигляді?

Навряд чи на це питання можна відповісти цілком виразно. Існують три розглянуті нами класифікації зон навколоземного простору - фізична, фізіологічна і технічна. Цікаво, що при підйомі на висоту особливо швидко починається космос для фізіологів - з висоти 19 і навіть 15 км. Правда, на цих висотах проявляються лише окремі властивості космічного середовища. Тому зону від 19 до 200 км фізіологи вважають частково еквівалентній космосу.

Звичайно, і вище 200 км космос все ж відрізняється від міжпланетного простору, так як ще позначається вплив близькості Землі. Радіаційні пояси Землі поширюються на багато десятків тисяч, а гравітаційні і магнітні поля - на багато сотень тисяч кілометрів .

 

 

Доповідач 2.

 

Радіація. Мабуть, однією з найбільших небезпек, що підстерігають людину в космосі, є вплив космічної радіації. Ще не ясні до кінця розміри цієї небезпеки, але вже очевидна необхідність у потужному антирадіаційному захисті для екіпажу ОКС, тим більше, що шкідливий вплив радіації на організм має властивість накопичуваності і може проявитися через кілька років або передатися у спадок.

З біологічною дією іонізуючої радіації люди вперше зіткнулися понад півстоліття тому після відкриття природної радіоактивності. Однак серйозним вивченням впливу радіації на живі організми вчені зайнялися лише в недавній час у зв'язку з бурхливим розвитком атомної техніки.

Гранично допустима доза опромінення для людини не повинна перевищувати 0,3 рентгена на тиждень або 15 рентген на рік. Граничною для людини дозою при короткочасному опроміненні вважають 600 рентген. У зв'язку з необхідністю тривалого перебування людини на борту ОКС або в далекому космосі вчені шукають ефективні засоби захисту від іонізуючої радіації. Таким захистом, можливо, будуть спеціальні екрани - поглиначі і відбивачі космічних частинок. Вчені ведуть також посилені пошуки спеціальних препаратів, здатних у випадках сильного опромінення запобігти або хоча б затримати розвиток променевої хвороби.

При проектуванні ОКС враховуватиметься вплив космічної радіації не тільки на організм людини, але і на матеріали конструкції та обладнання. Дослідження показали, що радіація майже не діє на метали, але в умовах вакууму здатна викликати деполимеризацію пластмас, що порушує їх структуру. Процес деполимеризації супроводжується зазвичай виділенням газу,підвищенням крихкості і електропровідності, зменшенням зчеплення частинок пластичних матеріалів.

Відому небезпеку радіація представляє і для напівпровідникових приладів - транзисторів.

Ми вже згадували про навколоземні пояси радіації, утворені магнітним полем Землі . Це головне джерело небезпечних випромінювань для екіпажу ОКС. Радіаційна «оболонка» Землі складається з трьох зон, або поясів - внутрішнього, зовнішнього та самого зовнішнього.

Перший - внутрішній пояс радіації - як би охоплює земну кулю вздовж геомагнітного екватора. Він складається з частинок з високою енергією - протонів. Щодо центру Землі цей пояс, який породжує його магнітне поле, розташований несиметрично: в західній півкулі нижній край його опускається до висоти 600 км, у східному - піднімається до 1600 км. В деяких місцях (наприклад, в південній частині Атлантичного океану) підвищена радіація починається на ще менших висотах - 350-400 км, що пояснюється впливом місцевих магнітних аномалій.  Іонізуючу дію радіації внутрішнього пояса викликають головним чином протони, які можуть створювати максимальну дозу, рівну 50-100 рентгенів на годину. Створити надійний захист при такій дозі радіації можна, лише застосовуючи дуже товсті екрани, вага кожного погонного сантиметра яких, за оцінкою американських фахівців, на сучасному рівні техніки може становити до 80 м

Другий - зовнішній пояс радіації, - відкритий радянськими вченими, розташований на висотах від 9000 до 45000 км. Він набагато ширше внутрішнього і також володіє змінною інтенсивністю. Максимальна доза, створювана зовнішнім поясом за одну годину, може скласти величезну величину - до 10000 рентген. Однак проблема захисту від радіації зовнішнього пояса буде, по всій ймовірності, менш складною, ніж проблема захисту від радіації внутрішнього поясу. Справа в тому, що зовнішній пояс складається в основному з частинок порівняно невисокою енергії - електронів, від яких можуть непогано захистити навіть звичайні матеріали обшивки космічного корабля. Якщо ж застосувати досить тонкі свинцеві екрани, то цю дозу можна знизити в тисячі і десятки тисяч разів.

Що стосується третього - самого зовнішнього пояса радіації, - розташованого на висотах 45000-80000 км, то, незважаючи на його поки ще недостатню вивченість, вважають, що радіація в ньому не буде представляти великої небезпеки через малу енергію його частинок.

Інтенсивність космічної радіації різко зростає під впливом сонячних спалахів, які, що особливо важливо, досить нерегулярні за часом і інтенсивностю. Наприклад, за період з 1956 по 1960 р було відмічено близько десятка потужних спалахів на Сонці з частотою появи близько двох на рік. Спалах, що спостерігалася 12 травня 1959, супроводжувалася випромінюванням протонів, які на висоті 30 км створювали біологічну дозу в 2 рентгена на годину; причому треба враховувати, що на цій висоті сильно позначається екрануючий вплив атмосфери.Вже цей рівень дози надмірно великий для людини, проте сонячні спалахи можуть створювати і більш інтенсивні потоки радіації. Зареєстрована в липні того ж року при черговому спалаху на Сонці інтенсивність потоку протонів виявилася в десять разів більше попередньої.

Забезпечення надійного захисту екіпажу космічного апарату від дії радіації сонячних спалахів - вельми складна задача. Досить сказати, що для захисту від середнього по інтенсивності спалаху 12 травня 1959 був потрібен товстий графітовий екран, вага якого при площі 10 м2 склав би 5 т. Тепер зрозуміло, чому великого значення набуває прогнозування спалахів на Сонці. Багаторічними спостереженнями за Сонцем встановлено, що в його діяльності маються періоди мінімальної активності, Ці періоди найбільш сприятливі для польотів людини в космос та перебування людей на борту орбітальних станцій. 

Отже, найбільшу небезпеку для екіпажу ОКС представлять інтенсивні потоки протонів при спалахах на Сонці і при проходженні станцією внутрішнього поясу радіації, де потужність дози може досягати 1 рентгена за хвилину і більше. Як ми вже говорили, саме протони є тими частинками, від яких в першу чергу необхідно захищатися. Однак при розробці системи радіаційного захисту ОКС потрібно враховувати і те, що, потрапляючи в матеріал обшивки і конструкції, протони здатні створювати вторинні продукти радіації, зокрема гамма-промені і рентгенівські промені, що володіють ще більшою проникаючою здатністю, ніж протони.

Способи захисту від космічної радіації можуть бути пасивними і активними. Пасивні способи аналогічні тим, які застосовуються в даний час в практиці реакторобудування, і засновані на властивостях матеріалів поглинати і частково відображати радіацію. Активні способи - це відображення протонів з використанням електростатичних або електромагнітних полів. Використовуючи позитивний заряд протонів, можна впливом поля змінити напрямок їх потоку і змусити обійти космічну станцію. Активний захист більш ефективна, але пов'язаний з дуже великою витратою енергії.

Пасивний захист може здійснюватися екрануванням найбільш відповідальних, в першу чергу житлових і робочих, відсіків ОКС щитами з матеріалу, що забезпечує зменшення дози нижче допустимої межі. Найкращою  здатністю поглинання володіють елементи з високою атомною вагою і міцними електронними зв'язками, наприклад свинець. Він є ефективним захисним матеріалом не тільки від протонів, але і від вторинних продуктів радіації. Водень, наприклад, в якості захисту від протонів за вагою в п'ять разів ефективніше свинцю, але водень безпорадний проти гамма-випромінювання. Система ж захисту свинцевими екранами має дуже велику вагу.

 

Доповідач 3

 

Метеорні тіла. Атмосфера надійно захищає поверхню Землі від ще одного «господаря» космосу - метеорів, метеорних дощів та потоків космічного пилу. Підходячи до поверхні Землі, більшість з цих посланців космосу згорає при вході в атмосферу на висоті 40-120 км.

Донедавна наші уявлення про справжні розміри метеорних потоків на великих висотах грунтувалися лише на оптичних і радіолокаційних спостереженнях. Тільки в останні роки завдяки численним запусків дослідницьких ракет, супутників і космічних кораблів були отримані великі відомості, що дозволили більш строго підійти до оцінки тієї небезпеки, яку представляють метеори при тривалих польотах людей в космосі.

Частинки космічної речовини розподіляються в межах сонячної системи нерівномірно і мають самі різні фізичні властивості. Поки більш-менш вивчені метеорні потоки лише в навколоземній частини міжпланетного простору, але вони-то і становлять найбільший інтерес з точки зору створення ОКС. Обшивка орбітальних станцій буде піддана бомбардуванню частинками різних розмірів і маси.

Осколки великих метеорних тіл, зрідка досягають земної поверхні, називаються метеоритами. Вони мають відносно високі щільності - від 2 г ​​/ см3 (щільність каменю) до 8 г / см3 (щільність заліза). Метеорні частки кометного походження,  89% у загальному метеорному потоці, мають, судячи з непрямих оптичних і радіолокаційних вимірів, набагато меншу щільність - нижче 0,05 г / см 2 (щільність щойно випавшого снігу). Близько 10% загального числа метеорних тіл, що зустрічаються в навколоземному просторі, становлять осколки розсипаних астероїдів. Лише 1% всіх метеорних часток має галактичне походження.

Щільність метеора визначають, зазвичай із Землі, оптичними методами по яскравості його світіння. Швидкості метеорних потоків поблизу Землі досягають величезних величин - від 11 до 76 км / сек, причому, як вважають, найбільш інтенсивно метеорні потоки діють в площині екліптики.

У чому ж полягає метеорна небезпека при польотах в космос? Тривалі польоти штучних супутників Землі показали, що ймовірність зіткнення в космосі з великими метеорними тілами вельми мала. Більш реальну загрозу для екіпажу та конструкції корабля представляють дрібні тверді частинки. При зіткненні, їх з обшивкою ОКС в ній можуть утворитися наскрізні пробоїни, що може викликати розгерметизацію кабіни.

Метеорні частки мають самі різні розміри і вагу. Найбільш великі з них, вагою від 5 • 10-3 до 2 • 10-5 г і діаметром від 1 до 0,2 см, складають в загальному потоці лише близько 0,3%.

При проектуванні обшивки ОКС не можна забувати про те, що ймовірність попадання мікрометеоров зростає із збільшенням розмірів станції. Крім того, товщина обшивки в значній мірі впливає на вагу корисного навантаження всієї станції. Тому товщина обшивки повинна бути обрана оптимальною, причому обмеженням є, з одного боку, вага обшивки, з іншого - можливість пробивання його метеорними тілами.

Враховуючи, що ймовірність потрапляння цих частинок в ОКС невелика, політ станції практично можна буде вважати безпечним протягом тривалого часу.

Залежно від розмірів пробитого отвору та обсягу внутрішніх приміщень ОКС повітря буде з тією чи іншою швидкістю витікати назовні. Розрахунки показують, що в середньому швидкість падіння тиску (декомпресії) в приміщенні ОКС при пробитті обшивки метеорним тілом, як правило, буде не настільки значною, щоб космонавти не встигли прийняти необхідні захисні заходи: перейти в запасну кабіну (якщо така є) або надіти спеціальний скафандр.

Конструктори шукають шляхи зменшення ймовірності пробою обшивки космічних кораблів шляхом підбору кращих матеріалів і створення спеціальних конструкцій обшивки. З нових матеріалів, вигідних з точки зору зменшення ваги обшивки і здатних більш-менш успішно протистояти метеорною тілам, можна назвати берилій, магній, титан. Кожен з них має, звичайно, і свої недоліки. Наприклад, магній при нагріванні втрачає свої властивості міцності, тому він може бути застосований лише в тому випадку, якщо конструкція ОКС не повертатиметься на Землю. Крім того, передбачається використовувати самогерметизуючі при пробої гумові матеріали, що наносяться на металеву обшивку і оберігають від витоку повітря при пробої, як це робиться в авіації для герметизації баків.

 

Дуже перспективним способом антиметеорного захисту є застосування багатошарової обшивки з кількох листів металу, розділених проміжками. Захисні листи можна зробити дуже тонкими, і сумарна вага багатошарової обшивки буде у багато разів менше ваги одношарової захисту. У найпростішому випадку така обшивка складається з двох стінок. Зовнішня стінка, виконана, наприклад, з берилію, - тонка - товщиною всього 0,3-0,5 мм; вона призначена для поглинання енергії микрометеоров низької щільності. Товщина внутрішньої стінки, також берилієвої, буде обрана відповідно до звичайними умовами непробіваємості для певного розміру частинок протягом заданого часу.

Багатошарову обшивку ОКС можна зробити ще більш тонкої та легкої, якщо проміжки між стінками заповнити гумовим матеріалом або спеціальною речовиною, здатним «запечатувати» пробоїни.

Хоча пробивання обшивки мікрометеорів, навіть при тривалому існуванні ОКС, можна вважати вельми рідкісним явищем, з яким до того ж можна досить успішно боротися, проте метеорну небезпеку не можна недооцінювати. Крім того, постійний вплив дрібних метеорних часток на різні поверхні призведе до їх ерозії, тобто до зносу матеріалу з поверхні обшивки. При проектуванні ОКС з періодом існування більше одного року доведеться, ймовірно, враховувати можливе зменшення товщини обшивки внаслідок ерозійної дії  метеорних тіл. Ймовірно, ерозії буде піддаватися і різноманітне обладнання наукової космічної станції: зовнішні лінзи оптичних приладів, поверхні випромінювачів і сонячних колекторів.

 

Доповідач 4

 

У ВІДКРИТИЙ КОСМОС !

 

     Всесвіт настільки величезний, що астрономи досі не змогли встановити, наскільки він великий! Проте завдяки останнім досягненням науки й техніки ми дізналися багато нового про космос і наше місце у ньому. Останні 50 років у людей з'явилася можливість залишати Землю і вивчати зірки й планети, як спостерігаючи в телескопи, так й одержуючи інформацію безпосередньо з космосу. Запущені супутники оснащені надзвичайно складним устаткуванням, з допомогою якого було зроблено дивовижні відкриття, в існування яких астрономи не вірили, наприклад, чорні діри і нові планети.

     З часу запуску у відкритий космос першого штучного супутника у жовтні 1957 року за межі нашої планети, було відправлено безліч супутників і роботів-зондів. Завдяки ним вчені “відвідали” майже всі основні планети Сонячної системи, і навіть їх супутники, астероїди, комети. Такі запуски здійснюються постійно, й у наші дні зонди нової генерації продовжують свій політ до інших планет, добуваючи і передаючи на Землю усю інформацію.

     Деякі ракети сконструйовані таким чином, що можуть досягати лише верхніх шарів атмосфери, та їх швидкість недостатня для виходу до космосу.

Щоб подолати межі атмосфери, ракета мусить перемогти силу тяжіння Землі, а  для цього потрібно певна швидкість. Якщо швидкість ракети 28 500 км/год, вона летітиме з прискоренням, рівним силі тяжіння. Щоб повністю подолати силу земного тяжіння, ракета має рухатися зі швидкістю більшої, ніж 40 320 км/год. Вийшовши на орбіту, деякі космічні апарати, використовуючи енергію гравітації Землі та інших планет, можуть  за рахунок цього збільшити власну швидкість задля його подальшого ривка до космосу. Це називається «ефектом пращі».

 

ДО КОРДОНІВ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

 

     Супутники і космічні зонди неодноразово запускалися до внутрішніх планет: російська «Венера», американські «Маринер» до Меркурію і «Вікінг» до Марса. Запущені в 1972-1973 рр. американські зонди «Піонер-10» і «Піонер-11» досягли зовнішніх планет - Юпітера і Сатурна. У 1977 р. до Юпітера, Сатурну, Урану і Нептуну було також запущені «Вояджер-1» і «Вояджер-2». Деякі з цих зондів досі продовжують літати біля самісіньких кордонів Сонячної системи та будуть посилати інформацію на Землю до 2020 року, і деякі залишили межі Сонячної системи.

Дослідження Місяця

     Найбільш близький до нас, Місяць, завжди був й залишається дуже цікавим об'єктом фінансування наукових досліджень. Оскільки ми завжди бачимо лише ту частину Місяця, яка освітлена Сонцем, особливий інтерес мала для нас і невидима значна його частина. Перший обліт Місяця й фотографування зворотного боку, здійснено радянською автоматичноїю міжпланетною станцією «Луна-3» в 1959 р. Якщо зовсім недавно вчені просто мріяли про польоти на Місяць, то сьогодні їхні найближчі плани йдуть далі: земляни розглядають цю планету як джерело цінних порід і мінералів. З 1969 по 1972 рік космічні кораблі «Аполлон», виведені на орбіту ракетою-носієм «Сатурн-5», зробили кілька польотів на Місяць, і доставили туди людей. Таким чином на Срібну планету 21 липня 1969 р. ступила нога першої людини. Ним став Нейл Армстронг, командир американського космічного корабля «Аполлон-11», і навіть Едвін Олдрін. Астронавти зібрали зразки місячної породи, провели з неї ряд експериментів, дані про які продовжували надходити на Землю протягом значного часу після повернення. Дві експедиції на космічних кораблях «Аполлон-11» і «Аполлон-12» дозволили нагромадити деякі дані щодо поведінки людини на Місяці. Створене захисне оснащення допомогло космонавтам жити і у умовах ворожого вакууму і аномальних температур. Місячне тяжіння виявилося дуже сприятливим до роботи космонавтів, які не виявили ні фізичних, ні психологічних труднощів.

    Космічний зонд «Проспектор» (США) запущено у вересні 1997 р. Після нетривалого польоту на навколоземній орбіті він попрямував до Місяця і потрапив на його орбіту за п'ять днів після запуску. Цей американський зонд призначений для збирання й передачі на Землю інформації складу поверхні та надр Місяця. В нього  немає фотокамер, але є прилади щодо необхідних досліджень безпосередньо як  з орбіти, так із висоти 100 км.

             Одне з перших відкриттів, зроблене під час аналізу зразків місячних порід, виявилося серед найважливіших: породи з темних місячних морів загалом аналогічні земним базальтам. Це свідчить, що Місяць який завжди був холодним; швидше за все, колись був досить гарячим для викиду магми (розплавленої породи), яка, потрапивши на поверхню, кристалізувалася в базальти. Було також виявлено істотні розбіжності місячних і земних порід. Звідки випливає висновок, що Місяць колись був  частиною Землі. Нині фахівці практично одностайно віддають перевагу ідеї, що Місяць утворився приблизно там, де знаходиться тепер. Його формування стало частиною процесу формування Землі.

Космічні польоти дозволили вирішити багато запитань: які таємниці зберігає Місяць, “єдинокровна” частина Землі чи “гість” з космосу, холодна чи гаряча, молода чи стара, повернеться до нам іншим боком, що знає Місяць минуле і майбутньому Землі. Проте задля чого знадобилося робити нашого часу настільки трудомісткі, дорогі і ризиковані експедиція до Місяця і Місяць? Хіба мало люди земних турбот: зберегти довкілля від забруднення, відшукати глибоко поховані джерела, передбачити виверження вулкана, запобігти землетрус...

Але хоч як це парадоксально здавалося б, зрозуміти Землю, не подивившись її у ззовні, важко. Це вже справді — “велике видно з відстані”. Людина завжди прагнув пізнати свою планету. З того далекого часу, коли зрозумів, що земля не спочиває на засадах, він багато збагнув.

Земні надра вивчає геофізика. Досліджуючи з допомогою приладів окремі фізичні властивості планети — магнетизм, гравітацію, тепло, електропровідність,— можна спробувати відтворити її цілісний образ. Особливо значної ролі у тих дослідженнях грають сейсмічні хвилі: вони, як промінь прожектора, висвітлюють своєму шляху надра Землі. Проте навіть з такимсверхзрением видно далеко ще не все. У надрах активні магматичні і тектонічні процеси неодноразово переплавляли первозданні породи. Вік найдавніших зразків (3,8 млрд. років) на мільярд років молодшою віку Землі. Знати ж, який Земля була спочатку, отже зрозуміти її еволюцію, отже надійніше прогнозувати майбутнє.

Але ж такий і далекий від Землі є космічне тіло, поверхню якого схильна до ерозії. Це — вічний й єдине природний супутник Землі — Місяць. Знайти у ньому сліди перших кроків Землі у Всесвіті – ці надії учених виявилисяненапрасними.

Про дослідженнях Місяця можна говорити багато. От і хотіла б розповісти продокосмических етапах дослідження відвідин Місяця й про найвагоміших дослідженнях ХХ століття. Перш ніж написати цей реферат я вивчила багато літератури, присвяченій моєї темі.

Наприклад, у книзі І. М. Галкіна “>Геофизика Місяця” я знайшла матеріал, присвячений розгляду проблеми дослідження структури місячних надр. У основу книжки покладено матеріал. Який публікувався, доповідався обговорювалося на Московської радянсько-американської конференції по космохімії відвідин Місяця й планет 1974 року і наступних щорічних місячних конференціях в Х'юстоні в 1975 – 1977 роках. Тут зібрано величезний обсяг інформації про структуру, складі - й стані місячних надр. Книжку написано в науково-популярному стилі, що дозволяє без особливого труднощі зрозуміти представлені у ній відомості. З цієї книжки мені знадобився досить великий обсяг інформації.

На книзі До. А. Куликова і У. Б. Гуревича “Новий образ старої Місяця” представлений матеріал про найважливіших наукових результатах дослідження Місяця засобами космічної техніки. Книжка розрахована в середньому читачів, не не потребує спеціальної підготовки, т. до. написана у досить популярної формі, але спираючись на суворо наукові основи. Ця книга більш старими попередньої, тому матеріал з її мною мало використовувався, натомість у неї є дуже гарні схеми і ілюстрації, частина яких представлена мною в додатках.

У вашій книзі Ф. Ю.Зигеля “Подорож надрам планет” зібрано інформацію про досягненнях геофізики до вивчення надр планет і супутників, космічних зв'язках геофізики, ролігравиметрии у визначенні постаті Землі, пророцтвах землетрусів, вулканічних процесах на планетах. Тут значне місце приділено проблемам походження Сонячної системи та планет, використанню їх надр для технічних потреб людства. Книжка варта якнайширшого кола читачів. Причому, на жаль, у ній мало уваги приділено Місяці, для мене це джерело був мало потрібен.

У черговому томі популярною дитячою енциклопедії “Хочу все знати” зібрано інформацію про великихастрономах, їх відкриттях і винаходи, у тому, як усвідомлювали пристрій свого космічного будинку у різні часи. У цій книзі легко знайти цікаву для мене інформацію, т. до. вона оснащенапредметно-именним покажчиком. Книжка варта дітей молодшого шкільного віку, тому інформація у ній викладено дуже доступним мовою, але фактично є такою глибокої, яку вимагає моя робота.

Дуже захоплююча книга З. М.Зигуленко “1000 загадок Всесвіту”. У ньому зібрано відповіді багато запитань, наприклад: як утворився наш Всесвіт, чим відрізняється зірка від планети і багатьох інших. Є й інформація про дослідження Місяця, котру було використано мною в рефераті.

У вашій книзі І. М. Галкіна “>Маршрутами ХХ століття” тісно переплітаються дві теми – опис експедиційних геофізичних досліджень, у деяких районах Землі та виклад фактів, теорій, гіпотез про походження і подальший розвиток планет, про складних фізико-хімічних процесах, які у їх надра і нашого часу. Тут ідеться і про дослідження супутника Землі – Місяця, її походження, розвитку і сучасний стан. Саме це матеріал якнайкраще підійшов для моєї праці та був опорним під час написання реферату.

 

ДОСЛІДЖЕННЯ МАРСА

     Багато відкриттів, зроблених вченими останнім часом, пов'язані з Марсом. До 2005 року було заплановано здійснити 10 польотів до планети, але лише американський космічний зонд «Пасфайндер» торкнувся марсіанської поверхні. «Пасфайндер» опустився на поверхню Марса у липні 1997 р. і доправив міні-всюдихід “Содженер”. Парашут затимав його спуск, а повітряні подушки забезпечили м'яку посадку.    

Вчені виявили факти, які свідчать про можливість  існування на цій планеті життя. Хоча Марс і нагадує трохи земну пустелю, природні умови у ньому значно більш суворі. Марс – наступна за Землею планета, проте набагато холодніша. Марс менше, та його атмосфера, що складається головним чином із двоокису вуглецю, занадто розріджена і тому непридатна для дихання. Попри тонкий шар хмар від поверхні, вода на Марсі відсутня. Однак ця планета  не завжди була така. У минулому було набагато тепліше, повітря було, і  по пересохлим долинам текли повноводні річки.

У 1996 р. учені виявили в Антарктиді метеорит, що мав хоча б хімічний склад, як і марсіанські породи. Мабуть, він упав на Землю після зіткнення Марса з кометою. Усередині ж метеорита знайшли дивні відбитки, очевидно, сліди простих бактерій.

Щоб скласти докладну карту Марса, на його орбіту наприкінці 1997 р. запущено космічний зонд «Глобал Сервейер», який має проводити дослідження поверхні планети протягом кілька років. Зонд оснащений такою потужною апаратурою, що дозволяє одержувати інформацію навіть про об'єкти величиною лише 3 метри в діаметрі. Принаймні, марсіанські карти, складені з допомогою цього зонда, будуть такі ж докладні, як і земні.

У американському Космічному центрі імені Джонсона, починаючи з 2007 р., заплановано запустити до Марса 12 експедицій, розраховуючи вже у 2016 р. заснувати на «червоній планеті» населену колонію землян. Спочатку буде три вантажних пуски. Потім у 2009 р. навколомарсіанську орбіту доставлять запасний «зворотній» корабель і запасну злітну щабель для евакуації астронавтів. Що стосується успіху всієї попередньої підготовки - на Марс вирушить екіпаж з 6 чоловік і залишиться там більше року – до 20 місяців. У 2012 р. його змінить друга експедиція. Так розпочнеться реальне заселення навколоземного простору. Чи здійсняться мрії та задуми?

Температура. Атмосфера. Вода. Ультрафіолетове випромінювання. Цікаві спостереження

Сама досліджувана зараз планети, на якій ведуться пошуки, - Марс, але не усі вчені погоджуються з тим, що на ній можуть існувати які - те форми життя, деякі вважають Марса ненаселеним. З обліком цього зупинимося на цій планеті детальніше. Аргументи проти життя на Марсі переконливі і добре відомі, приведемо деякі.

Температура

Середня температура майже -550С (на Землі + 150С). температура всієї планети може упасти до світанку до -800С. У середині марсіанського літа біля екватора температура склала +300С, але, можливо, у деяких областях поверхня ніколи не нагрівається до 00С.

Атмосфера

Як показали польоти "Маринерів", загальний тиск лежить в області 3 - 7 мб (на Землі 1000 мб). При цьому тиску вода буде швидко випаровуватися при низьких температурах. Атмосфера містить невелику кількість азоту й аргону, але головна маса - вуглекислота, що повинне сприяти фотосинтезу; але ще менше в марсіанській атмосфері кисню. Правда, багато рослин можуть жити і без нього, але для більшості земних він необхідний.

 Вода

Спостерігаючи полярні шапки, астрономи зробили висновок, що вони складаються з води. Вважалося, що вони можуть складатися з твердої вуглекислоти (сухого льоду). В атмосфері не раз спостерігалися хмари різних типів, по - видимому, що складаються з крижаних кристалів (взагалі утворення хмар на Марсі - рідкість.

Спектроскопічне недавно була виявлена вода, але вологість там повинна бути дуже низкою. Це може вказувати на змочування ґрунту вологою атмосфери, хоча таке явище буває дуже рідко. Не видно руху рідкої води по планеті, хоча переміщення води від полюса до полюса дійсно відбувається (у міру танення південної полярної шапки північна наростає).

Ультрафіолетове випромінювання

Практично все ультрафіолетове випромінювання Сонця проникає крізь розріджену атмосферу до поверхні планети, що згубно впливає на все живе (на земне, принаймні). Рівень космічного випромінювання вище, ніж на Землі, але по більшості розрахунків він не небезпечний для життя.

Проте клімат Марса, атмосфера віддалено аналогічні земними. Ця планета вільна від зараження речовинами земного походження. Тому виявлення життя на ній найбільше ймовірно.

Цікаві спостереження

Не дивлячись на всі ці доводи, ряд спостережень промовляє на користь життя на Марсі настільки переконливо, що не можна не згадати про них. Приведемо деякі з них.

Ділянки марсіанської поверхні, що учені називають морями, виявляють всі ознаки життя: під час марсіанської зими вони чи тьмяніють майже зникають, а з настанням весни полярні шапки починають відступати, і тоді "моря" негайно починають сутеніти; це потемніння просувається до екватора, тоді як полярна шапка відступає до полюса. Важко придумати цьому явищу інше пояснення, крім того, що потемніння викликається вологою, що виникла при таненні полярної шапки.

Поступове просування потемніння від краю полярної шапки до екватора відбувається з постійною швидкістю, однакової щорічно. У середньому фронт потемніння рухається до екватора зі швидкістю 35 км / доба. Саме по собі це неймовірно, оскільки швидкість вітру на поверхні Марса (рух жовтих пилових хмар) досягає 48 - 200 км / година і для нього типова форма гігантських циклонів. Усе це виглядає аномалією, якщо вважати, що потемніння ґрунту обумовлене переносом вологи з полярних шапок атмосферними плинами. У всякому разі, фізичні теорії, що висувалися дотепер для пояснення цього явища, були відкинуті.

Іноді марсіанські "моря" покриваються шаром жовтого пилу, але через кілька днів з'являються знову. Якщо вони складаються з марсіанських організмів, ці організми чи повинні прорости крізь пил, чи "стряхнути" її із себе. Разюча "щільність" марсіанських "морів" порівняно з навколишніми їх так називаними "пустелями". Якщо "моря" так добре фотографуються крізь червоний фільтр, то, виходить, вони складаються з організмів, що покривають ґрунт суцільним шаром (аналогічне спостереження наших пустель з літака з висоти, такий, щоб окремих рослин не можна було розрізнити).

У марсіанських "морях" і "пустелях" іноді швидкі, що відбуваються протягом декількох років зміни. Так, у 1953 р. з'явилася темна область величиною з Францію (Лаоконов вузол). Вона з'явилася там, де в 1948 р. була пустеля. Якщо така навала на "пустелю" зробили марсіанські рослини, то вони, мабуть, не просто існують. Це спостереження так разюче, що можна подумати про Марсіанський розум, що відвоював для себе частина "пустелі" за допомогою агротехніки.

Зроблені апаратами "Маринер" знімки показують, що в областях, називаних астрономами "морями", кратери розташовані найбільше густо. Так чи інакше - імовірно, що життя могло зародитися на дні кратерів і потім перейти на височині між ними. У дуже гарних умовах видимості марсіанські "моря" дійсно розпадаються на безліч дрібних деталей, але в нас немає основ вважати, що зараз життя обмежується дном марсіанських кратерів, тому що "моря" занадто великі для такого пояснення.

Не дуже давно була висунута гіпотеза (І. С. Шкловським) про те, що супутники Марса можуть бути штучними. Вони рухаються по майже круговим, екваторіальної орбіта, і в цьому змісті вони відрізняються від природних супутників будь-якої іншої планети Сонячної системи. Вони знаходяться на близькій відстані від Марса і по величині дуже невеликі (близько 16 і 8 кілометрів у діаметрі). Як видно, їхня відбивна здатність більше, ніж у Місяця. Прискорення при русі одного із супутників відбувається таким чином, що їсти підставу допустити, що супутники представляють порожню сферу.

На поверхні Марса іноді спостерігаються дуже яскраві світлові спалахи. Іноді вони продовжуються по 5 хвилин, а слідом за цим виникає біла хмара, що розширюється. У деяких учених склалося враження, що з 1938 року - першого відомого такого випадку - така подія повторювалася 10 - 12 разів. Яскравість спалаху еквівалентна яскравості вибуху водневої бомби.

Таке яскраве блакитнувато-біле світло навряд чи може бути вулканічним, а зривши упалого метеорита не могло би продовжуватися так довго. Але в той же час навряд чи це термоядерний вибух.

Канали. Ці утворення на Марсі довго були предметом суперечки як можливий доказ розумного життя. У цієї замкнутої мережі ліній, що стає видимої при сприятливих умовах у нашій атмосфері і на поверхні Марса, повинне бути пояснення.

Перша особливість у тім, що це замкнута мережа, у якої лише далеко не всі лінії попросту обриваються в "пустелях", не приєднуючи ні до чого іншому.

Друга - у тім, що лінії сітки перетинаються в темних плямах, названих оазисами. На Місяці немає нічого схожого. І ця мережа несхожа на лінії чи скидання тріщини між кратерами (метеоритними) на поверхні Землі. Але міста на дні кратерів напевно будуть з'єднані мережею комунікацій, включаючи підземну зрошувальну систему, уздовж якого розташовуються" ферми" (цим, може бути, порозумівається ширина каналів - до 30 - 50 кілометрів).

Зараз можна сказати, що сірі лінії, що спостерігалися на Марсі, незвичайно правильної геометричної форми - результат складної і недостатньо дослідженої оптичної ілюзії, що виникає при спостереженні планети, а також при фотографуванні в слабкі чи телескопи при поганій якості зображення. На знімках, отриманих з космічних станцій, сітка "каналів" на Марсі відсутня, проте окремі квазілінійні природні утворення існують. Але серед них великі не мають досить правильної форми, а дрібні ні при яких умовах не могли бути замічені з Землі.

Отже, ми маємо складну мережу каналів, сезонні зміни фарбування, супутники, яскраві світлові спалахи, за яких випливають білі хмари. Найпростіше пояснення цьому - на Марсі є життя, принаймні могла б бути. Виходячи з вище сказаного і з огляду на останні дані, можна припустити, що там, можливо, є і розум. Ця можливість достатня велика, щоб виправдати всякі зусилля для досягнення Марса і дослідження його поверхні.

Одвічне питання "Чи є життя на Марсі?" вже не актуальне - на червоній планеті воно є. Там живуть мікроби, і то з Землі, спроможні вижити навіть у неземних умовах. Найпевніше, мікроорганізми потрапили на Марс разом із космічними апаратами. Більшість мікробів гине в космосі, але, як виявилося, не всі.

Що на Марсі колись могло бути життя, - теж науково доведений факт. Щоправда це були найпростіші організми, а древній Марс нагадував собою Землю в часи, коли в її океанах зароджувалося життя. Таке відкриття НАСА стало найважливішим за майже сорокап'ятирічну історію переважно невдалого дослідження Марса: з 30 марсіанських місій тільки 10 були радше вдалими, ніж навпаки…У 60-70-х роках більшість радянських та американських апаратів через технічні проблеми до Марса просто не долітали, а рештою земляни часто назавжди втрачали зв'язок. Саме вони й могли занести на червону планету земні мікроби.

За останні роки на Марс посилали декілька апаратів, однак, тільки в січні через посередництво марсоходів Spirit та Opportunity науковці змогли, так би мовити, торкнутися планети. Опинившись по різні її боки, Spirit, демонструючи рекордні швидкості, фотографував поверхню, а Opportunity досліджував ґрунт. Це відкриття означає, що Марс був колись теплою, вологою, гостинною для живих організмів планетою, і тут була атмосфера. На думку науковців, зміни клімату деякою мірою пов'язані зі зміною вісі Марса.

Можливо, 3 мільярди років тому сталася катастрофа, яка повністю змінила клімат планети. Відтоді життя на Землі та Марсі розвивалося по-різному: у нас воно прогресувало, а на сусідній планеті, яка втрачала атмосферу й магнітне поле, космічні промені нищили все живе. Чи не показовий це приклад для всіх землян? Для науковців же Марс - як знахідка, котра допоможе зрозуміти історію формування Землі і спрогнозувати її майбутнє.

Місцевість, де зараз перебуває Opportunity, була колись береговою лінією солоного моря. На Землі схожі рельєфні утворення трапляються в океанічних шельфах та пустелях, які на попередньому етапі історії були морським дном.

Але не слід поспішати з висновком, що води на Марсі зараз немає. Атмосферний тиск тут у 160 разів нижчий за земний - вода в таких умовах частково випаровується, а частково перетворюється на кригу. І саме під кригою ізольована від атмосфери вода може довгий час існувати і текти. Знайти воду на Марсі - наступна мета вчених. А за років 15 планується доставити перші зразки марсіанського ґрунту на Землю.

Для астрологів планета імені римського бога війни завжди була пов'язана з катастрофами та битвами. Тому, на їхню думку, наближення Марса до Землі свідчить про наближення руйнівних війн. Торішня ж відстань між Марсом та Землею була найменшою за останні 73 тисячі літ. 1971-й, 1986-й і 2003-й роки, коли спостерігалися останні три наближення, для космонавтики стали справді трагічними. 71-го загинув екіпаж "Союзу-11", 86-го на старті вибухнув космічний корабель "Челенджер", а незадовго до третього протистояння загинув екіпаж "Коламбії"…

Марс лишив нам іще вдосталь загадок, та хіба цікаво було б жити, знаючи все про всіх у Всесвіті?..

Після двох тижнів перебування на Марсі марсохід "Спірит" розпочав наукові дослідження. Сьогодні Земля дізналася про перші результати дослідження ґрунту Марса за допомогою спектрографів і мікроскопів.

 

Вже в перші дні після посадки марсохода вчені були здивовані незвичайною реакцією верхнього шару поверхні на навантаження.

Марсіанський ґрунт на місці посадки апарату змістився і утворив зморшки на зразок ковзаючого по підлозі килима, що і дало назву цьому феномену - "чарівний килим".

Після початку роботи апарату на них чекав черговий сюрприз. Після досить сильного натиску пластини спектрографа на ділянку ґрунту, що досліджувалася, апарат практично не залишив сліду. Ці два випадки можуть пояснюватися тим, що шар ґрунту на Марсі дуже тонкий, а найдрібніші частинки ґрунту міцно скріплені між собою солями хлору і сірки, що утворилися в процесі випаровування води.

Дослідження показали, що хімічний склад марсіанського ґрунту сильно відрізняється від земного. Марсіанський ґрунт містить значну кількість заліза, кремнію, хлору і сірки.

Несподіванкою стало і виявлення на поверхні мінералу під назвою "олівін". На Землі цей мінерал складає основу земної кори, і практично не зустрічається на поверхні.

ДОСЛІДЖЕННЯ Юпітера

     Юпітер скидається на Землю менше, чим  Місяць, чи Марс – він складається у основному з газів: водню і гелію. Тому на Юпітер неможливо послати космічний корабель: “приземлитися” просто ніде, він буде провалюватися крізь газові хмари, поки через тиск і високоу температуру повністю не зруйнується. Саме це сталося з маленьким зондом, запущеним до Юпітера в 1995 р. з космічного апарату «Галілео».

     З метою економії енергії «Галілео» не відразу подався до Юпітеру. Після запуску 1989 року він пролетів до Венери, потім повернувся до Землі, та набравши величезну швидкість, вилетів, як камінь із пращі, в глибини Сонячної системи. У 1991 р. «Галілео» ввійшов у пояс астероїдів і сфотографував з відстані астероїди Гаспра і Іда. У 1994 р. він досяг Юпітера і запустив зонд у його атмосферу, наприкінці 1997 р. «Галілео» завершив свою роботу.

     Запущений з «Галілео» зонд, занурюючись  у повітря Юпітера, встиг передати деякі дані. Наприклад, швидкість вітру: в нижніх шарах атмосфери 650 км/год, а верхніх – 160 км/год. Однак через тиск і високу  температуру (140 градусів за Цельсієм) зонд зруйнувася.

     З допомогою космічного апарату «Галілео» вчені одержали цінну інформацію про Юпітер та унікальні знімки, хоча робота «Галілео» проходила не гладко: його, схожа на парасольку, антена  не змогла зайняти потрібне становище, тому що командні сигнали були слабше, ніж передбачалося. І все-таки він передав низку дуже важливих відомостей. Наприклад, зафіксував зіткнення з Юпітером комети Шумахера-Леви-9. Ця драматична подія відбулася в космосі в 1994 р. Зіткнувшись, комета розпалася на 21 частину, й інші уламки, найбільші з яких досягали 4 км в діаметрі, та розтягнулися на мільйон кілометрів. Удар під час катастрофи був настільки сильним, що перевершував за силою вибух в трильйони мегатонн. Сліди від сутички з кометою зберігалися на поверхні Юпітера багато місяців, наразі їх не згладили бурхливі вітри.

Газові планети, до яких відноситься Юпітер, не мають твердої поверхні, їхній газоподібний матеріал просто стає більш щільним із глибиною (радіуси і діаметри для таких планет визначаються по рівнях, що відповідає тиску в 1 атмосферу). Так що коли ми дивимося на таку планету, ми бачимо верхні шари хмар.

Юпітер складається приблизно на 90% з водню і на 10% з гелію (по числу атомів і в співвідношенні 75/25 % по масі) зі слідами метану, води, аміаку. Цей склад дуже близький до складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої сформувалася вся Сонячна система. Подібний склад і в Сатурна, а до складу Урана і Нептуна входить набагато менше водню і гелію.

Наші знання щодо внутрішньої будови Юпітера (і інших газових планет) носять непрямий характер і, імовірно, ще довго залишаться такими. Атмосферний зонд Галілео передав дані про склад атмосфери усього на глибині 150 км. нижче верхніх шарів хмар. Юпітер, можливо, має ядро з твердого матеріалу, маса якого складає приблизно від 10 до 15 мас Землі.

Вище ядра знаходиться основний обсяг планети у формі рідкого металевого водню. Ця екзотична форма можлива тільки при тисках, що перевищують 4 мільйони бар. Рідкий металевий водень складається з іонізованих протонів і електронів (як усередині Сонця, але при більш низькій температурі). При такій температурі і тиску, як у Юпітера, водень усередині нього - рідина, а не газ. Він є електричним провідником і джерелом магнітного поля Юпітера. Цей водневий шар, можливо, також містить деяку кількість гелію.

Найбільш віддалений від ядра шар складається насамперед зі звичайного молекулярного водню і гелію, що знаходяться в рідкому стані усередині і поступово переходять у газоподібний ззовні. Атмосфера, що ми бачимо - тільки сама верхня частина цього глибокого рівня. Також присутні, але в малюсіньких кількостях, вода, двоокис вуглецю, метан і інші прості молекули.

Як думають, існує три чітко виділюваних шари хмар: із замороженого аміаку, гідросульфіду амонію і суміші льоду і води.

Дані атмосферного зонда Galileo також показують значно меншу кількість води, ніж очікували.

На Юпітері й інших газових планетах існують смуги, обмежені по широті, усередині яких дують вітри з дуже високими швидкостями, причому їхні напрямки протилежні в суміжних смугах. Невеликої різниці в хімічному складі і температурі між цими областями досить для того, щоб вони виглядали як кольорові смуги, що ми бачимо на зображеннях цих планет. Світлі смуги називаються зонами, темні - поясами. Смуги були відомі якийсь час на Юпітері, але вихри на границі між смугами були вперше замічені завдяки спостереженням на Voyager. Згідно даним зонда Galileo виявлено, що швидкість вітру виявилася набагато вище очікуваною (більше ніж 400 миль у годину), і ці потоки простираються на всю глибину атмосфери, на яку був здатний опуститися зонд; вони можуть проникати на тисячі кілометрів усередину планети. Виявилося, що атмосфера Юпітера високо турбулентна.

Яскраві кольори, видимі в хмарах Юпітера, є результатом протікання різних хімічних реакцій елементів, що є присутніми в атмосфері, можливо, включаючи сірку, наявність якої може давати широкий спектр квітів, але подробиці поки не відомі.

Кольори співвідносяться з висотою хмар: сині - найнижчі, супроводжувані коричневими та білими, найвищі - червоні. Іноді ми можемо спостерігати нижні рівні через розриви у верхніх шарах хмар.

Велика Червона Пляма була помічена земними спостерігачами більш ніж 300 років тому (відкриття приписується Кассіні, чи Робертові Хуку, у 17 столітті). Вона має розміри 12 000 на 25 000 км - досить для того, щоб вмістити дві такі планети, як Земля. Інші менші подібні плями спостерігалися протягом десятиліть. Інфрачервоні спостереження і напрямок її обертання вказують, що ця пляма - область високого тиску, над якою верхні шари хмар розташовуються значно вище і вони більш холодні, ніж над навколишніми областями. Подібні структури були помічені на Сатурні і Нептуні. Не відомо, як такі структури можуть зберігатися так довго. Юпітер випромінює в космос більшу кількість енергії, ніж одержує від Сонця. Усередині Юпітера - гаряче ядро, температура якого складає приблизно 20 000 K. Теплота генерується механізмом Кельвіна - Гельмгольца, за рахунок повільного гравітаційного стиску планети. Юпітер не робить енергію ядерним синтезом, як Сонце; він занадто малий, і його внутрішня температура занадто холодна для того, щоб запустити ядерні реакції. Ця внутрішня теплота, можливо, викликає конвекцію глибоко в рідких шарах Юпітера, вследствии чого ми спостерігаємо складні рухи у верхніх шарах хмар. Сатурн і Нептун подібні Юпітерові в цьому відношенні, але Уран, як не дивно, немає.

 

Доповідач 5

Внесок українських вчених у розвиток космонавтики.

Засядько Олександр Дмитрович народився в с. Лютенька Гадяцького району Полтавської обл. 27 травня 1779р. Почавши військову службу у чині підпоручика артилерії, О.Засядько дослужився в царській армії до генерал-лейтенанта. В 1815р. почав працювати над створенням бойових порохових ракет. Сконструював пускові станки залпового вогню, винайшов оригінальну ракету розривної дії (1818р.), розробив тактику бойового застосування ракетної зброї. У бою ракети О. Засядька були використані в російсько-турецькій війні 1828-1829рр.

Костянтин Костянтинов народився в 1817р. на Чернігівщині. Закінчив, створене О.Засядьком, Артилерійське училище в Петербурзі, і вже з 1849р. очолив тамтешній ракетний заклад, а також керував водночас Охтомським

капсульним  заводом.

Вже в 1844р. Костянтинов винайшов балістичний прилад і циліндр для

навісної стрільби з гладкоствольного снаряду в будь-якій точці траєкторії.

Через три роки він побудував балістичний маятник ,за допомогою якого можно було встановити закон зміни швидкості ракети від часу. Крім того, за допомогою цього приладу було визначено вплив форми і конструкції

ракети на її балістичні властивості, заклавши,таким чином, основи проектування ракет.Він створив бойові ракети,які пролітали 4-5 км.,розробив технологічний процес виготовлення  ракет з автоматичним контролем і управлінням окремими операціями.

Микола Іванович Кибальчич народився в селищі міського типу Короп Чернігівської обл. 19 жовтня 1853р. в родині священика. По духу-революціонер, народоволець і водночас винахідник. Це його бомбою, виготовленою на конспіративній квартирі за власною технологією, вбито царя Олександра 11 в березні 1881р.

У в’язниці Кибальчич розробив проект реактивного літального апарата.

У цьому проекті розв’язано низку нових важливих питань: програмний режим горіння, система подачі палива в камеру згоряння,використання багатокамерних апаратів,керування польотом внаслідок зміни кута нахилу двигуна.

Експерти відзначили,що Кибальчич перший висловив ідею застосування

реактивних двигунів у повітроплаванні. Але цієї оцінки винахідник так і не дочекався.

Юрій Васильович Кондратюк народився 21 червня 1897р. в Полтаві.

Вчений, винахідник, один із піонерів космічних польотів. У 1929р.

Вийшла у світ книжка Ю.Кондратюка під назвою «Завоювання міжпланетних простору» .Тут є все:від даних ракети,формули  навантаження

і типів траєкторії-до загальних перспектив освоєння космосу.

20 липня 1969р. перша людина ступила на поверхню Місяця. Це був Дейл Армстронг. Один із керівників програми Джон Хубольт визнає,що політперших американських астронавтів здійснено за « трасою Кондратюка». Сергій Павлович Корольов народився у Житомирі 12 січня 1907р.У 1930р. Закінчив Московську школу льотчиків. Розробив кілька конструкцій

планерів.  Був одним із організаторів,а пізніше й начальником групи вивчення реактивного руху. Група створила і запустила в 1933р. рідинну ракету «ГИРД-0,9». В 1934р. розробив ряд проектів, в тому  числі проект керованої крилатої ракети . У 1942-43рр. займався оснащенням серійних бойових літаків рідинними ракетними прискорювачами.

Подальша діяльність Корольова пов’язана зі створенням ракетної техніки.

Зокрема він очолював розробку і запуск балістичних, геофізичних ракет, ракет-носіїв, кораблів-супутників «Восток», «Восход», супутників серії «Електрон», «Молния», багатьох супутників «Космос», перших автоматичних міжпланетних станцій ( АМС) «Зонд». Ракетно-космічні системи, створені під його керівництвом, дали змогу здійснити запуски штучних супутників Землі і штучних супутників Сонця, польоти АМС на Місяць, Венеру, Марс, а також м’яку посадку на поверхню Місяця.

 

оповідач 6.

 

П’ять загадок космосу.

Американський поет, лауреат Пулітцеровської премії Роберт Фрост написав: Деякі кажуть, що від вогню загине світ. А деякі говорять: «Смертю стане лід».

Відповісти на дилему “що знищить Всесвіт?” фізики не можуть. Питання про долю нашого Світу підняв Стів Вімпені з Університету Каліфорнії.

Справа в тому, що відповідь залежить в першу чергу від темної
енергії — феномену, який поки що ніхто не може пояснити. Залежно від її природи, Всесвіт можуть спіткати різні варіанти розвитку подій.

Фізики знають, що зараз Всесвіт постійно розширюється з певним прискоренням. Відомо, що темна енергія відіграє в цьому важливу роль.

Але що таке темна енергія?  Звідки вона береться, залишаєтсья таємницею. Гіпотетично, темна енергія дуже рівномірно розподілена у Космосі, і вона не вступає ні в яку взаємодію із матерією, окрім гравітаційної. Її навряд чи вдасться виявити за допомогою експериментів.

Існує два варіанти пояснення природи темної енергії — це або космічна константа із незмінною щільністю, яка рівномірно заповнює Космос, або динамічне поле, щільність якого змінюється у часі і просторі. Від відповіді на це запитання залежить і доля Всесвіту.

Якщо темна енергія постійна, а Світ розширюється, то в майбутньому його спіткає “велика заморозка”. Всесвіт збільшуватиметься швидше і швидше, і в результаті галактики настільки віддаляться одна від одної, що Космос перетвориться на суцільний великий пустир і застигне.

У випадку, якщо темна енергія зібльшується з часом, розширюватиметься не тільки відстань між галактиками, а й простір всередині них. Тому у якийсь момент галактики “розірвуться на шматки”. У такому випадку Космос спіткає так званий “Великий Розрив”.

Існує ще одна теорія — темна енергія зменшується. Тоді вона не зможе протистояти силі гравітації, спрямованої в центр Всесвіту, і світ “всмокчеться сам у себе”. Таким чином відбудеться “Велике стиснення”.

У будь-якому випадку ми приречені, але — хороші новини! - це станеться через мільярди чи трильйони років. До того часу вже якось визначимось, що нас уб'є — вогонь чи лід.

Науковці відразу оточують професора і спілкуються з нею. Жінка намагається пройти в протилежний кінець залу, але їй важко «пробитись» через натовп шанувальників. А от якщо вона раптом стане важчою, їй стане простіше просуватись через «стіну» вчених. У даній алегорії жінка -
професор – це елементарна частинка, а фізики навколо неї – бозони Хіггса.

Таким чином, частинка, яка сильно взаємодіє із полем Хіггса (оточена багатьма «шанувальниками»), здатна набувати більшу масу, щоб рухатись. Тепер в приміщення заходить незнайомий чоловік. Кілька фізиків підходять до нього і починають розмову. Але, якщо професор захоче перейти в іншу точку, ці кілька людей йому не заважатимуть.

За допомогою поля Хіггса частинки й усі предмети у Всесвіті мають масу.

Але його існування викликає ще більше запитань: чому з різними частинками він взаємодіє по-різному? Наприклад, чому він діє на електрони слабше, ніж на кварки? Як він взагалі вибирає частинки, з якими більше взаємодіяти, з якими менше?

“Це — єдиний приклад неуніверсальної сили, яка діє у Стандартній моделі”, - розповідає Річард Руз. Бозон Хіггса є першою відомою на сьогодні частинкою із нульовим спіном. “Ця теорія створює абсолютно новий напрямок у сучасній фізиці. Як вона працює — ніхто не має уявлення”.

Чому Всесвіт сформований настільки бездоганним, що у ньому можливе життя?

Чесно кажучи, ми не повинні були тут з'явитись. Ерік Рамбер, який поставив запитання, цікавиться, чи людство з'явилось за збігом обставин.

Галактики, зірки і планети, якими ми їх знаємо, стали такими тільки через те, що Всесвіт розширювався із певною швидкістю у свої перші дні (дні?..) після народження у Великому вибуху.

Всесвіт почав розширюватись через те, що темна енергія, яка випромінювалась із його центру, “воювала” із силою гравітації, що тягнула її назад. Теоретично, гравітаційні ефекти створює космічна речовина, яку називають темною матерією (вона майже “невидима” для сучасної техніки через те, що не взаємодіє зі світлом).

Важливу роль відіграє те, як темна енергія “виривається” від гравітації. Якби, наприклад, вона була трішечки сильнішою, і після Великого вибуху змогла перемогти притягання темної матерії, то вона “втекла” б значно далі і Всесвіт би розширився так швидко, що зірки й планети просто не сформувались би.

А якби темна енергія виявилась занадто “слабкою”, то гравітація б її перемогла, і Всесвіт би згорнувся. Тобто, у Космосі все працює так налагоджено, і кожна деталь налаштована так досконало, що врешті решт ми з'явились на світ.

Ерік Рамбер дивується, яким чином Всесвіт настільки збалансований, і кількість темної енергії саме така, як потрібно для виникнення нашої планети і нашої раси.

Звідки взялись космічні нейтріно?

Нейтріно — це елементарні частинки із нейтральним зарядом, які беруть участь тільки у слабкій і гравітаційній взаємодії.

Фізики вважають, що нейтріно з великою енергією, які можна знайти у Космосі, утворюються в результаті зіткнення  космічних променів із фотонами.

Але що керує цим процесом і чому космічні промені рухаються так швидко?

Космічні промені — це заряджені частинки високих енергій, які рухаються із величезним прискоренням. “Промені” існують за межами Сонячної системи, але зрідка потрапляють в атмосферу Землі. Вони гіпотетично можуть виникати із наднових зірок, як побачив телескоп Fermi. Але це не єдине їхнє джерело.

Іще одна гіпотеза — космічні промені з'являються тоді, коли матерія потрапляє у супермасивні чорні діри, які знаходяться в центрі кожної галактики.

Космічні промені несуть дуже велику енергію — так одну частинку за кількістю енергії можна порівняти із бейзбольним м'ячем у польоті (який у стільки разів більший!).

Ебігейл Віріг із Університету Чікаго, яка зацікавилась даним питанням, пояснила: “Ми навіть близько не здогадуємся, звідки беруться ці речі [космічні промені]. Якщо нам вдасться з'ясувати, то ми дізнаємось про джерело надзвичайно великої енергії, яке надає прискорення частинкам”.

Чому Всесвіт зроблений з матерії а не антиматерії?

Антиматерія недарма так називається. Вона точно така ж, як і все, з чого складається світ навколо нас, але є нюанс: в антиматерії заряд частинок має зворотні знаки. Тобто, всі елементарні частинки мають своїх
побратимів — античастинки. Відповідно вони можуть складатись в антиатоми та антимолекули.

Коли Весвіт народився, кількість матерії та антиматерії в ньому була однаковою. Через протилежні заряди вони поглинули одна одну, після чого залишилась тільки невелика кількість матерії — з неї і сформувались всі галактики, зірки й планети.

Але чому лиха доля спіткала антиматерію? І чому два види частинок у рівній кількості не з'їли один одного, а залишилась решта, з якої міг сформуватись величезний Космос?

Фізики-прихильники теорії СР-симетрії вважають, що частинки з певних причин надають перевагу перетворенню у матерію.

“Ми зараз спостерігаємо за перетворенням нейтріно із одного виду в інший, і намагаємся простежити, чи відрізняється цей процес у нейтріно та антинейтріно”, - розповідає Алісія Маріно із Університету Колорадо, автор питання. “Ми сподіваємось, наступна серія експериментів розставить крапки над “і”.

 

V. Підсумки конференції.

Питання до студентів.

 

1.              Чому людина не може існувати на великій висоті поза герметичної кабіни?
2.              Яка висота є граничною для людини?
3.              Що потрібно  ракеті, щоб подолати силу тяжіння Землі?
4.              У чому полягає метеоритна  небезпека при польотах в космос?
5.              На якій висоті,з точки зору фізіології людини, починається космос?
6.              Навіщо необхідно продовжувати досліджувати космос?
7.            Дослідження яких планет вам відомі?
8.            Чому для польту в космос можна використовувати тільки ракети?
9.            Які ,на ваш погляд, основні віхи на шляху освоєння космосу?

 

VI. Література:

1.Ковальчук М.В. Людина і космос – К., 1997

2. Космос сьогодні і вчора. – К., 1999

3. К. Гебланд «Космічна техніка» . 1986 . Москва

4. О.Д. Коваль, В.П. Сенкевич: «Космос далекий та близький»,

1999 Москва

5. Афанасьєв, Ю. Батурін,  Мировая  пилотируемая космонавтика.

История. Люди.- М.: Софт, 2005р.

6. Модель космічного простору. М., видавництво МГУ в 3-х т.

7.Марочник Л.С. Фізика космосу.-М.: Загальний курс астрономії, 1986р.

Едиторіал УРСС, 2004р.

9.Стивен Маран. Астрономия для « чайников».-М.: Диалектика,2006р.

10. Зигуленко З.М. «1000 загадок Всесвіту» М.: Изд. «Аст» і «Астраль»,2001р.