327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
29.03.2017


Кейс-урок «Загадки и «отгадки» Солнечной системы»
Кейс-урок «Загадки и «отгадки» Солнечной системы»

Раздел: Науки, природа и человек

Уровень (класс): 8 – 11

Тема: Непознанное и новые науки

Цель: Узнать, какие загадки подготовила человечеству Солнечная система, и какие способы для их разгадки существуют

Какая информация меня здесь ждет?

  • Сколько планет в Солнечной системе?
  • Как спрогнозировать погоду на Титане?
  • Когда прекратится ураган на Юпитере?
  • Куда занесет нас Солнечный ветер?
  • Есть ли жизнь на Марсе и Церере?
6 разверток по предметам, явлениям и практикам:
Вступление

Солнечная система – наша «родная» и, казалось бы, неплохо изученная, тем не менее, таит в себе множество загадок. И чем интенсивней идут исследования, чем больше информации и знаний получает человечество, тем больше новых вопросов встает перед очередными поколениями ученых и инженеров.

Солнечная система в космических масштабах – наш «маленький мирок», наша «скорлупа». Исследовав эту «скорлупу», досконально разобравшись в ней, человечество получит шанс «вылупиться» и достигнуть нового уровня знаний и понимания Вселенной и Пространства.

Поэтому, важная цель человечества – знания и технологии, которые смогут дать ключ к решению загадок Солнечной системы и Космоса.

На уроке возможно использование телескопа или программ (сервисов), дающих доступ к исследовательским телескопам.

 

Астрономия (астрономическая загадка)

Сколько планет входит в Солнечную систему? Правильный ответ, оказывается, неизвестен даже ученым и является дискутивным!

Существуют несколько версий. Каких? Рассмотрим их по-порядку.

Версия 2014 года гласит, что загадочной Х планеты не существует. Считалось, что она должна находиться за пределами Плутона… Плутон, как известно, «статус» планеты потерял. Теперь он просто крупнейшая карликовая планета Солнечной системы или транснептуновая планета, как его еще называют ученые. Название «танснептуновая» (ETNO) означает, что его орбита пролегает за пределами орбиты Нептуна. А каково агрегатное состояние его вещества: это газы, или это твердые вещества… а может смесь?

Плутон «сплутовал». Но ученые это заметили и спохватились в 2000 году.

 

А вот версия 2015 года гласит, что за пределами орбиты Нептуна находятся еще как минимум две планеты! Итак, вместо одного Плутона, ученые говорят еще о нескольких «новых» планетах Солнечной системы. Откуда же они взяли такую теорию?

Проанализировав орбиты 13 экстремальных транснептуновых объектов (ETNO) – далеких тел вроде карликовых планет Седна и 2012 VP113, орбиты которых вокруг Солнца как раз и пролегают за Плутоном и Нептуном, – некоторые ученые пришли к выводам, что, там могут находиться, по крайней мере, две планеты размером больше Земли, (планета Х и планета Y). А вот пример уже «открытых» транснептуновых объектов:

 

Теоретически, орбиты ETNO должны быть равны 150 а. е. от Солнца. Напомним, что одна астрономическая единица равна 150 миллионам километров (расстоянию от Земли до Солнца). Наклон их орбит должен быть в пределах нуля градусов. Но теория не согласуется с реальностью! 13 объектов ETNO обладают орбитами со средней дистанцией от 150 до 525 а. е., а наклон орбит составляет примерно 20 градусов.

«Избыток объектов с неожиданными орбитальными параметрами наводит нас на мысль, что существуют некоторые невидимые силы, которые изменяют распределение орбитальных элементов ETNO, и мы считаем, что наиболее вероятным объяснением будет наличие неизвестных планет за Нептуном и Плутоном, – говорит ведущий исследователь Карлос де ла Фуенте-Маркос. – Точное число неизвестно, но наши расчеты говорят о по меньшей мере двух планетах в пределах нашей Солнечной системы».

 

Для того чтобы получить точный ответ, существуют ли загадочные «большие» планеты, и в каком количестве, необходимы новые технологии, расширяющие исследовательские возможности человечества. Остается ждать и развиваться!

Задание:


Включите фантазию и подумайте, какие технологии могли бы помочь в открытии загадочных новых планет Солнечной системы? И нужно ли это?

Для того чтобы ответ был не только фантазийным, но и научным, поищите информацию, каким образом были открыты ETNO, какие технологии для этого применялись.

Климатология (климатические загадки и отгадки)

Смена погоды, климатические сюрпризы и катаклизмы присущи не только Земле. Некоторые планеты и их спутники способны подкинуть поистине невероятные климатические сюрпризы. И даже не просто сюрпризы, а загадки, ведь вразумительного объяснения они не получили до сих пор.

Погода Титана (спутник Сатурна). Как и на Земле, на Титане есть свои времена года, при этом каждый сезон на Титане длится примерно семь земных лет, а на полный «год» и смену всех сезонов уходит целых 29 привычных для нас лет.

Последняя смена сезона на Титане произошла в 2009 году. В его северном полушарии зима сменилась весной, в то время как в южной части спутника лето сменилось осенью. Однако в мае 2012 года во время осеннего сезона в южном полушарии космический аппарат «Кассини» сделал фотографии гигантского полярного вихря, формирующегося на южном полюсе спутника. Увидев эти фотографии, ученые были озадачены, когда поняли, что вихрь образовывался на высоте 300 километров над поверхностью Титана. Ну и что, скажете вы… Но ведь по расчетам ученых такого быть не могло! Слишком высоко образовался этот вихрь и его температура вовсе «не подходит» под теоретические прогнозы! Может «прогноз погоды» бывает ошибочным не только для Земли?

Анализируя спектральные данные солнечного света, отражаемого атмосферой Титана, ученые смогли обнаружить признаки наличия частиц циановодорода. А это, в свою очередь, могло бы означать, что все наши «фантазии» о Титане являются в корне неверными. Присутствие циановодорода должно говорить о том, что верхние слои атмосферы спутника должны быть как минимум на 100 градусов Цельсия холоднее, чем считалось ранее. Но при смене сезона, атмосфера в южном полушарии Титана стала охлаждаться быстрее, чем ожидалось. Да, да, «зима подкралась незаметно».

 

Одно из «научных» объяснений ошибки в прогнозе «Титановой погоды» выглядит так: так как циркуляция атмосферы во время смены сезона гонит огромный объем газа к югу, концентрация циановодорода возрастает и охлаждает находящийся рядом воздух. Снижение воздействия солнечного света во время зимнего сезона также сильнее охлаждает южное полушарие.

Но проверить это предположение можно будет лишь в 2017 году, в день «местного для Титана» летнего солнцестояния. Подождем?

Юпитерианский ураган. Большое красное пятно на поверхности Юпитера – это не что иное, как ураган, который бушует уже несколько столетий.

По прогнозам ученых, ураган должен был прекратиться еще несколько десятилетий тому назад. Почему же этого не случилось?

Ученые объясняют это явление так: рядом с этим ураганом образуются другие «мелкие смерчи», вот они ураганом и поглощаются, подпитывая его.

Существует и альтернативное объяснение, родившееся в 2013 году из теории Педрама Гасанзаде (ученого из Гарвардского университета). Согласно этой теории, движение вихревых потоков холодных газов снизу вверх и горячих газов сверху вниз внутри этого гигантского урагана позволяет восстанавливать часть энергии в его центре.

Загадкой является так же сам цвет пятна – урагана. Одна из «свежих» гипотез гласит, что большое красное пятно Юпитера является своего рода «солнечным ожогом» верхнего слоя облаков, а более низкие слои имеют белый или, скорее, сероватый цвет. Ученые, выступающие в поддержку данной теории, считают, что красный цвет вихря образуется вследствие воздействия ультрафиолетового света Солнца, пробивающегося сквозь аммиачный состав газа верхних слоев атмосферы Юпитера.

Какая из версий «победит», покажут лишь дальнейшие исследования.

Задание:


Поищите информацию о климатических загадках, присущих нашей планете – Земле. Есть ли для них однозначное объяснение? Подготовьте небольшое сообщение на эту тему (на 3 абзаца).
Физика (физические загадки)
Электронный щит Земли. В 1958 Джеймс Ван Аллен из Университета Айовы обнаружил пару радиационных колец, опоясывающих нашу планету на высоте до 40 000 километров и состоящих из электронов и протонов высоких энергий. Удерживает эти кольца вокруг нашей планеты магнитное поле Земли. Наблюдение за кольцами показало, что они, то сжимаются, то расширяются под воздействием энергии, выбрасываемой вспышками на Солнце.

 

В 2013 году Дэниель Бэйкер из Колорадского университета обнаружил между внутренним и внешним радиационными кольцами Ван Аллена третью структуру. Эту структуру Бэйкер назвал «накопительным кольцом». Оно работает как расширяющийся и сужающийся невидимый щит, блокирующий эффекты «смертельных электронов». Эти электроны, находящиеся на высоте 16 000 километров, могут быть губительными не только для людей, находящихся в космосе, но и для различного оборудования космических спутников.

«Эти электроны будто бы сталкиваются со стеклянной стеной. Нечто создает вокруг нашей планеты некое подобие силового поля, какое мы могли видеть в различных фантастических фильмах. Это невероятно загадочный феномен», – говорит Бэйкер.

Ученые разработали несколько теорий, которые хоть частично могли бы объяснить сущность данного невидимого щита. Однако ни одна из этих теорий не является окончательной и подтвержденной.

Однако именно потоки заряженных частиц могут стать теми «крыльями», которые понесут исследовательские аппараты к окраинам Солнечной системы. Именно благодаря таким технологиям, возможно, удастся разрешить ее загадки!

Как же «работает» такая технология? Заряженные частицы в солнечном ветре как раз и будут «подгонять» электронный парус – e-sail. Сама идея была предложена научным сотрудником Финского метеорологического института Пеккой Янхуненом. Парус представляет собой аппарат, окруженный 20 проводками. Провода генерируют положительно заряженное электрическое поле. Протоны солнечного ветра, «путешествующие» со скоростью выше 750 километров в секунду, отталкиваются этим электрическим полем, и тем самым «выталкивают» космический аппарат. Отрицательно заряженные частицы солнечного ветра гасятся своеобразной «электронной пушкой», так что электрический парус поддерживает положительно заряженное электрическое поле.

Если солнечный свет, толкающий солнечный парус, значительно ослабевает, когда космический аппарат достигает пояса астероидов, солнечный ветер по-прежнему «дует» сильно. Со временем электропарус можно разогнать до 150 км/с.

Это означает, что космические зонды могут достичь Юпитера всего за два года, а Плутона – за пять.

В 2018 году небольшой космический зонд развернет парус и начнет путешествие к далекому астероиду. Это будет первый космический аппарат NASA, который будет двигаться за пределами орбиты Земли исключительно за счет солнечного ветра. Такая технология может открыть дорогу недорогому исследованию Солнечной системы и, в конечном счете, межзвездного пространства.

Электрические загадки подкидывает не только Земля. Венера не отстает в своей «электрической загадочности». Пепельный свет Венеры – загадка как раз такого типа. Слабое свечение, которое можно увидеть на неосвещенной стороне Венеры, было впервые открыто еще в 1643 году. С тех пор его наблюдали множество раз, однако удовлетворительного объяснения это явление так и не получило.

По одной из версий, пепельный свет вызывает атмосферное электричество планеты: частые удары молний освещают венерианские небеса. Однако космический аппарат «Кассини», пролетавший мимо планеты, не сумел обнаружить высокочастотные помехи, которые должны были бы вызывать такие молнии.

Возможно, аппарат с электронным парусом поможет найти ответ и для этой загадки.

Задание:


Попробуйте составить маршрут, которым должен пролететь аппарат с e-sail, для исследования Солнечной системы. Какие задачи он должен решить в первую очередь? Это задание может быть выдано, как домашнее или задание для проектной работы.
Геология (геологические загадки)
Горный хребет Япета. Автоматическая межпланетная станция «Кассини», ставшая в 2004 году первым искусственным спутником Сатурна, обнаружила на Япете величественный хребет высотой в 18 км (гора Эверест, для сравнения, примерно в два раза ниже).

 

Этот хребет простирается почти через весь экватор сатурнианской «луны». По одной из теорий, загадочный Япет обладал ранее собственным кольцом, которое осело в виде горной гряды.

Другие исследователи предполагают, что хребет образовался в результате столкновения спутника с астероидом, что вызвало сейсмическую активность.

Меркурианский «паук». Это странное геологическое образование было сфотографировано в 2008 году космическим аппаратом «Мессенджер», пролетавшим вблизи самой маленькой планеты Солнечной системы. Оно представляет собой систему борозд, исходящих из общего центра посреди равнины Жары. Эти борозды тянутся на многие сотни километров.

Ученые назвали образование «Борозды Пантеон» (Pantheon Fossae) в честь похожей структуры купола римского Пантеона, хотя между собой стали называть его «Пауком».

 

Причины образования таинственной структуры на Меркурии неизвестны. Ученые предполагают, что борозды могли возникнуть в результате специфической вулканической активности на планете.

«Уродливая» Миранда. Даже ученые NASA как-то назвали пятую по величине луну Урана «чудовищем Франкенштейна». Все потому, что Миранда будто слеплена из разных, плохо походящих друг другу кусков. Между этими «кусками» проходят хребты и впадины, некоторые из которых в 12 раз глубже знаменитого Большого Каньона.

 

По одной из теорий, Миранду когда-то расколол гигантский астероид, однако части ее не разлетелись, а вновь притянулись друг к другу, создав столь бесформенное образование.

Только дальнейшие исследования помогут разрешить эти загадки. А возможно и дадут «ключик» к другим тайнам Солнечной системы.

Химия (химические загадки)
Марсианский Метан. Наблюдения метана на Марсе долгое время были противоречивы. Сначала его обнаружили, а потом на долгое время метан «исчез».

Ученые даже разработали специальные модели, с учетом современных представлений про марсианскую «химию». Согласно этим моделям, если бы на Марсе действительно существовал метан, он бы оставался там в течение 300 лет и за этот период равномерно распределился бы в атмосфере. Но поскольку модели вовсе не объяснили его появление, локализацию и быстрое исчезновение, все находки были признаны сомнительными, а результаты списали на ошибку инструментов, которые на Марсе и так работали на пределе своих возможностей.

«В таком контексте, когда мы все были практически уверены, что собранные нами данные должны быть, по меньшей мере, не до конца точными, принять по ним решение помогли бы только более точные измерения» – говорят исследователи из Андалусского института земных наук.

С помощью специального блока-анализатора TLS, аппарат «Кьюриосити» обнаружил уровни концентрации метана в пределах 0,7 части на миллиард (по объему) и подтвердил, что рост этой величины происходит в течение шести сол аж в десять раз, то есть до 7 частей на миллиард.

"Этот фоновый параметр означает, что в атмосфере постоянно присутствует около 5 тысяч тонн метана", – говорит доктор Крис Уэбстер, сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА, который руководит данным исследованием. – "На Земле, для сравнения, имеется около 500 млн. тонн метана в атмосфере. Его концентрация достигает около 1800 частей на миллиард по объему".

Новые данные базируются на наблюдениях, проведенных в течение одного марсианского года (практически равного двум земным), включая исследование кратера Гейла аппаратом «Кьюриосити».

На Земле 95% метана имеет органическое происхождение. Ученые не теряют надежды на то, что марсианский метан может также иметь органическое происхождение. Метан, представляющий собой четыре атома водорода, связанные с атомом углерода, является основным компонентом природного газа на Земле. Астробиологи заинтересованы в данных по метану, потому что земные организмы выделяют большое количество этого газа при усвоении питательных веществ. Может и «марсианские» тоже?

 

Пока что руководители экспедиции "Кьюриосити" не могут с уверенностью определить источник метана, но считают, что с большой вероятностью его происхождение может быть связано с залежами гидратов метана, которые периодически разрушаются под воздействием каких-то неизвестных факторов.

Вода Цереры. Космический исследовательский аппарат Dawn аэрокосмического агентства NASA исследовал Цереру, карликовую планету, расположенную в нашей Солнечной системе. К ней космический зонд приблизился в марте 2015 года, а основные исследования провел уже в мае-июне.

Что же такого важного было на «малышке» Церере? Именно карликовые планеты могут содержать важнейшую информацию о жизни в Солнечной системе! А Церера в этом плане является наиболее загадочной. Поэтому, именно она – ключик к ответу на вопрос: может ли протопланета поддерживать жизнь?

Насколько известно ученым, существует три компонента, необходимых для жизни: источник энергии, жидкая вода и химические «строительные блоки», такие как углерод. Помимо того, что на Церере в большом объеме может присутствовать вода, в том числе и в жидкой форме, сама Церера находится достаточно близко к Солнцу, чтобы получать достаточное количество солнечного тепла.

Пока науке не известно, имеется ли у карликовой планеты свой внутренний источник тепла. Также ничего не известно и о наличии необходимых углеводных соединений. Будем надеяться, что космическая миссия Dawn сможет ответить на все эти вопросы.

Итак, если вода на Церере есть, то ее «биологические» шансы существенно возрастают. С помощью космического телескопа «Гершель» удалось заметить гигантские струи пара, которые планета-карлик периодически выбрасывает в открытый космос. Гейзеры были обнаружены в темных областях планеты.

Согласно одной теории, именно в этих местах Церера особенно активно поглощает солнечный свет: лед быстро превращается в пар, который выбрасывается наружу. Другие ученые предполагают наличие вулканической активности, не связанной с водой.

И вот, аппарат Dawn, подлетев очень близко (по астрономическим меркам), обнаружил несколько странных свечений. Вот так выглядят загадочные светлые пятна:

 

Но вот точно определить, что это – гейзеры, вулканы или что-то еще – смогут только дальнейшие исследования!

Вопросы:


В каких земных процессах образуется метан? Может ли наличие метана свидетельствовать про схожесть процессов на Земле и на Марсе? Используют ли живые организмы Земли метан и как?
Музыка (загадочные звуки космоса)

Вот «подборка» из пяти космических звуков. Некоторые из них принадлежат Солнечной системе:

На самом деле это радиоволны или волны плазмы, для удобства «переведенные» в звуковые волны.

Какие же «треки» предлагает нам Солнечная система?

Первыми можно услышать «жуткие» звуки, которые космический аппарат NASA «Кассини» зафиксировал как радиовсплески с полюсов Сатурна в апреле 2002 года. Колебания в частоте и времени соответствуют активности полярных сияний Сатурна, подобно нашим собственным радиовсплескам от северных и южных сияний. Ученые считают, что эта комплексная полоса возрастающих и ниспадающих тонов пришла из множества радиоточек, которые двигались вдоль магнитного поля Сатурна вблизи полярных регионов. Кое-кто полагает даже, что это «переговоры инопланетян». Далее «солирует» «Вояджер-1», входя в межзвездное пространство (если не считать облако Оорта) в 2012 году. Этот аппарат считается самым дальним нашим странником за пределами Земли. Ему понадобилось 35 лет, чтобы услышать звук этой плотной плазмы (ионизированного газа), вибрирующей во время столкновения с взрывной волной извержений Солнца. Следующей можно услышать «ксилофонную мелодию» кометы 67P/Чурюмова – Герасименко, записанную космическим аппаратом «Розетта» в августе 2014 года. Ученые считают, что эта музыка рождается в процессе колебаний в магнитном поле среды кометы. Чтобы сделать эту музыку слышимой человеческому уху, частоты были усилены примерно в 10 000 раз. Но даже сейчас остается тайной, как именно работают эти колебания. Дальше мы слышим свистящий звук молний Юпитера, записанный «Вояджером». Когда излученные волны попадают в плазму над планетой, высокие частоты движутся быстрее, чем низкие вдоль магнитного поля Юпитера. Поэтому мы слышим эффекты «потустороннего» свиста.

Задание:


Попробуйте придумать, к каким музыкальным стилям можно отнести звуки Солнечной системы из материала развертки. Можно ли, по вашему мнению, их считать музыкой будущего?
Акселеративные и интерактивные методы

Игра «Космическое лото»

Суть игры: Игра проводится по типу обычного лото. Учитель готовит карточки-фишки с названиями элементов Солнечной системы (планеты, спутники, астероиды и другие тела – по выбору учителя) и большие карточки с фрагментами «карты» – изображения Солнечной системы с указанием этих объектов. Лучше сразу оговорить, сколько объектов может быть обозначено на большой карте – 5, 8, 10 и т.д. – одинаковое количество для всех карточек. Учитель раздает эти большие карточки ученикам, а потом, как в обычном лото, вытягивает меньше карточки-фишки из мешка или коробки, называет объект.

Вот примеры возможных «карт»:

 

 

 

Ученики, у которых на карточках этот объект есть, обозначают его фишкой или иной пометкой (бумажным значком, фишкой от какой-то игры, пуговкой и т.д.). Выигрывает тот, чья карта будет заполнена первой. Бинго!

ЦЕЛЬ: Активация внимания, концентрации, умения слушать и слышать, умения фильтровать информацию, с одновременным закреплением школьного материала.

Подведение итогов кейс-урока

Наименование

Содержание

1

Полученные результаты и наработанные компетенции:

Знания про современные технологи, применяемые в исследованиях космоса

Знания про физические процессы и химические закономерности, присущие Солнечной системе, границах их применимости

Знания про современные напрвления исследований и вызовы, стоящие перед наукой будущего

2

Продолжительность:

90 минут (спаренный урок)

 

3

Локация проведения кейс – урока:

Кейс-урок проходит в классе, возможно проведение в специализированном кабинете по предметам «Физика» или «Астрономия»

4

Соревновательность:

Возможно разделение на команды: мальчики и девочки, по рядам, по любому другому принципу

В качестве заданий можно использовать акселеративную игру, предложенную в кейсе.

Так же заданием для конкурса может стать любое задание из предложенных под розвертками. В этом случает главное условие – время и наличие доступа к сети Интернет для поиска информации.

5

Возможность проведения учеником-дублером:

Возможно

6

Возможное домашнее задание:

Проведите мини-исследование. Выберите оду из загадок и создайте  про нее презентацию на 5 слайдов (можете поискать информацию и о других загадках Солнечной системы):

  1.      Суть
  2.      Когда обнаружена
  3.      Кем исследуется
  4.      Методы изучения
  5.      Возможные объяснения

Обсудите ваши презентации в классе

7

Результаты кейс-урока можно дополнить такими находками учеников:

 

8

Какие  3 сайта помогли найти наиболее значимую информацию?

http://edufuture.biz/

http://hi-news.ru/science/10-zagadok-solnechnoj-sistemy-kotorye-sbivayut-s-tolku-nashix-luchshix-uchenyx.html

http://hi-news.ru/space/10-nerazreshennyx-zagadok-solnechnoj-sistemy.html

 

9

В помощь ученику и коучу:

https://www.youtube.com/watch?v=5sbrpxmq8yk

https://www.youtube.com/watch?v=fvCtSyyEcNs

https://www.youtube.com/watch?v=wWCnwrJsfpM

10

Где брать информацию для кейса:

http://edufuture.biz/

http://hi-news.ru/science/10-zagadok-solnechnoj-sistemy-kotorye-sbivayut-s-tolku-nashix-luchshix-uchenyx.html

http://hi-news.ru/space/10-nerazreshennyx-zagadok-solnechnoj-sistemy.html

http://earth-chronicles.ru/news/2016-02-08-88878

http://hi-news.ru/space/kyuriositi-podtverdil-nalichie-metana-v-atmosfere-marsa.html

http://www.bbc.com/russian/science/2014/12/141217_mars_methane_curiosity

11

Теги:

Солнечная система, Меркурий, транснептуновые объекты, Церера, Юпитер, Плутон, Марс, Япет, Миранда, электронный парус, солнечный ветер

12

Авторы:

Паутинка С.А.

13

Принимали участие в разработке кейса

Грабовская Л.Л.

 

 

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!