ISSN 2409-546X
ПИ № ФС77-61102
8-800-555-1487

Прикладная космология: от макета к компьютерной модели Солнечной системы

Библиографическое описание: Козырева К. В., Колыганова Н. А., Семенов О. Ю. Прикладная космология: от макета к компьютерной модели Солнечной системы // Юный ученый. — 2018. — №1. — С. 48-50. URL: http://yun.moluch.ru/archive/15/1112/ (дата обращения: 21.07.2018).





 

Статья посвящена вопросам происхождения Солнечной системы. Рассмотрены гипотезы возникновения планетарных систем около звёзд в галактиках. Предложены модели визуализации Солнечной системы с помощью макетов и компьютерных программ.

Ключевые слова: космология, звезда, планета, Солнечная система, моделирование, макет, аккреция, чёрная дыра, галактика, туманность, Вселенная.

 

Объяснение возникновения Галактики и Солнечной системы — одна из трудных задач космогонии, раздела астрономии, посвященного изучению происхождения и развития небесных тел. Гипотезы возникновения Солнечной системы существовали определённое время, и если они не объясняли многочисленные процессы Солнечной системы, то возникали новые гипотезы, которые развивались и дополнялись учеными.

По одной гипотезе возникли идеи одновременного образования Солнца и планет Солнечной системы из облака диффузной космической материи — гипотеза И. Канта — «холодная гипотеза» (1755 г.), и гипотеза П. Лапласа — «горячая гипотеза» (1796 г). В пользу общности гипотез говорит родство тел Солнечной системы: сходство их химического и изотопного состава, возраст, особенности движения и строения [1–2].

В гипотезах другого направления формирование Солнца рассматривается отдельно от процесса образования планет системы и спутников (гипотезы учёных начала XX в. Ф. Мультона, Т. Чемберлена и Д. Джинса). К ним также относится гипотеза академика О. Ю. Шмидта: захват Солнцем холодного газопылево-метеоритного облака и дальнейшая конденсация его в планеты и спутники планет. Внутренние планеты в процессе эволюционных образований утратили летучие вещества из-за близости к Солнцу и состоят из железосиликатного каменного материала. Атмосфера внутренних планет связана с процессом дегазации недр в результате вулканических процессов. Внешние планеты и их спутники состоят замерзших лёгких газов — водорода, аммиака и метана. Рис. 1.

Актуальной является гипотеза образования нашей системы из газопылевого холодного облака в результате его уплотнения. Планеты не были раскалёнными телами, и Земля разогрелась на последнем этапе формирования. Причину разогрева планет объясняют в выделении энергии в результате разделения магматического расплава под действием гравитации Земли по плотности и радиоактивного распада. [1–2].

C:\Documents and Settings\ous\k\Статьи_все\Статьи_часть_01_310118\Рис_Солнеч_система_01.jpg

Рис. 1. Расположение внешних и внутренних планет Солнечной системы

 

Более 4,7 млрд. лет появились — газопылевая первичная туманность и звезда, превратившаяся в «сверхновую» — это был первый этап формирования системы. На втором этапе туманность попала в область влияния «сверхновой» звезды и в туманности стали происходить процессы аккреции «реликтового» вещества, а затем — конденсации вещества «сверхновой» звезды и «вторичного» вещества туманности около 4,7 млрд. лет назад — третий этап. На четвёртом этапе произошло центральное сгущение вещества, которое превратилось в Солнце и началось формирование Солнечной системы и планеты Земля, завершившееся примерно 4,6 млрд. лет назад. [1–3].

Для полноценного изучения Солнечной системы необходимо использовать метод моделирования, т. к. представить себе небесные тела солнечной системы довольно затруднительно из-за их размеров и расстояний между ними. И поэтому для визуализации солнечной системы используются компьютерные или натурные модели с учетом пропорций и траекторий планет. Модель — материальный мысленный или условный объект: гипотеза, абстракция, формула, рисунок, план, карта, чертёж, программа, схема, и т. п., которые определяют существенные свойства объекта исследования в упрощённой форме. В нашем случае к модели Солнечной системы приходится прибегать из-за того, что наш объект очень велик и обладает другими трудно реализуемыми физическими параметрами.

С помощью небольшого набора инструментов и материалов студентами был изготовлен макет Солнечной системы, который получился ярким и наглядным. Для этого использовали фигуры из папье-маше в форме полусфер разного размера. Рисунок на поверхности моделей планет и спутников наносили с помощью красок в соответствии с цветом настоящих планет. Рис. 2.

C:\Documents and Settings\ous\k\Статьи_все\Статьи_часть_01_310118\Рис_Солнеч_система_02.jpg

Рис. 2. Макет солнечной системы

 

Для математических расчётов движения планет вокруг Солнца использовалась свободно распространяемая компьютерная программа Solsys (3.0) 7. Интересной функциональной особенностью этой программы по моделированию движения объектов в Солнечной системе, является наличие возможности экспериментально определить период обращения планет и параметры полученных орбит, эксцентриситет, расстояния до Солнца в афелии и перигелии, а также скорости в этих точках. Рис.3.

C:\Documents and Settings\ous\k\Статьи_все\Статьи_часть_01_310118\Рис_Солнеч_система_03.jpg

Рис. 3. Расчёт движения планет в программе Solsys3.0

 

Наша Солнечная система проходит сквозь галактику Млечный Путь по круговой орбите на расстоянии около 30 000 световых лет от галактического центра со скоростью более 220 км/с. Период обращения вокруг центра галактики — так называемый галактический год — составляет для Солнечной Системы примерно 220–250 миллионов лет [4]. Наша Галактика — Млечный путь представляет собой гигантский диск из звезд разного типа, звёздных скоплений, межзвёздного вещества, состоящего из различного типа излучений, элементарных частиц, атомов, тёмной материи; в центре нашей Галактики находится чёрная дыра [3-4]. Создание макета галактики будет следующим этапом моделирования (рис. 4).

C:\Documents and Settings\ous\k\Статьи_все\Статьи_часть_01_310118\Рис_Солнеч_система_04.jpg

Рис. 4. Схема расположения Солнечной системы в нашей Галактике — Млечный путь

 

В работе представлено исследование объекта — Солнечная система с помощью натурных и компьютерных моделей. В настоящее время развитие космологии зависит от развития космических технологий, которые достаточно сложны для использования в учебном процессе, но модели позволяют представить объекты и процессы Солнечной системы в наглядной форме [5].

 

Литература:

 

  1. Schmidt O.Ju. A Theory of Earth's Origin. Moscow. 1958.
  2. Hawking S. The Universe in a Nutshell, Published by Bantam Dell Publ. Group. — 2007. — P. 464.
  3. Семенов О. Ю. Астрофизические тайны чёрных и белых дыр / Вучкович В. В., Ионов А. Э., Шааб М. Н., Чеботников А. А., Семенов О. Ю. // Юный учёный. — 2016. — № 2 (5). — С. 87–93.
  4.                Семенов О. Ю. Успехи небесной механики / Тесситоре А. Ф., Семенов О. Ю. // Юный учёный. — 2016. — № 1. — С. 28–32.
  5.                Семенов О. Ю. Дидактика астрономии в общеобразовательных учебных заведениях / Гуманитарные науки в XXI веке 2014. — № XXIII. — С. 81–84.

Ключевые слова: космология, звезда, планета, Солнечная система, моделирование, макет, аккреция, чёрная дыра, галактика, туманность, Вселенная.

Аннотация: Статья посвящена вопросам происхождения Солнечной системы. Рассмотрены гипотезы возникновения планетарных систем около звёзд в галактиках. Предложены модели визуализации Солнечной системы с помощью макетов и компьютерных программ.

Социальные комментарии Cackle