Σύμπαν - Ηλιακό σύστημα Ήλιος

Transcript

1 11 ο ΓΕΛ Πὰτρας Σχ. Ὲτος Τμὴμα Α 5 Σύμπαν - Ηλιακό σύστημα Ήλιος 1. Κριτήρια επιλογής θέματος Παρουσιάζει διαχρονικό ενδιαφέρον Για να ενημερωθούμε και να ενημερώσουμε για το τι συμβαίνει έξω από τον πλανήτη Γη Για την επίλυση των αποριών μας όσον αφορά την δημιουργία του σύμπαντος Για τις θεωρίες που αναφέρονται στην μελλοντική εξέλιξη του ηλιακού μας συστήματος 2. Παρουσίαση του θέματος Ως σύμπαν εννοούμε το σύνολο όλης της ύπαρξης, του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος. Σύμφωνα με την επιστήμη το σύμπαν αφορά το χωροχρονικό συνεχές στο οποίο περιλαμβάνεται το σύνολο της ύλης και της ενέργειας. Το σύμπαν υποστηρίζεται ότι δεν είναι ούτε «άμορφο» ούτε «άπειρο», αλλά έχει πέρατα. Απόψεις της τελευταίας πεντηκονταετίας συγκλίνουν σε αυτήν την άποψη, ότι δηλαδή το σύμπαν είναι περιορισμένο, «περατό». Αυτή ήταν θέση και του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Αφορά την τωρινή κατάσταση της ύλης και της ενέργειάς του. Η εικόνα της παρατήρησης αστέρων, γαλαξιών κλπ. είναι ψευδής σε ότι αφορά το παρόν και δεν αποτελεί κατ' ανάγκη τη μορφή που έχει το σύμπαν σήμερα, καθώς ένας αστέρας πχ. μπορεί να έχει πάψει να υπάρχει και να μην το γνωρίζουμε ακόμα γιατί δεν έχει ταξιδέψει ως εμάς η πληροφορία αυτή μέσω του φωτός. Ο Ήλιος είναι ο αστέρας του ηλιακού μας συστήματος και το λαμπρότερο σώμα του ουρανού. Είναι σχεδόν μια τέλεια σφαίρα με διάμετρο 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα (109 φορές περισσότερο από τη Γη), και η μάζα του αποτελεί το 99.86% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Η φωτεινότητά του είναι τέτοια, ώστε κατά την διάρκεια της ημέρας να μην επιτρέπει, λόγω της έντονης διάχυσης του φωτός, σε άλλα ουράνια σώματα να εμφανίζονται (με εξαίρεση τη Σελήνη και σπανιότερα την Αφροδίτη). Ο Ήλιος είναι το κοντινότερο στη Γη άστρο, σε απόσταση 149,6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. 3. Σκοπός της έρευνας Ο σκοπός της έρευνας είναι η απόκτηση γνώσεων επιστημονικού περιεχομένου και η καλλιέργεια ομαδικού πνεύματος μεταξύ των μελών της ομάδας. Επιπλέον, ή συγκεκριμένη έρευνα μας βοηθάει να δώσουμε απαντήσεις στα ερωτήματα μας. Μέσω αυτής μας δίνεται η δυνατότητα να πληροφορήσουμε τους γύρω μας για την πολυπλοκότητα και την τελειότητα του σύμπαντος. 4. Εισαγωγή στο θέμα Ιστορική αναδρομή Όλη η ύλη που υπάρχει σήμερα ήταν κάποτε συμπιεσμένη σε ένα απείρως πυκνό, απείρως μικρό, πολύ ζεστό σημείο ως μοναδικότητα, δηλαδή σημείο στρέβλωσης της μάζας από τον χωροχρόνο, σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν. Αυτό στη συνέχεια εξερράγη και προκάλεσε το πρώιμο σύμπαν. Το πρώιμο σύμπαν ήταν απίστευτο, μια πυκνή αρχέγονη μάζα από στοιχειώδη σωματίδια, που συγκρούονταν συνεχώς μεταξύ τους σε καταπληκτικά μεγάλες ενέργειες, ένα

2 εκτυφλωτικό θέαμα εκρήξεων. Η μεγαλύτερη έκρηξη απ' όλες ήταν η έκρηξη (Big Bang) η οποία συνέβη περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν με αποτέλεσμα την δημιουργία του. Θεωρίες εκτιμούν ότι το σχήμα του Σύμπαντος είναι, το πιθανότερο, υπερσφαιρικό. Μια υπερσφαίρα (η οποία ορίζεται σε 4 διαστάσεις) μπορεί να νοηθεί αφαιρετικά ως μια σφαίρα τριών διαστάσεων της οποίας η ακτίνα συνεχώς μεταβάλλεται, μοιάζοντας με μπαλόνι που διαστέλλεται. Ανάπτυξη του θέματος Όλα τα ουράνια σώματα του Σύμπαντος ανήκουν σε δύο συστήματα Το Ηλιακό σύστημα στο οποίο περιλαμβάνονται ο Ήλιος, οι Πλανήτες, οι δορυφόροι τους, οι Κομήτες, οι διάττοντες αστέρες, οι αερόλιθοι και οι βολίδες. Η γη, είναι μία μονάδα μέσα στο ηλιακό μας σύστημα, το οποίο αποτελείται από τον ήλιο, τους πλανήτες μαζί με τους δορυφόρους τους, τους κομήτες, τα αστεροειδή και τους μετεωρίτες. Ο ήλιος όμως είναι μόνο ένας αστέρας μέσα στο γαλαξία μας που πιθανότατα αποτελείται από περισσότερους από αστέρες. Και το Σύστημα των απλανών που περιλαμβάνει τους αστέρες και τα νεφελώματα. Τα νεφελώματα αυτά είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένα στο διάστημα και, όπως έδειξε η φασματοσκοπική ανάλυση του φωτός, ταξιδεύουν μέσα στο διαγαλαξιακό διάστημα απομακρυνόμενα με ταχύτητες ανάλογες προς τις αποστάσεις τους με αποτέλεσμα ένα επεκτεινόμενο σύμπαν. Το πλησιέστερο νεφέλωμα σε μας είναι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας σε απόσταση περίπου 2,3 εκατομμύρια έτη φωτός. Η σημερινή μορφή του σύμπαντος Έκταση Επειδή οι αποστάσεις μεταξύ των ουρανίων σωμάτων είναι πάρα πολύ μεγάλες, θεωρήθηκε αναγκαίο στην Αστρονομία να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη μονάδα μήκους, που ονομάζεται έτος φωτός. Το έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως, με τη γνωστή ταχύτητά του [σχεδόν km/s] σε χρονική διάρκεια ενός έτους. Tο έτος φωτός ισούται με περίπου 9,5 τρις χλμ. Παρά τη μεγάλη ισχύ των σημερινών τηλεσκοπίων το πέρας του Σύμπαντος δεν είναι καν αντιληπτό. Από το Αστεροσκοπείο Palomar, (ένα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου), διακρίνονται ουράνια σώματα και πέραν της απόστασης των 2 δισεκατομμυρίων ε.φ. Επίσης, από μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια είναι δυνατόν οι αστρονόμοι να διεισδύσουν στον χώρο του Σύμπαντος μέχρι των έξι δισεκατομμυρίων ε.φ. Και όμως το Σύμπαν τελικά είναι τόσο μεγάλο, που θα χρειασθεί να κατασκευασθούν πολύ ισχυρότερα τηλεσκόπια για να κατορθωθεί να γίνει αντιληπτή η έκτασή του στο σύνολό της. Η έκταση του ορατού Σύμπαντος είναι συνδεδεμένη με την ηλικία του, της οποίας η πιο ακριβής εκτίμηση αυτή τη στιγμή είναι περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη. Με βάση την ειδική σχετικότητα, η ακτίνα του εκτιμάται στα 13,7-14 δισεκατομμύρια ε.φ., δηλαδή η απόσταση που μπορεί να έχει διανύσει το φως στο προηγούμενο χρονικό διάστημα από την εποχή του Big Bang. Όμως με βάση τη γενική σχετικότητα, λόγω της διαστολής του χώρου, η ακτίνα του ορατού Σύμπαντος εκτιμάται τρεις φορές μεγαλύτερη, στα 46 δισεκατομμύρια ε.φ.! Υποθέτοντας ότι το Σύμπαν είναι σχεδόν επίπεδο ως προς την καμπυλότητά του, ο όγκος του υπολογίζεται σε κ.μ. Η διάμετρος ενός μεσαίου μεγέθους γαλαξία είναι της τάξης των ε.φ. και η μέση απόσταση μεταξύ δύο μεγάλων γαλαξιών είναι της τάξης των 2 εκατομμύριων ε.φ.

3 Περιεχόμενο Το ορατό Σύμπαν περιέχει περίπου 3 ως άστρα, τα οποία είναι οργανωμένα σε περίπου 80 δις γαλαξίες και οι οποίοι με την σειρά τους συγκροτούν σμήνη και υπερσμήνη. Η χωρική καμπυλότητα του ορατού Σύμπαντος είναι κοντά στο μηδέν, η οποία σύμφωνα με τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα δείχνει ότι η παράμετρη πυκνότητα του Σύμπαντος πρέπει να είναι κοντά σε μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή. Η τιμή αυτή έχει υπολογισθεί σε περίπου 5,9 άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο. Σύγχρονες παρατηρήσεις υπολογίζουν την ορατή ύλη στο 4,6% του περιεχομένου του ορατού Σύμπαντος, με το υπόλοιπο 23% να αποτελείται από ψυχρή σκοτεινή ύλη και περίπου 72% από σκοτεινή ενέργεια. Συνεπώς, το ορατό Σύμπαν έχει μία μέση πυκνότητα ορατής ύλης περίπου 0,27 ατόμων υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο. Ερευνητικά ερωτήματα Διαβάζοντας τα παραπάνω και μετά την ερευνητική διαδικασία που ακολουθήσαμε, μας γεννήθηκαν διάφορα ερωτήματα σχετικά με το σύμπαν. Μερικά εκ των οποίων είναι: Ποιές ήταν οι αρχικές συνθήκες που ευνόησαν τη δημιουργία του σύμπαντος αλλά και τις πρώτες στιγμές της ύπαρξης του; Τι βοήθησε τη τάχιστη διαστολή του; Θα συνεχίσει να διαστέλλεται; Μπορεί να υπάρξει άλλος κατοικήσιμος πλανήτης εκτός από τη γη; Τι είδους μορφής ζωής μπορεί να υπάρξει σε άλλους πλανήτες; Ποιό προβλέπεται να είναι το μέλλον του σύμπαντος; Πώς δημιουργήθηκε η ζωή; Πόσο διαφορετική είναι η ζωή μας από τη ζωή ενός άστρου; Θα συνεχιστεί ο θάνατος των αστέρων; Αν ναι ποιες θα είναι οι συνέπειες; 5. Παράγοντες που επηρεάζουν την έρευνά μας Κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας μας παρουσιάστηκαν παράγοντες που βοήθησαν την ολοκλήρωση της (θετικοί) και άλλοι που τη δυσχέραναν (αρνητικοί). Παρακάτω αναφέρουμε μερικούς από αυτούς: Θετικοί παράγοντες Παροχή πληθώρας πληροφοριών μέσω του διαδικτύου Γόνιμη συνεργασία μεταξύ των μελών της ομάδας Ορθή διαχείριση του χρόνου Εγκυρότητα πηγών που αξιοποιήθηκαν Προθυμία των μελών της ομάδας για την ολοκλήρωση της εργασίας Καθοδήγηση από τον καθηγητή Αρνητικοί παράγοντες Έλλειψη εμπειρίας Υψηλός βαθμός δυσκολίας του θέματος Ενδοσχολικές υποχρεώσεις που δυσχέραναν την εξέλιξη της εργασίας Μετ' εμποδίων αναγνώριση της αξιοπιστίας των πηγών

4 6. Αξιοπιστία της έρευνας Η εργασία μας είναι αξιόπιστη δεδομένου οι πηγές από τις οποίες αντλήσαμε τις πληροφορίες είναι έγκυρες. Επίσης λαμβάνοντας υπ' όψιν ότι συλλέξαμε πληροφορίες οι οποίες ήταν παρόμοιες στις περισσότερες ιστοσελίδες όπου ανατρέξαμε, πιστοποιείται η γνησιότητά τους. Ακόμα πλήθος στοιχείων προήλθαν από εγκυκλοπαίδειες επικυρωμένου υλικού. Τέλος, η εργασία μας πραγματοποιήθηκε με σύνεση και πνεύμα συλλογικότητας. 7. Διαδικασίες και δραστηριότητες που χρησιμοποιήθηκαν Παρακολούθηση ντοκιμαντέρ, βίντεο, ταινίες Άντληση πληροφοριών από συνεντεύξεις Καθοδήγηση από τον καθηγητή Συνεχής ενημέρωση μέσω των Μ.Μ.Ε. Ανάγνωση εγκυκλοπαιδειών, βιβλίων και σχετικών εντύπων 8. Ερωτηματολόγιο Για την πληρέστερη και εγκυρότερη μορφή της παρούσας εργασίας, δημιουργήθηκε ένα ερωτηματολόγιο το οποίο συμπληρώθηκε από τους μαθητές της Α Λυκείου. Οι ερωτήσεις και οι απαντήσεις παρουσιάζονται παρακάτω.

5 1 η Κατά πόσο πιστεύετε ότι υπάρχει οποιαδήποτε μορφή ζωής σε άλλους πλανήτες; πολύ 18 αρκετά 24 μέτρια 28 λίγο 23 καθόλου 6 Σχόλια Όπως προκύπτει, οι επιλογές «λίγο» και «καθόλου» συγκεντρώνουν ποσοστά περίπου 33%, που σημαίνει ότι οι μαθητές πιστεύουν πως η περίπτωση να υπάρχει κάποια μορφή ζωής σε έναν πλανήτη, εκτός από τη Γη, είναι αρκετά μικρή, θεωρώντας πιθανόν ότι μόνο στον πλανήτη μας υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες για ν αναπτυχθεί ζωή, ενώ στους άλλους δεν είναι δυνατόν να αναπτυχθεί οποιαδήποτε μορφή ζωής λόγω έλλειψης ή κακής ποιότητας ατμόσφαιρας. Επιπλέον, από τα αποτελέσματα των απαντήσεων, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι επιλογές των μαθητών άνω του μετρίου κυμαίνονται σε υψηλό επίπεδο (47,2%) θεωρώντας πιθανό ότι η απειρία των πλανητών που υπάρχουν στο σύμπαν, δίνει σοβαρές πιθανότητες σε άλλους πλανήτες να έχουν αντίστοιχες συνθήκες περιβάλλοντος με αυτές της Γης, έτσι ώστε να υπάρχει οποιαδήποτε μορφή ζωής. Συμπέρασμα Με την βοήθεια των παραπάνω, καταλήγουμε στο συμπέρασμα πως το πλήθος των μαθητών, κατέχει μια θετική στάση απέναντι στο ενδεχόμενο ύπαρξης μιας άλλης μορφής ζωής σε άλλον πλανήτη.

6 2 η Πόσο πιθανό πιστεύετε ότι είναι ο άνθρωπος να μετοικήσει τα επόμενα 50 χρόνια σε άλλον πλανήτη; πολύ 14 αρκετά 16 μέτρια 25 λίγο 22 καθόλου 12 Σχόλιο Όπως αναμενόταν, οι προτιμήσεις των μαθητών, καλύπτουν και τις πέντε επιλογές. Οι άνω του μετρίου (ποσοστό 33%), προτιμήσεις, οφείλονται στο γεγονός ότι οι μαθητές θεωρούν πως αφού τα τελευταία χρόνια η εξέλιξη της τεχνολογίας είναι ραγδαία, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να βρεθεί τρόπος έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί η μετοίκηση σε άλλον πλανήτη. Από την άλλη πλευρά όμως οι επιλογές «λίγο» και «καθόλου» (ποσοστό 34%) προτιμήθηκαν επειδή θεωρούν ότι κάτι τέτοιο θα ήταν πολύ δύσκολο να υλοποιηθεί, λόγω των πολλών ανυπέρβλητων προβλημάτων που παρουσιάζονται. Τέλος υπάρχει και ένα ποσοστό (33%) που προτίμησε την επιλογή «μέτρια» πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να έχουν άποψη επειδή δεν έχουν γνώση απολύτως δικαιολογημένα για το επίπεδο της επιστήμης και της τεχνολογίας καθώς και για την εξέλιξή τους. Συμπέρασμα Το αποτέλεσμα αυτής της καταμέτρησης δηλώνει αδιαμφισβήτητα πως οι μαθητές υποστηρίζουν ότι το ενδεχόμενο να μετοικήσει ο άνθρωπος σε έναν άλλον πλανήτη είναι μεγάλο και εξαρτάται από την ανάπτυξη, εξέλιξη της τεχνολογίας.

7 3 η Κατά πόσο πιστεύετε ότι υπάρχουν άλλοι πλανήτες στο σύμπαν με τις ίδιες συνθήκες ζωής του πλανήτη μας; πολύ 11 αρκετά 16 μέτρια 16 λίγο 28 καθόλου 19 Σχόλια Όπως προκύπτει από την μελέτη του παραπάνω διαγράμματος, η πιθανότητα «λίγο» και καθόλου συγκεντρώνει το μεγαλύτερο ποσοστό (52,5%), των ερωτηθέντων. Αυτό πιθανόν να οφείλεται στο ότι το πλήθος των μαθητών θεωρεί σχεδόν αδύνατο να επαναληφθούν οι ίδιες καταστάσεις για να δημιουργηθούν παρόμοιες συνθήκες ζωής όπως της Γης σε άλλους πλανήτες. Επίσης σημαντικό να αναφερθεί είναι το γεγονός πως η πιθανότητα «πολύ» συγκεντρώνει το μικρότερο ποσοστό (10%) των μαθητών. Αυτό στηρίζεται ενδεχομένως, στο ότι σε ένα υπερβολικά μεγάλο αριθμό πλανητών που υπάρχουν στο Σύμπαν θα ήταν μαθηματικά απίθανο να μην υπάρχουν πλανήτες με ίδιες ή παραπλήσιες συνθήκες ώστε ν αναπτυχθεί ζωή. Συμπέρασμα Παρατηρώντας τις απαντήσεις κυριαρχούν οι επιλογές «λίγο» και «καθόλου» αποδεικνύοντας ότι οι περισσότεροι δεν πιστεύουν ότι υπάρχουν πλανήτες με τις ίδιες συνθήκες για ανάπτυξη ζωής

8 10. Επίλογος-Συμπεράσματα Η δημιουργία του σύμπαντος οφείλεται στην έκρηξη του Big Bang. Έτσι απέκτησε μορφή απροσδιόριστου σχήματος και απέραντου μεγέθους. Το αποτέλεσμα της έκρηξης ήταν η γένεση ουράνιων σωμάτων τα οποία αποτελούν ακόμα και σήμερα τα ηλιακά συστήματα και το σύστημα των απλανών. Πλήθος ηλιακών συστημάτων συγκροτούν κάθε γαλαξία που βρίσκονται διάσπαρτοι στο σύμπαν. Κάθε ηλιακό σύστημα περιλαμβάνει κυρίως τον ήλιο και τους πλανήτες που περιστρέφονται γύρω του. Σύμφωνα με έρευνες, αυτή η μορφή επικρατεί και στις μέρες μας. Επιπλέον με την βοήθεια της τεχνολογίας έχουμε την δυνατότητα όχι μόνο να γνωρίζουμε από τι αποτελείται το σύμπαν αλλά και ν αποκτήσουμε γνώσεις που να μας επιτρέπουν μελλοντικές βαθύτερες προσεγγίσεις, όπως πιθανή μετοίκηση ή ανακάλυψη οποιασδήποτε μορφής εξωγήινης ζωής, σύμφωνα με τις απόψεις συμμαθητών μας. 11. Προτάσεις για συμπληρωματική εργασία Ολοκληρώνοντας την εργασία μας σε σχέση με το σύμπαν, δημιουργούνται περαιτέρω ανάπτυξη συναφών θεμάτων. Μερικά από αυτά τα θέματα είναι ανάγκες για Μελέτη για το πως επηρεάζει ο Ήλιος τη Γη Μελέτη για το αν υπάρχει οποιαδήποτε μορφή ζωής σε άλλους πλανήτες Μελέτη για το αν υπάρχει δυνατότητα μετοίκησης του ανθρώπου σε άλλους πλανήτες Μελέτη για το πόσο εφικτό είναι να υπάρχουν πλανήτες με συνθήκες παρόμοιες με αυτές της Γης Πόσο ο ήλιος θα εξακολουθεί να εκπέμπει ενέργεια; Από πού την αντλεί; 12. α. Πηγές πληροφόρησης Διαδίκτυο Εφημερίδες, περιοδικά Εγκυκλοπαίδειες Εκπαιδευτικοί Επικοινωνία με γνώστες του αντικειμένου, μέσω Skype Συνεντεύξεις β. Βιβλιογραφία Διαδίκτυο Βιβλία σχολικά και εξωσχολικά

9 Την εργασία αυτή εκπόνησαν οι κάτωθι μαθήτριες Ζανίδη Ιωάννα Μπάρκουλα Ρεγγίνα-Ειρήνη Μπουρδανιώτη Άρτεμις Νταλακούρα Ιωάννα