297
з історії

132
учня

72
для 11 классу

244
відкореговано


Вашій увазі

415
кейсів
Останнє оновлення:
24.01.2017


Кейс-урок «Курс на Марс!»
Кейс-урок «Курс на Марс!»

Розділ: Наука, природа і людина

Рівень (клас): 11

Тема: Фізика, хімія, космологія

Мета: дізнатися про можливості астрономії і космонавтики для вирішення проблем сьогодення і майбутнього

Яка інформація мене тут чекає?

  • Що таке Марс з точки зору астрономії?
  • Клімат і геологія Марса.
  • Дослідження Марса: історія, сьогодення і майбутнє.
  • Чи є життя на Марсі?
  • За яких умов можлива колонізація Марса?
10 розгорток з предметів, явища та практик:
Вступ

Планета Марс здавна хвилює людську фантазію і цікавість: учені ведуть дослідження, письменники пишуть розповіді і романи, режисери знімають кінофільми. Періодично інформація про Марс з'являється в пресі: «Людство досягло Марса!», «На Марсі знайшли воду!», «Отримано нові унікальні знімки марсіанських каналів!».

 

Жерці Вавилона проводили примітивні спостереження за цією планетою, сучасні учені розробляють амбіційні програми її освоєння і колонізації.

Прослідкуймо і ми за розвитком людської думки, щоб знайти відповідь на питання: чи дійсно Марс – майбутнє Сонячної системи?

Астрономія
Марс — четверта за відстанню від Сонця і сьома за розміром планета Сонячної системи.

Марс — планета земного типу з розрідженою атмосферою (тиск на поверхні в 160 разів менший від земного). Особливостями поверхневого рельєфу Марса можна вважати ударні кратери, на зразок місячних, а також вулкани, долини, пустелі і полярні льодовикові шапки, на зразок земних.

У Марса є два супутники: Фобос і Деймос (у перекладі зі старогрецької «страх» і «жах»). Вони відносно малі (Фобос — 26,8х22,4х18,4 км, Деймос — 15х12,2х10,4 км) і мають неправильну форму:

 

Рельєф Марса унікальний. Велетенський згаслий вулкан Олімп — найвища відома гора на планетах Сонячної системи. Долини Марінер — велетенська система каньйонів на Марсі, найбільша в Сонячній системі. Знайдена в 1971-1972 рр. космічним апаратом «Марінер-9».

На Марсі розташований найбільший з відомих ударних кратерів в Сонячній системі. Його довжина — 10,6 тис. км, а ширина — 8,5 тис. км.

Маса планети — 6,418×10²³кг (11% від маси Землі). Прискорення вільного падіння на екваторі рівне 3,72 м/с² (0,378 земного).

За лінійним розміром Марс майже удвічі менший від Землі — його екваторіальний радіус 3396 км (53,2% земного). Площа поверхні Марса приблизно дорівнює площі суші на Землі.

Полярний радіус Марса приблизно на 20 км менше екваторіального, хоча період обертання у планети більший, ніж у Землі.

Марс і Земля (порівняння розмірів)

Період обертання планети — 24 години 37 хвилин 22,7 секунд (відносно зірок), довжина середньої сонячної доби (марсіанську добу називають сол) складає 24 години 39 хвилин 35,24409 секунд. Це всього на 2,7% довше за земну добу. Тривалість марсіанського року становить 687 земних днів.

 

Марс обертається навколо своєї осі, нахиленої до перпендикуляра площини орбіти під кутом 25,19°. Нахил осі Марса забезпечує зміну пір року. Через еліптичну орбіту вони мають різну тривалість.

Весна і літо, разом узяті, тривають 371 сол на ділянці орбіти Марса, яка віддалена від Сонця. Тому на Марсі північне літо довге і прохолодне, а південне — коротше і відносно тепліше.

Температура на планеті коливається від −153°C на полюсі взимку і до +20°C на екваторі опівдні. Середня температура складає −50°C.

Атмосфера Марса, що складається в основному з вуглекислого газу, дуже розріджена. Тиск на поверхні Марса в 160 разів менший від земного — 6,1 мбар на середньому рівні поверхні. Через великий перепад висот тиск на поверхні Марса дуже змінюється. Приблизна товщина атмосфери — 110 км.

Питання:


Як співвідносяться за тривалістю марсіанський і земний роки, марсіанський сол і земний день?

Математика

Чи далеко до Марса? Це не питання з області наукової фантастики, а завдання, яке під силу математиці, тому що для проектів колонізації або керованого польоту на Марс важливо знати відстань і час «в дорозі».

Теоретично Земля і Марс максимально наближаються один до одного при дотриманні наступних умов:

1) Марс в точці Перигелію (точка найбільшого наближення до Сонця);

2) Земля в точці Афелію (точка орбіти, що найбільш віддалена від Сонця).

Мінімальна відстань від Марса до Землі складає 54,6 млн км (коли Земля знаходиться точно між Сонцем і Марсом), максимальна — близько 401 млн км (коли Сонце знаходиться точно між Землею і Марсом):

Відстань між Землею і Марсом (в астрономічних одиницях, а. о.) (під час протистоянь 2014-2061 рр.)

Розглянемо завдання: за який час сонячні промені, відбиті від поверхні Марса, досягнуть Землі?

Врахуємо, що швидкість світла 300 000 км/с. Використовуємо універсальну формулу, яка застосовується до більшості завдань на рух:

 

В такому разі сонячні промені, відбиті від поверхні Марса, досягнуть Землі за такий час:

Для максимальної відстані – 401.000.000/300.000 = 1337 с або 22 хв.

Для мінімальної відстані – 54.600.000/300.00 = 182 с або 3 хв.

Найшвидший космічний апарат, що залишив Землю, – автоматична міжпланетна станція «New Horizons» (NASA). Її швидкість складає 58 тис. км/год. Як швидко вона зможе досягти Марса? Розрахунок, який був застосований для сонячних променів, непридатний для космічної станції. На це є цілий ряд причин, і перш за все – інша траєкторія польоту станції:

 

Багато міжпланетних місій при сучасних технічних можливостях просто нездійсненні без звернення до екзотичних навігаційних прийомів. Справа в тому, що швидкість виділення робочого тіла з хімічних ракетних двигунів складає близько 3 км/с. При цьому кожні 3 км/с додаткового розгону втричі збільшують стартову масу космічної системи. Щоб з низької навколоземної орбіти (швидкість 8 км/с) відправитися до Марса по гоманівській траєкторії, треба набрати близько 3,5 км/с, до Юпітера — 6 км/с, до Плутона — 8-9 км/с. Виходить, що корисне навантаження при польоті до далеких планет складає лише декілька відсотків від виведеної на орбіту маси, а та, у свою чергу, лише декілька відсотків від стартової маси ракети. Гоманівська траєкторія в небесній механіці — еліптична орбіта, яка використовується для переходу між двома іншими орбітами, що зазвичай знаходяться в одній плоскості. У простому випадку вона пересікає ці дві орбіти в апоцентрі і перицентрі. Орбітальний маневр для переходу включає 2 імпульси роботи двигуна на розгін — для входу на гоманівську траєкторію і для сходу з неї. Така траєкторія названа на честь німецького вченого Вальтера Гомана:

 

Найреальніший вихід із ситуації – старт з орбіти. В чому ж його переваги? Адже декілька сотень або навіть тисяч кілометрів від Землі до орбіти ніщо в порівнянні з відстанню до Марса. Річ у тому, що потужність багатоступінчастої ракети, що стартує з Землі, витрачається на траєкторії польоту нерівномірно. Сумарні витрати енергії космічного корабля оцінюються зазвичай сумою абсолютних величин всіх швидкостей, які повинна розвинути ракета на різних етапах польоту. Ця сума називається характеристичною швидкістю. При цьому необхідно враховувати, що швидкість (і прискорення, відповідно) – векторна величина. Тому для них застосовуються правила складання векторів в тривимірному просторі:

 

Для польоту на Марс сумарна швидкість складатиме більше 30 км/с. А сучасні ракетні системи, що працюють на хімічному паливі, найближчим часом навряд чи дадуть значення характеристичних швидкостей вище 15 км/с. Але майже половина характеристичної швидкості витрачається на досягнення орбітальної швидкості (7,9 км/с плюс втрати). А кожен кілометр швидкості - це вага палива, стартова вага ракети. Таким чином, на етапі виходу на орбіту реалізується переважаюча доля початкової ваги ракети.

 

Тепер зрозуміло, чому стартувати з орбіти зручніше: вага корабля значно менша, а потрібна характеристична швидкість польоту до Марса і назад менша в два рази, ніж при польоті з Землі. А застосування декількох легших ракетних кораблів реальніше за будівництво однієї ракети із стартовою вагою в тисячі тонн. Таким шляхом значно простіше досягти далеких небесних тіл.

Гоманівська траєкторія - окремий випадок прояву фракталів Фібоначчі. Вони - універсальний принцип, застосовний і до космічних, і до земних об'єктів і явищ.

Завдання:


Середня відстань між Землею і Марсом складає 227.800.000 км. Розрахуйте час проходження відбитого променя від поверхні Марса до Землі.

Хімія

Марс називають «червоною планетою». Погляньте на нічне небо, і ви завжди зможете відрізнити Марс завдяки його червоному кольору. Але коли ви поглянете на фотографії, зроблені на Марсі, то виявите, що планета багатоколірна, а не однотонна. Що ж робить Марс червоною планетою? Відповідь лежить в області хімії, а не астрономії.

 

Поверхня Марса містить багато пилу і оксиду заліза. Пил оксиду заліза витає в атмосфері червоної планети і осідає на її ландшафті.

З цієї причини з космічного простору Марс виглядає неначе покритий іржею. Інші кольори просто втрачаються в цьому пилу. Червоний є основним кольором, хоча деякі оксиди заліза можуть бути коричневими, чорними і навіть зеленими.

Але чому в атмосфері Марса більше оксидів заліза, ніж в газовому покриві будь-якої іншої планети? Учені не прийшли з цього питання до однозначного висновку, але багато фахівців вважає, що цей пил з'явився в результаті вивержень вулканів. Сонячна радіація змушує атмосферну воду випаровуватися, і пара вступає в реакцію із залізом, окислюючи його і формуючи оксиди заліза.

Залізо в періодичній системі і залізний метеорит з марсіанської поверхні

Окислення заліза може бути описане таким чином:

 

Наступна окислювально-відновна реакція відбувається у присутності води і має вирішальне значення для формування марсіанської «іржі»:

 

Оксиди заліза також можуть бути продуктом реакції залізних метеоритів. Залізо під впливом ультрафіолетового сонячного випромінювання вступає в реакцію з киснем. В результаті утворюються оксиди заліза.

Питання:


У яких земних процесах зустрічається окислення заліза?

Фізика

Складно знайти фізичний закон або явище, що не задіяні в космічних технологіях. Тим більше в такій наукоємній області, як дослідження Марса.

Перше, про що ми згадуємо, коли говоримо про планети з точки зору фізики, – гравітація.

 

Гравітаційне тяжіння описується законом всесвітнього тяжіння Ньютона. Цей закон свідчить: сила гравітаційного тяжіння між двома матеріальними точками маси m1 і m2, розділеними відстанню r, пропорційна обом масам і назад пропорційна квадрату відстані — тобто:

 

Гравітація – універсальна фундаментальна взаємодія між всіма матеріальними тілами.

Окрім власне гравітації, стосовно планет можемо говорити і про силу тяжіння.

Сила тяжіння - це сила, що діє на будь-яке матеріальне тіло, що знаходиться поблизу поверхні астрономічного тіла. Сила тяжіння на поверхні планети складається з її гравітаційного тяжіння і відцентрової сили інерції (викликана обертанням планети навколо осі).

Прискорення, яке отримує тіло, рухаючись під впливом сили тяжіння Землі, називається прискоренням вільного падіння.

 

 

Для Марса, як і для інших планет, силу тяжіння можна розрахувати за формулою:

 

Це варіація формули, яку ми розглядали раніше, але з урахуванням висоти тіла над поверхнею Марса і його радіуса.

Як відомо, маса «червоної планети» в 9,31 разів менша від маси Землі, а радіус в 1,88 рази поступається радіусу земної кулі. Отже, через дію першого чинника сила тяжіння на поверхні Марса має бути в 9,31 разів менша, а через другий - в 3,53 рази більша, ніж в нашому випадку (1,88 х 1,88 = 3,53). Кінець кінцем вона складає там 1/3% від земної сили тяжіння (3,53 : 9,31 = 0,38).

Дослідження космічних тіл, у т.ч. планет Сонячної системи, вимагає застосування найсучасніших технологій.

Наприклад, на борту марсохода «К’юріосіті» є спеціальний лазер – гордість інженерів, які створили апарат. Лазер дозволить відповісти на багато актуальних питань в дослідженнях Марса. Він випарює невеликі шматочки речовини для спектрального аналізу.

Лазер або оптичний квантовий генератор — це пристрій, що перетворює енергію накачування в енергію вузьконаправленого потоку випромінювання. В назві лазера «Саммо» - абревіатура англійської назви пристрою «Light Ampification Stimulated Emission of Radiation:

 

У якості робочого середовища лазера використовуються речовини в різному агрегатному стані: тверді, рідкі, газоподібні і плазма.

Електромагнітна хвиля, проходячи через речовину, витрачає свою енергію на збудження атомів речовини. Інтенсивність випромінювання при цьому міняється згідно із законом Бугера:

 

Оскільки залежність експоненціальна, випромінювання дуже швидко поглинається.

Вчені називають лазери «готовими вирішеннями ще невідомих проблем». Тому так розширюється використання лазера в дослідженні Марса, особливо для спектрального аналізу. Що ж таке спектральний аналіз?

Атоми кожного хімічного елементу мають певні резонансні частоти, внаслідок чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопі на спектрах в певних місцях видно лінії (темні або світлі), характерні для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини і її стану. У кількісному спектральному аналізі визначають вміст досліджуваної речовини за відносною або абсолютною інтенсивностях ліній або смуг в спектрах:

Приклад лінійчатого спектру, отриманого при дослідженні «космічної» речовини

Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10-30 мг), необхідної для аналізу на велике число елементів. Це важливі чинники в космічних дослідженнях.

Питання:


Які ще області, окрім дослідження марсіанської речовини за допомогою лазера, вам відомі? Чи зустрічали ви лазер у повсякденному житті?

Кліматологія

Серед планет Сонячної системи клімат Марса найбільш близький до земного. Імовірно, у минулому клімат Марса міг бути теплішим і вологішим.

Водяної пари в марсіанській атмосфері зовсім небагато. При низькому тиску і температурі вона знаходиться у стані, близькому до насичення, і тому збирається в хмари. У телескоп можна побачити лише найбільші з них, але спостереження з космічних кораблів показали, що на Марсі зустрічаються хмари найрізноманітніших форм і видів: перисті, хвилясті, підвітряні (поблизу високих гір і під схилами великих кратерів, в місцях, захищених від вітру).

Над низинами — каньйонами, долинами — і на дні кратерів в холодний час доби часто стоять тумани. Узимку 1979 р. в районі посадки «Вікінга-2» вперше спостерігали марсіанський сніг, який пролежав декілька місяців.

Приклад розподілу температур на поверхні Марса

Середня температура на Марсі значно нижча, ніж на Землі, — близько −40°С. За найбільш сприятливих умов влітку на денній половині планети повітря прогрівається до +20°С — цілком прийнятна температура для жителів Землі. Але зимової ночі мороз може досягати −125°С. Такі різкі перепади температури викликані тим, що розріджена атмосфера Марса не здатна довго утримувати тепло. В результаті численних вимірів температур в різних точках поверхні Марса виходить, що вдень на екваторі температура може доходити до +27°С, але вже ближче до ранку падає до −50°С.

На Марсі існують і «температурні оазиси». У районах «озера» Фенікс (плато Сонця) і землі Ноя перепад температур складає від −53°С до +22°С влітку і від −103°С до −43°С взимку.

Перші фотографії з поверхні Марса, зроблені «Вікінгом», дуже здивували вчених. Вони побачили, що марсіанське небо не чорне, як це передбачалося, а рожеве. Виявилося, що пил в повітрі поглинає 40% сонячного світла, створюючи кольоровий ефект:

«Пиловий диявол»

Одним з проявів перепаду температур є вітри. Над поверхнею планети часто віють сильні вітри, швидкість яких досягає 100 м/с. Мала сила тяжіння дозволяє навіть розрідженим потокам повітря піднімати величезні хмари пилу. Такі хмари називають «пиловими дияволами».

Питання:


З якими кліматичними явищами Землі можна порівняти марсіанських «пилових дияволів»? Аргументуйте відповідь.

Геологія

Матеріали, які зустрічаються на Марсі, за своїм складом подібні до тих, що увійшли до інших планет земної групи.

В ході еволюції його поверхня піддавалася ударам метеоритних тіл різних розмірів — від дрібних порошинок до кілометрових глиб. Метеоритні удари утворили незліченні кратери, а верхній шар грунту перетворили на марсіанський реголіт. Реголіт – це червонуватий пил, дрібні і великі уламки.

Червонуватий колір властивий всім зображенням Марса, що отримуються за допомогою телескопів. Темніші або світліші райони відповідають відмінностям у складі поверхні, зокрема різному вмісту заліза.

Водно-ерозійні сліди на Марсі багаточисельні. Сліди дії води і її потоків відтворюють багато деталей рельєфу Марса.

Марсіанський рельєф

Товщина марсіанської кори коливається від 40 до 70 км (під височиною).

Топографічна карта Марса

Найтовща кора (червоний колір) під гігантськими вулканами Фарсида, а найтонша (темно-синій колір) – під басейном Еллада.

Зміни в ярах були вперше виявлені на зображеннях з Mars Orbiter Camera в 2006 р.

Це зображення показує нове відкладення в кратері Газа в середніх широтах південної півкулі.

Склад інфрачервоного спектру Марса дає уявлення про типи гірських порід. У південній півкулі переважає базальт, на півночі – андезит. У районі екватора знаходяться відкладення гематиту (їх наявність свідчить про дію води). Потоки лави Марса містять коматіти і ферропікріти. Ці породи - джерело дорогоцінних і кольорових металів: нікелю, міді, металів групи платини. Тому Марс - перспективне джерело коштовних корисних копалин.

Технології

Дослідження космосу (і планет Сонячної системи) – один з «найтехнологічніших» напрямів людської діяльності. Фраза «Це використовується навіть у космосі» дуже часто сприймається людиною як «Це якісно і надійно». «Космічних» технологій безліч, вони втручаються в різні області інновацій і досліджень. Спробуємо розібратися в деяких з них.

Технології «з місцем прописки – орбіта».

Говорячи про них, перш за все мається на увазі космічний телескоп «Габбл» (КТГ). Його можливості були використані для здобуття високоякісних фотографій Марса з будь-коли отриманих на Землі.

КТГ може створити образи півкуль планети, що дозволяє змоделювати погодні системи:

Телескоп «Габбл»

Марс досліджували багато космічних апаратів. Найвідоміші з них: Вікінги, Марінери, Марс, марсоходи «Соджорнер», «Спірит», «Оппортьюніті», «К’юріосіті» та ін. Кожен з них доповнив вже існуючу інформацію про планету, додав технічних, наукових і технологічних відомостей в базу даних, що дозволяє планувати і здійснювати програми освоєння Марса.

Технології «з місцем прописки – Марс». «Оппортьюніті» — другий марсохід космічного агентства НАСА з двох запущених США в рамках проекту Mars Exploration Rover. Був запущений ракетою-носієм «Дельта-2» 7 липня 2003 р. Назва марсохода, в рамках традиційного конкурсу НАСА, була вигадана 9-річною дівчинкою російського походження Софі Колліз, яка народилася в Сибіру (її удочерила американська сім'я з Аризони). На сьогоднішній день Оппортьюніті продовжує ефективно функціонувати, вже більш ніж в 40 разів перевищивши запланований термін в 90 сол, проїхавши 42 км.

Весь цей час він використовує енергію лише від сонячних батарей. Очищення сонячних панелей від пилу відбувається за рахунок природного вітру Марса, що дозволяє марсоходу проводити геологічні дослідження планети.

В кінці квітня 2010 р. тривалість місії досягла 2246 сол, що зробило її найтривалішою серед апаратів, що коли-небудь працювали на поверхні «червоної планети».

Тінь «Оппортьюніті» на поверхні Марса

«К’юріосіті» – це марсохід третього покоління. 6 серпня 2012 р. він приземлився на поверхню Марса. Марсохід був доставлений в рамках дослідницької програми НАСА Mars Science Laboratory (MSL) в кратер Гейла.

При вазі близько 900 кг, марсохід обладнано найціннішим науковим устаткуванням, за допомогою якого вивчає поверхню Марса.

Селфі «К’юріосіті» в кратері Гейла

Технології «з місцем прописки – майбутнє».

Пілотований політ на Марс або колонізація – не лише плід уяви режисерів і письменників, але і не такі далекі проекти, наприклад:

«Mars One» — приватний проект під керівництвом нідерландського дослідника Баса Лансдорпа. Він передбачає політ на Марс з подальшим заснуванням людської колонії і трансляцією всього, що в ній відбувається, по телебаченню (у форматі реаліті-шоу).

Згідно з заявою самої організації, вона не є аерокосмічною компанією і всі роботи по розробці, виробництву і запуску космічних апаратів будуть передані субпідрядникам. Штат компанії складає 8 чоловік.

Офіційний сайт проекту: mars-one.com

«Inspiration Mars Foundation» — фонд, заснований Деннісом Тіто, який планує відправити в січні 2018 р. пілотовану експедицію для польоту на Марс з поверненням на Землю.

Офіційний сайт проекту: inspirationmars.org

НАСА також планує будувати колонію на Марсі.

Біологія

Біологію Марса можна розглядати в двох аспектах. По-перше, шукати відповідь на питання: чи можливе життя на Марсі? По-друге, досліджувати фізіологічні та біологічні проблеми при колонізації.

Власне життя на Марсі.

Одним з перших намагався науково обгрунтувати існування життя на Марсі астроном Етьєн Трувело в 1884 р. Він стверджував, що зміни на плямах Марса, за якими він спостерігав, можуть свідчити про сезонні зміни марсіанської рослинності.

На листопад 2009 р. із понад 24 тис. метеоритів, знайдених на Землі, марсіанськими (тобто тими, що прилетіли з Марса) вважаються 34. Дослідження, які були проведені Космічним центром ім. Ліндона Джонсона, показують, що, принаймні, 3 з виявлених метеоритів містять потенційні докази минулого життя на Марсі у вигляді мікроскопічних структур, що нагадують скам'янілі бактерії (так звані біоморфи).

На фотографіях, зроблених марсоходом «К’юріосіті», можна побачити об'єкти, що суттєво схожі зі «спорудами» ціанобактерій на Землі. Це може свідчити про життєдіяльність мікроорганізмів на дні марсіанських водоймищ у далекому минулому.

Фотографія скам'янілостей (отримане «К’юріосіті», джерело НАСА)

На теперішній час жодна теорія космічної біології не спростовує високу вірогідність так званої біогенної гіпотези походження виявлених зразків.

У квітні 2012 р. були опубліковані дослідження учених Німецького аерокосмічного центру (DLR), в ході яких досліджувалася можливість виживання земних організмів в марсіанських умовах. Лишайники і синьо-зелені водорості, зібрані в Альпах (на висоті до 3500 м) і Антарктиді, були поміщені в атмосферу, що має марсіанський склад. У спеціальній модельній камері учені відтворили склад атмосфери, грунт, тиск, температуру, сонячне випромінювання, що існують на Марсі.

 

Експеримент тривав 34 дні, за цей час лишайники і синьо-зелені водорості не лише вижили, але і продовжували фотосинтезувати. Експеримент підтвердив, що у живих істот є шанс вижити на Марсі в тріщинах скель і маленьких печерах (для захисту від ультрафіолетового випромінювання), навіть протягом тривалого періоду.

Біологічні аспекти колонізації Марса.

Без захисного спорядження людина не зможе прожити на поверхні Марса і декілька хвилин.

Проект колонії для «Mars One»

Результати останніх досліджень показують, що на Марсі є значні і при цьому доступні завали водяного льоду. Грунт придатний для вирощування рослин. У атмосфері присутній в чималій кількості діоксид вуглецю. Все це в сукупності дозволяє розраховувати (за наявності достатньої кількості енергії) на можливість виробництва рослинної їжі. Також вуглець і кисень можна добувати з місцевих ресурсів, що значно знижує потребу в технологіях замкнутого циклу життєзабезпечення, який був би необхідний на Місяці, астероїдах або на віддаленій від Землі космічній станції.

Історія

Першими зацікавилися Марсом жерці Стародавнього Єгипту і Вавилона 3,5 тис. р. тому назад. Єгиптяни складали гороскопи і пророцтва, спостерігаючи за зоряним небом. Відомі їм небесні тіла вони асоціювали з певними богами свого пантеону. Марс, наприклад, вони пов'язували з Гором. Гора часто змальовували з пташиною головою:

Гор – Марс у стародавніх єгиптян

А ось перші розрахунки положення Марса зробили вавилонські жерці-астрономи. Вони розробили ряд математичних методів для передбачення положення планети.

Використовуючи ці дані, учені елліністичного періоду розробили геоцентричну модель, яка пояснювала рух планет. Цю модель використовували аж до XVI ст.

«Фігура небесних тіл» — ілюстрація з Птолемеївської геоцентристської моделі Всесвіту, зроблена португальським картографом Бартоломеу Велью в 1568 р. (зберігається в Національній бібліотеці Франції, Париж)

Індійські і арабські астрономи оцінили розмір Марса і відстань до нього від Землі.

У XVI ст. Микола Коперник розробив геліоцентричну теорію побудови Сонячної системи (з круговими планетарними орбітами). Його модель була переглянута Йоганном Кеплером, який ввів точнішу еліптичну орбіту Марса, яка збігалася з тією, за якою він спостерігав.

Геліоцентричні моделі Кеплера (зліва) і Коперника (справа)

Першим в телескоп спостерігав Марс Галілео Галілей. Протягом XVII ст. астрономи виявили на планеті різні деталі поверхні. Перша карта Марса була опублікована в 1840 р.

Пізніше астрономами були виявлені спектральні лінії молекул води в атмосфері Марса. Після цього відкриття стає популярною думка про можливість життя на Марсі. Персіваль Ловелл, наприклад, вважав, що побачив на Марсі мережу штучних каналів.

У 1920-і рр. було виміряно діапазон температур марсіанської поверхні і встановлено, що поверхня Марса знаходиться в екстремальних умовах пустелі.

У 1969 р. було організовано Міжнародний планетний патруль у складі 7 обсерваторій. Вони рівномірно розташувалися по довготі недалеко від екватора. Обсерваторії патруля оснащені однотипними телескопами і фотокамерами з електронним устаткуванням. Вони стежать за хмарами і пиловими бурями, а також сезонними змінами на поверхні Марса.

Дослідницькі місії на Марс (успішні)

З 1960-х рр. почалися запуски автоматичних міжпланетних станцій для вивчення планети спочатку з пролітної траєкторії, а потім з орбіти штучного супутника і безпосередньо на поверхні.

З 1950-х рр. почали розроблятися проекти пілотованих польотів на Марс. Але «місячна гонка» (змагання між СРСР і США у вивченні Місяця) відсунула їх на задній план.

Кольорова карта Марса з високою розподільною здатністю (створена на основі знімків з орбітального апарату «Вікінг»)

З 2010 р. Дослідницьким центром ім. Еймса розробляється проект «Столітній космічний корабель» (Hundred-Year Starship). Основна ідея проекту полягає в тому, щоб відправляти людей на Марс безповоротно. Це призведе до значного зниження вартості польоту, з'явиться можливість збільшити масу вантажу і кількість екіпажу. За розрахунками, відправити на Марс 4-х осіб і повернути їх назад коштуватиме стільки ж, скільки й відправка 20 космонавтів без повернення. Вся експедиція коштуватиме 750 млрд доларів. Її можна зменшити удвічі, якщо астронавтів не доведеться повертати на Землю.
Бізнес

У даний час на початковому етапі знаходяться три проекти колонізації Марса. Детальна інформація про вартість кожного етапу реалізації проектів не розголошується, але оцінна вартість проектів в цілому доступна громадськості. Вартість таких проектів вимірюється мільярдами доларів, при цьому основна частина витрат припадає на етап реалізації. Це пояснюється «дорожнечею» відправлення вантажів на орбіту. Відправити і повернути 100 кг вантажу коштує близько 200 млн доларів. Проекти, що не передбачають повернення місії на Землю, скорочують цей показник до 100 млн доларів.

Оптимізація «ваги» місії – шлях до зниження витрат на її реалізацію.

 

Проекти освоєння Марса затратні та амбіційні. Найближчий час покаже, які з них будуть реалізовано і, можливо, принесуть прибуток, а не лише «наукові дивіденди». Освоєння Марса здатне дати не лише коштовні корисні копалини, але і можливість вирощувати новий вид культурних рослин і мікроорганізмів, здійснювати технології, що неможливі в земних умовах.

Акселеративні та інтерактивні методи
«Що я покладу до рюкзака?»

Суть гри:  Вчитель пропонує учням пограти в гру: «Я їду в подорож до…, і покладу в рюкзак…» Далі, кожен учень повинен називати по одному предмету, можливо навіть неочікуваному та нелогічному, головне, щоб назва цього предмета починалися з літери, яка є першою літерою в імені вчителя: наприклад «М» (вчитель - Микола Іванович). Марія візьме в подорож мокасини,  Тарас – майонез, Надійка – метелика, а ще хтось із учнів – майку. Вдалих зборів!

МЕТА: Налаштування на позитивне і нестандартне мислення, пошук неочікуваних на перший погляд варіантів вирішення завдань.

 

Підведення підсумків уроку:

Назва

Зміст

1

Результати кейс-уроку можна доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz

http://galspace.spb.ru/index41.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81

 

3

На допомогу учню і коучу:

http://edufuture.biz

http://galspace.spb.ru/index41.html

http://www.sai.msu.su/ng/solar/mars/latest_after1996.html

http://www.youtube.com/watch?v=RkMCAjQ4LLE

 

4

Де знаходити інформацію для кейса:

http://edufuture.biz

http://galspace.spb.ru/index41.html

http://www.sai.msu.su/ng/solar/mars/latest_after1996.html

http://www.youtube.com/watch?v=RkMCAjQ4LLE

http://galspace.spb.ru/index41.html

http://www.mars-one.com

http://www.inspirationmars.org

http://www.nasa.gov/centers/ames/home/index.html

http://galspace.spb.ru/orbita/12.htm

 

http://texnomaniya.ru/dobicha-poleznih-iskopaemih-na-marse

 

5

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить у класі. Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Змагання:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав:….

Завдання для них:

  •  Відстань від Фобоса до Марса 9400 км. За який час відбите від марсіанської поверхні сонячне світло досягне Фобоса?
  •  100 кг наукового вантажу доставили на Фобос. Яка сила тяжіння діятиме на нього, якщо прискорення вільного падіння там 0,003 м/с²? На Марсі (при прискоренні 3,711 м/с²)?

7

Домашнє завдання:

Сформулювати по п'ять питань до матеріалу кейса (індивідуальне завдання).

8

Тривалість:

90 хвилин (спарений урок).

 

9

Можливість схеми заняття з учнем-дублером: 

Можливо.

10

Отримані знання і напрацьовані компетенції:

 

Уміння швидко знайти необхідну інформацію по темі.

Здобуття практичних навичок застосування отриманої інформації.

Здобуття конкретних знань з математики, фізики, хімії, астрономії, технології та інших розділів (наведені в розгортках).

11

Теги:

Рух, перигелій, афелій, залізо, окислення, окислювально-відновні реакції, гравітація, сила тяжіння, прискорення, лазер, закон Бугера, оптичний спектр, рельєф, телескоп, ціанобактерії, лишайники.

12

Автори:

 Грабовська Лариса Леонідівна

13

Брали участь в апгрейді кейса:

 
The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середньго 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!