Планети гіганти.

Мета.

Навчальна. Ознайомити з будовою, атмосферою, хімічним складом планет гігантів.

Розвиваюча. Розширити кругозір учнів, розвивати практичне мислення.

Виховна. Виховувати ціннісне ставлення до природи та життя.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Астрономія: 11 кл.: підручник для загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту/ В. Сиротюк, Ю. Мирошніченко.-К.: Вид-во “Генеза”, 2018 -165 с.: іл.
• Відео. Юпітер (Час показу 4:23 хв.)
• Відео. Сатурн (Час показу 4:53  хв.)
• Відео. Уран (Час показу 3:02  хв.)
• Відео. Нептун (Час показу  2:26 хв.)

План

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

• Критерії самооцінювання виступів учнів

2. Планети гіганти.

 Загальна характеристика планет гігантів. Газові планети (планети-гіганти, газові гіганти) — планети, які мають у своєму складі значну частку газу (водень і гелій).

У Сонячній системі це Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун.

Відповідно до гіпотези походження Сонячної системи, планети-гіганти утворилися пізніше за планети земної групи, коли температура навколо сонячної туманності опустилася до точки кристалізації газу. В цей час всі тугоплавкі елементи вже були у твердій формі в складі більш близьких до Сонця планет.

Гіпотези про внутрішню будову газових планет припускають існування декількох шарів. На певній глибині тиск в атмосфері газових планет досягає значення достатнього для переходу водню в рідкий стан. Також, якщо планета досить велика, то можливе існування шару металічного водню (стану, де протони і електрони існують окремо),потоки електронів, в якому породжують потужне магнітне поле планети. Також можливе існування невеликого кам'яного чи металічного ядра.

Період обертання газових планет навколо своєї осі становить 9—17 годин.

В атмосфері газових планет дмуть потужні вітри та гігантські вихори (Велика червона пляма на Юпітері, Велика Біла пляма на Сатурні, Велика Темна пляма на Нептуні).

Всі великі планети нашої системи володіють кільцями. Це відноситься як до Сатурна, Юпітера, чиї кільця можна побачити з нашої планети, так і до Нептуна. Навіть Уран володіє дев’ятьма яскравими кільцями, а також кількома бляклими, проте всі їх складно побачити через велику відстань.

Відео. Планети гіганти. (Час показу 7 хв.)

Юпітер. Юпітер — п'ята й найбільша планета Сонячної системи. Відстань Юпітера від Сонця змінюється в межах від 4,95 до 5,45 а. о. (740–814 млн км), середня відстань 5,203 а. о. (778 млн км).

Юпітер більш ніж удвічі масивніший за всі інші планети разом узяті; він майже в 318 разів масивніший за Землю. Всі планети Сонячної системи могли б поміститися усередині планети Юпітер. Однак маса Юпітера недостатня, аби перетворитися на зорю, подібну до Сонця: Для цього його маса мала б бути ще в 70—80 разів більшою. У надрах Юпітера відбуваються процеси з досить потужною енергетикою: теплове випромінювання планети, еквівалентне 4·1017 Вт, що приблизно вдвічі перевищує енергію, яку ця планета отримує від Сонця. Вірогідним джерелом такої енергії є гравітаційне стиснення.

Планета була відома людям з глибокої давнини, що знайшло своє відображення в міфології і релігійних віруваннях різних культур: месопотамської, вавилонської, грецької та інших. Сучасна назва Юпітера походить від імені давньоримського верховного бога-громовержця Зевса.

Низка атмосферних явищ на Юпітері — такі як шторми, блискавки, полярні сяйва, — мають масштаби, що на порядки перевершують земні. Примітним утворенням в атмосфері є Велика червона пляма — велетенський шторм, відомий ще з XVII століття.

На Юпітері швидкість вітру у висотних струмових течіях часто досягає 100 м/с та 170 м/с у Великій червоній плямі й інших вихрах.

Юпітер має понад 67 супутників, найбільші з яких — Іо, Європа, Ганімед і Каллісто — було відкрито 1610 року. Дослідження Юпітера здійснюють за допомогою наземних і орбітальних телескопів, з 1970-х років до планети було відправлено 8 міжпланетних апаратів НАСА: «Піонери», «Вояджери», «Галілео» та ін.

Вчені вважають, що Юпітер дуже важлива планета для нашої безпеки. Причиною цьому є величезний розмір Юпітера і гравітаційна сила, що діє як захисний бар’єр, який огороджує Землю від космічного сміття, притягуючи небезпечні предмети на свою орбіту, до того як вони доберуться до нас. Француз П’єр-Симон Лаплас (Pierre-Simon Laplace) виявив комету, яка, здавалося б, прямувала до Землі, але яка згодом була затягнута силою гравітації Юпітера і зникла з Сонячної системи.

Цікавий той факт, що Юпітер випускає дивні звуки або так звані “електромагнітні голоси”, зареєстровані зондом NASA-Voyager.

Відео. Юпітер (Час показу 4:23 хв.)

Сатурн. Сатурн — шоста за віддаленістю від Сонця та друга за розмірами планета Сонячної системи. Сатурн швидко обертається навколо своєї осі (з періодом — 10,23 години), складається переважно з рідкого водню і гелію, має товстий шар атмосфери. Сатурн обертається навколо Сонця за 29,46 земних років на середній відстані 1427 млн км. Екваторіальний діаметр верхньої межі хмар — 120 536 км, а полярний на кілька сотень кілометрів менший. В атмосфері Сатурна міститься 94% водню і 6% гелію (за об'ємом). Його маса у 95 разів більша за масу Землі, магнітне поле потужніше в тисячу разів. Вважається, що Сатурн має невелике ядро з силікатів і заліза, покрите льодом і глибоким шаром рідкого водню.

Станом на червень 2023 року у Сатурна відомо 146 природних супутників, найбільший з яких — Титан.

На відміну від Юпітера, смуги на Сатурні доходять до дуже високих широт — 78 градусів. Спостерігається величезне овальне утворення розміром з Землю, розташоване недалеко від північного полюса, назване Великою Білою плямою, виявлено кілька плям меншого розміру. Через більшу, ніж на Юпітері швидкість потоків, ці ураганні вихори швидко згасають і перемішуються зі смугами. Швидкості зональних вітрів поблизу екватора сягають 400–500 м/с, а на широті 30 градусів — близько 100 м/с.

Невисока контрастність кольорів на видимому диску Сатурна пов'язана з тим, що через низькі температури в надхмарній атмосфері Сатурна, де пари аміаку виморожуються, утворюється шар густого туману, який ховає структуру поясів і зон, тому на Сатурні вони помітні не так чітко, як на Юпітері.

Сатурн має помітну систему кілець, що складаються здебільшого з частинок криги, меншої кількості важких елементів і пилу. Навколо планети обертається 62 відомих на даний момент (2013 рік) супутники. Титан — найбільший серед них, це другий за розмірами супутник у Сонячній системі (після супутника Юпітера, Ганімеда), який перевершує за своїми розмірами Меркурій і має єдину серед супутників Сонячної системи густу атмосферу.

Наразі на орбіті Сатурна перебуває автоматична міжпланетна станція «Кассіні», запущена 1997 року. Вона дісталася до системи Сатурна 2004 року. До її завдань входить вивчення структури кілець, а також динаміки атмосфери й магнітосфери Сатурна.

Відео. Сатурн (Час показу 4:53  хв.)

Уран. Уран — сьома від Сонця велика планета Сонячної системи, належить до планет-гігантів. Третя за діаметром та четверта за масою планета Сонячної системи. Була відкрита у 1781 році англійським астрономом Вільямом Гершелем. Планета названа ім'ям античного божества Урана, уособлення неба та піднебесного простору. Уран був батьком Кроноса (або Сатурна — у римському пантеоні).

Уран став першою планетою, відкритою у Новий час і за допомогою телескопа. Про відкриття Урана Вільям Гершель повідомив 13 березня 1781 року, тим самим вперше з часів античності, розширив межі Сонячної системи. Хоча деколи Уран помітний неозброєним оком, ранні спостерігачі ніколи не визнавали Уран за планету через його тьмяність та повільний рух по орбіті.

На відміну від інших газових гігантів — Сатурна та Юпітера, що складаються в основному з водню і гелію, в надрах Урана та схожого з ним Нептуна, відсутній металевий водень. Проте у них є багато високотемпературних модифікацій льоду — з цієї причини фахівці виділили ці дві планети в окрему категорію «крижаних гігантів». Проте на відміну від Нептуна, надра Урана складаються в основному з льодів і гірських порід. Основу атмосфери Урана складають водень та гелій. Крім того, в ній виявлені сліди метану та інших вуглеводнів, а також хмари з льоду, твердого аміаку і водню. Уран має найхолоднішу планетарну атмосферу у Сонячній системі з мінімальною температурою в 49 К (-224 °C). Вважається, що Уран має складну шарувату структуру хмар, де вода складає нижній шар, а метан — верхній.

Як і у інших газових гігантів Сонячної системи, в Урана є система кілець та магнітосфера. Крім того, навколо нього обертаються 27 супутників. Орієнтація Урана в просторі відрізняється від інших планет Сонячної системи — його вісь обертання лежить якби «на боці» відносно плоскості обертання цієї планети довкола Сонця. Внаслідок цього планета буває обернена до Сонця то північним полюсом, то південним, то екватором, то середніми широтами.

У 1986 році американський космічний апарат «Вояджер-2» передав на Землю знімки Урана, які він зробив пролітаючи на відстані у 81 500 кілометрів від планети. На них видно «невиразна», у видимому спектрі, планета без хмар та атмосферних штормів, характерних для інших планет-гігантів. Проте наразі наземними спостереженнями вдалося розпізнати ознаки сезонних змін та збільшення погодної активності на планеті, викликаних наближенням Урана до точки свого рівнодення. Швидкість вітрів на Урані може досягати 240 м/с.

Відео. Уран (Час показу 3:02  хв.)

Нептун. Нептун — восьма за віддаленістю від Сонця, четверта за розміром і третя за масою планета Сонячної системи, що належить до планет-гігантів. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона в деяких місцях. Також орбіту Нептуна перетинає комета Галлея. Маса Нептуна у 17,2 рази, а діаметр екватора у 3,9 рази більший за Землю. Планета названа на честь римського бога морів. Його астрономічний символ  — стилізована версія тризуба Нептуна.

Нептун було відкрито 23 вересня 1846 року, і він став першою планетою, яка була відкрита завдяки математичним розрахункам, а не шляхом регулярних спостережень. Припущення про наявність планети були пов'язані з непередбаченими змінами в орбіті Урана, гравітаційні сили якої могли призвести до появи цих відхилень. Згодом Нептун було знайдено неподалік розрахованого розташування. Незабаром було відкрито й його супутник Тритон, проте інші 12 супутників, які відомі зараз, були відкриті лише у XX столітті. Повз Нептун пролітав тільки один космічний апарат — «Вояджер-2», 25 серпня 1989 року.

Нептун за своїм складом близький до Урана, а обидві ці планети відрізняються за складом від інших планет-гігантів — Юпітера та Сатурна. Інколи Уран та Нептун відносять до окремої категорії «крижаних гігантів». Атмосфера Нептуна, подібно до атмосфери Юпітера та Сатурна, складається в основному з водню та гелію. Також в його атмосфері наявні сліди вуглеводнів і, можливо, азоту. В атмосфері Нептуна міститься у більшій пропорції лід: водний, аміачний, метановий. Ядро Нептуна, як і Урана, складається здебільшого з льоду й гірських порід. Сліди метану в зовнішніх шарах атмосфери, зокрема, є причиною синього кольору планети.

В атмосфері Нептуна бушують найсильніші вітри серед усіх планет Сонячної системи. За деякими оцінками, їх швидкість може досягати 2100 км/год. Під час прольоту «Вояджера-2» 1989 року в південній півкулі Нептуна було виявлено так звану Велику темну пляму, аналогічну Великій червоній плямі на Юпітері. Температура у верхніх шарах атмосфери Нептуна — близько −220 °C. У центрі планети температура за різними оцінками становить від 5400 K до 7000—7100 °C, що відповідає температурі на поверхні Сонця та внутрішній температурі більшості відомих планет. У Нептуна є слабка та фрагментована кільцева система, можливо, виявлена ще в 1960-і роки, але достеменно підтверджена лише «Вояджером-2» 1989 року.

1948 року на честь відкриття планети названо новий хімічний елемент під номером 93 — нептуній. 12 липня 2011 року минув рівно один нептуніанський рік (або 164,79 земних років) від часу відкриття Нептуна 23 вересня 1846 року.

Відео. Нептун (Час показу  2:26 хв.)

3. Запитання до уроку.

Запитання 18.1. Назвіть спільні ознаки планет- гігантів.

Запитання 18.2. Назвіть кілька ознак, які характерні тільки для Юпітера, Сатурна, Урана, Нептуна.

4. Домашнє завдання.

 Підручник. §14.

Тестування. Планети-гіганти. (Відповіді учнів)

Усне опитування по запитаннях до уроку.

Готуємо повідомлення: Урок 19.

5. Перевір себе.

6. Для допитливих.

Розширюємо кругозір. Венера і Юпітер, одні з найяскравіших точок на небі. Це доволі рідке явище можна буде спостерігати лише в 2065 році.

Задачі підвищеної складності:

Задача 16.1.О. Перед вами три фотосвітлини планети Юпітер, отримані за допомогою роботизованого телескопа, розташованого на Канарських островах. На кожній світлині зазначено час, коли її було зроблено. Користуючись світлинами розрахуйте період обертання атмосфери Юпітера на широті Великої Червоної плями. Запишіть повний процес отримання розрахунків та його обгрунтування.