Эволюция звезд - раздел Информатика, Рабочая учебная программа
Все Небесные Тела Можно Разбить На Две Группы: 1) Испускаю...
Все небесные тела можно разбить на две группы: 1) испускающие энергию – звезды и 2) не испускающие энергию – планеты, кометы, метеориты, космическая пыль.
Звезды – это гигантские раскаленные, самосветящиеся шары. По своим характеристикам звезды очень многообразны.
В числе первых характеристик звезды следует указать на ее звездную величину. Уже во II в. до н. э. александрийский астроном Гиппарх составил каталог более чем из 1000 звезд. Все звезды Гиппарх разделил на шесть групп по их блеску. Звезды с наибольшим блеском он назвал звездами первой величины, звезды с несколько меньшим блеском – звездами второй величины и т.д. Чем слабее светится звезда, тем больше число, обозначающее ее звездную величину. Гиппарх считал, что звезды находятся от нас на одинаковом расстоянии и различие в их блеске зависит от размеров звезд. Но, на самом деле, звезды расположены от нас на различных расстояниях. Поэтому звезда, имеющая большие размеры, но находящаяся на огромном расстоянии может иметь звездную величину больше, чем звезда, имеющая малые размеры и находящаяся на меньшем расстоянии. Следовательно, к действительным размерам, как и светимости (см. ниже), звездная величина не имеет прямого отношения.
Светимость звезды – величина, принятая в астрономии для выражения мощности излучения звезды в сравнении с излучением Солнца. Если светимость звезды равна двум, то это означает, что она в действительности в два раза ярче Солнца, а если ее светимость 0,5, то она в два раза слабее Солнца.
Звезды различаются и по своему цвету: от голубого до красного. Установлено, что цвет звезды соответствует температуре ее поверхности. Самые горячие звезды имеют голубоватый цвет, температура их поверхности составляет десятки тысяч градусов. У белых звезд температура около 10000 К, у желтых (в том числе нашего Солнца) – 6000 К, у красных – 3000 К. В направлении к центру звезд температура растет и в центре достигает миллионов градусов. Здесь в центре звезды генерируется энергия, излучаемая звездами в результате протекания термоядерных реакций. Главную роль здесь играет превращения водорода в гелий в результате реакций протон-протонного и углеродно-азотного циклов.
Как и светимости звезд, так и их размеры весьма разнообразны. Существуют звезды гиганты и сверхгиганты, радиусы которых в тысячи и десятки тысяч раз превосходят радиус Солнца. Радиусы звезд карликов в десятки и сотни тысяч раз меньше солнечного, а у нейтронных звезд – в сотни тысяч раз.
Меньший разброс наблюдается в массах звезд. Так две наиболее массивные звезды, образующие двойную систему, звезда Пласкетта, имеют каждая в 50 раз большую массу, чем масса Солнца, а наименьшую массу имеет спутник звезды e – Эридана (0,006 массы Солнца).
Звезды различаются друг от друга и по своему спектру. В настоящее время принята Гарвардская классификация звезд по их спектрам. При этом звезды классифицируют по их принадлежности к одному из классов спектральной последовательности: O, B, A, F, G, K, M. На основе спектрального анализа удается исследовать химический состав звезд. У большинства звезд химический состав оказывается примерно одинаковым. В основном это водород и гелий. Доля других химических элементов очень мала.
В 1905–1918 годах Э. Герцшпрунгом (Дания) и Г.Н. Ресселом (США) была установлена связь между спектральными классами и светимостями звезд (диаграмма Герцшпрунга–Рессела). На этой диаграмме по оси абсцисс откладываются спектральные классы звезд, по оси ординат – светимости звезд. Большинство звезд из окрестности Солнца на диаграмме образуют главную последовательность в виде узкой полосы, протянувшейся от левого верхнего угла диаграммы вправо вниз.
Рассмотрим основные этапы эволюции звезд. Процесс формирования звезд типа Солнца можно описать следующим образом: первичное газопылевое облако, из которого формируется звезда, имеет начальную температуру 50 К, плотность – 10-20 г/см3 и прозрачно для излучения. В процессе сжатия облака происходит быстрое увеличение плотности и температуры в его центральной области, и образуется ядро протозвезды. Постепенно масса ядра в нем увеличивается и через 20000 лет от начала сжатия температура превышает 106 К. При этом в ядре начинается процесс «выгорания» дейтерия и превращения его в гелий. После «выгорания» дейтерия во внешних слоях ядра звезды начинается медленный процесс ее гравитационного сжатия. Температура звезды практически остается неизменной, а ее радиус уменьшается. Процесс длится около 9 млн. лет. Далее происходит горение изотопов лития, бериллия, бора, температура достигает порядка 14 · 106 К и начинаются реакции превращения водорода в гелий. Перестройка звезды продолжается примерно 40 млн. лет и только потом она выходит на главную последовательность.
В 1942 году М. Шенберг и С. Чандрасекар (США) показали, что на главной последовательности звезда находится до тех пор, пока в центре звезды не образуется гелиевое ядро с массой примерно 10–20% от общей массы звезды. Для Солнца время пребывания на главной последовательности составляет около десяти миллиардов лет, а для звезды с массой в десять раз больше – 10 млн. лет.
Дальнейшая эволюция звезды существенно зависит от ее массы. Так если масса звезды составляет 1 – 1,5 массы Солнца, то при достижении предела Шенберга–Чандрасекара (времени пребывания на главной последовательности) ядро звезды за время меньше миллиона лет сжимается, а оболочка звезды расширяется. Звезда превращается в красного гиганта. Затем на протяжении нескольких десятков тысяч лет оболочка ядра (планетарная туманность) плавно расширяется. На месте звезды (ядра) остается белый карлик. Белые карлики имеют массу приблизительно равную массе Солнца, а размеры, равные примерно размерам Земли.
Если масса звезды составляет 1,5…10 масс Солнца, то конечным этапом ее эволюции будет превращение в нейтронную звезду. Вещество звезды состоит в основном из нейтронов. Остальные элементарные частицы представляют собой просто примеси в пренебрежимо малых количествах. Радиусы нейтронных звезд составляют порядка 10 км, а плотность вещества звезды достигает миллиарда тонн в кубическом сантиметре.
В том случае, если масса звезды существенно превышает массу Солнца (больше чем в 10 раз), ее завершающем этапом эволюции будет превращение в черную дыру. В этом случае при сжатии звезды (с сохранением ее массы) радиус звезды уменьшается, а сила тяготения быстро увеличивается. Из ОТО А. Эйнштейна следует, что сила гравитационного притяжения становится бесконечно большой еще до того, как радиус звезды уменьшится до нуля (гравитационный радиус). Границей черной дыры является сфера с гравитационным радиусом (горизонт). Для того чтобы преодолеть силу гравитационного притяжения и оторваться от черной дыры, надо развить скорость, превосходящую скорость света. Поэтому черная дыра ничего не выпускает наружу, при этом втягивает в себя окружающее вещество, увеличивая свои размеры. В настоящее время ведется активный поиск черных дыр во Вселенной. Видимо наиболее продуктивным является поиск черных дыр в двойных звездных системах по обнаружению рентгеновского излучения, которое должно возникать при падении газа из атмосферы звезды на поверхность черной дыры.
Все темы данного раздела:
Базина Инна Викторовна
Концепции современного естествознания: рабочая учебная программа. – М.: МГУТУ, 2011. – с.
Рабочая учебная программа дисциплины «Концепции современного есте
Цели и задачи дисциплины.
Учебная дисциплины «Концепции современного естествознания» - дисциплина по выбору математического и естественного цикла государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 080200
Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен приобрести знания, умения владения и профессиональные компетенции.
Знать:
· основные этапы развития естествознания
Учебно-образовательные модули дисциплины, их трудоемкость и рекомендуемые виды учебной работы
В таблице 2 дано наименование тем и рекомендованные виды учебной работы, которые в вузовской рабочей программе детализируются в зависимости от используемых технологий обучения. Трудоемкость модулей
Дидактически минимум учебно-образовательных модулей дисциплины.
Таблица 3. Обязательный дидактический минимум содержания дисциплины и её учебно-образовательных модулей.
№
п/п
Наименование модуля и темы дисциплин
Лабораторные работы
Лабораторный практикум является формой аудиторной работы в малых группах. Основная цель лабораторного практикума это приобретение инструментальных компетенций и практических навыков в области «Конц
Цели самостоятельной работы
Формирование способностей к самостоятельному познанию и обучению, поиску литературы, общению, оформлению и представлению полученных результатов, их анализу, умению принять решение, аргументированно
Дополнительная
1. Дмитриева В.Ф., Михайлов М.А., Икренникова Ю.Б. Концепции современного естествознания. УМП.-М.:МГУТУ, 2011.
2. Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б, Самсонов Г.А. Концепции совр
Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Для проведения лабораторных занятий используются специализированные лаборатории, приборы и оборудование, учебный класс для самостоятельной работы по дисциплине, оснащенный компьютерной техникой, не
Контроль знаний по дисциплине
По дисциплине «Концепции современного естествознания» проводится контроль знаний студентов: входной, текущий, рубежный и промежуточная аттестация – экзамен.
Входной контроль предназ
Оценка учебной деятельности
1. Общее количество баллов за виды учебной деятельности студента, предусмотренные основной программой освоения дисциплины, должно составлять не более 60 баллов ( зачетный балл). Так как по дисципли
Тематический план лабораторных занятий
№ п/п
Наименование
темы
Количество часов по формам обучения
Полная
Сокращенная
очн
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование
nемы
Компетенции, формируемые на занятиях
А
Б
В
Г
Изучение корпускулярно-волнового дуализма материи
Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не толь
Лабораторная работа №1А
Определение длины волны при помощи дифракционной решетки
1.Дифракция света
Развитие оптики вплоть до начала XX века базировалось в основном, на представлении
Дифракционная решетка
Для получения ярких дифракционных спектров применяются дифракционные решетки. Дифракционная решетка представляет собою совокупность большого числа узких параллельных щелей одинаковой ширины, распол
Определение постоянной дифракционной решетки
В первой части работы определяют постоянную дифракционной решетки по известной длине волны света, получаемого от монохроматического источника света,
Постоянную дифракционной решетки С опре
Определение длины волны одной из линий спектра белого света.
Во второй части работы определяют длину волны одной из линий спектра белого света. Спектр создается с помощью дифракционной решетки. Используют значение постоянной решетки С, полученное в первой ча
Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы
В работе применяется селеновый фотоэлемент.
Устанавливают фотоэлемент
Дисперсия света
Основным понятием геометрической оптики является понятие светового луча. Законы, определяющие направления световых лучей – закон прямолинейного распространения в однородной среде, законы отражения
Постоянная Планка
Свет представляет собой форму лучистой энергии, которая распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. В 1900 году ученый Макс Планк – один из основоположников квантовой механики – п
Работа может выполняться как на лабораторной установке, так и на компьютере.
3. Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы.
Для исследования видимой части спектра применяют спектроскопы. Спектроскопом называется прибор, служащи
Описание виртуальной установки и порядок выполнения работы.
Лабораторная работа является электронной моделью соответствующей лабораторной установки на кафедре физики МГУТУ.
Меню лабораторной работы содержит методические указания и виртуальную модел
Исследование влияния радиоактивного излучения на живые организмы
Когда в 1896 году А. Беккерель впервые обнаружил наличие ионизирующих излучений у соединений урана, никто не предполагал, что они настолько опасны. Только через полстолетия, после взрывов первых ат
Радиоактивность.
Радиоактивностью называется процесс самопроизвольного превращения неустойчивых элементов в устойчивые, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучением энергии.
a - излучени
Скорость химических реакций и факторы ее обуславливающие
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как например, коррозия железа или брожение виноградного сока, в р
Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ
Необходимым условием того, чтобы между частицами исходных веществ произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом, поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударе
Влияние температуры на скорость реакции
С ростом температуры возрастает энергия сталкивающихся частиц и повышается вероятность того, что при столкновении произойдет химическое превращение, поэтому скорость реакции должна увеличиваться. Д
Влияние катализаторов
Наиболее сильное влияние на скорость реакции оказывает присутствие в реагирующей системе катализатора – вещества, которое повышает (а иногда и уменьшает – тогда его называют ингибитором) ско
Порядок выполнения работы
При взаимодействии раствора тиосульфата натрия Na2S2O3 и серной кислоты выпадает сера, вызывающая при достижении определенной концентрации помутнение раствора:
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование темы
Компетенции, формируемые на занятиях
A
Б
В
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА
Творческая работа студентов по написанию реферата состоит из нескольких этапов:
1. Выбор темы исследования, подбор и изучение литературы по теме.
2. Составление плана и определени
Методологические основы научного познания
1.1 . Структура научного знания.
1.2 . Критерии научного знания.
1.3 . Уровни и методы научного познания.
1.4 . Общенаучные подходы.
Наука – это
Естествознание в системе научного знания. Предмет, цели и история естествознания
2.1. Предмет и иерархическая структура естествознания.
2.2. Этапы и история развития естествознания.
2.3. Основные черты современного естествознания.
&nbs
Современные концепции физической картины мира
3.1. Соотношение динамических и статистических законов.
3.2. Принципы современной физики.
3.3. Структурные уровни материи.
3.4. Виды физического взаимодей
Современные космологические концепции. Антропный принцип
4.1. Происхождение Вселенной. Концепция Большого взрыва.
4.2. Возникновение и структура Солнечной системы.
4.3. Антропный принцип в современной науке.
&nb
Концепции современной химии
5.1. Специфика химии как науки
5.2. Четыре уровня химического знания.
Одной из важнейших естественных наук является химия – наука, изучающая превращения веществ, с
Возникновение жизни на Земле и ее разнообразие
6.1. Структурные уровни организации жизни.
6.2. Основные концепции происхождения жизни на Земле.
6.3. Появление жизни на Земле.
Уровни орг
Факторы и движущие силы эволюционного процесса
7.1. Теория эволюции Ч. Дарвина.
7.2. Механизмы и законы эволюции.
7.3. Синтетическая теория эволюции.
Понятие эволюции – процесса длитель
Синергетика и естествознание XXI века
Основоположники синергетики рассматривают ее как новое междисциплинарное направление исследований, как учение о сложноорганизованных системах. Г. Хакен подчеркивает, что все основные ее понятия «от
Тест №2
Этот тест предназначен для текущего контроля знаний студентов по следующим темам: «Концепции современной химии»; «Фундаментальные свойства живой материи»; «Возникновение жизни и эволюция ее форм».
Матрица формирования компетенций
№ п/п
Наименование темы
Компетенции, формируемые на занятиях
A
Б
В
ДО НАЧАЛА 20 ВЕКА
1.1. Истоки науки: мифология, религия,
античная натурфилософия
В период зарождения человеч
Медицина в эпоху античности
Основателем научной медицины принято считать Гиппократа (около 460 – около 370 гг. до н.э.), который основал Косскую (по названию острова Кос) медицинскую школу. Основные его работы – трактаты: «О
Культура. Агон
Важнейшей характеристикой греческой культуры является ее состязательность – агональность (агон – состязательность, «игра»). М.И.Козьякова в книге «История. Культура. Повседневная Западная Европа: о
Развитие взглядов на строение Вселенной
Зарождение астрономии. Астрономия, пожалуй, является самой древней наукой. Зачатки астрономических знаний уходят в далекое прошлое: древний Египет, Вавилон, Индия, Китай и др. Одна
Наука в эпоху Средневековья
Западная средневековая наука и философия представляют собой длительный отрезок времени (примерно с I–V вв. по XV в.), когда они в большей мере основывались на христианской религии, которая возникае
Наука в эпоху Возрождения. И. Ньютон
В эпоху Возрождения – переходный период от средневековья к новому времени (XIV–XVII вв.) – на передний план выдвигается исследование природы, опыт, экспериментальный метод. Видное место завоевывает
СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Фундаментальные физические взаимодействия
Под взаимодействием понимается развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.
Все силы и
Принцип относительности
В классической механике Ньютона постулируется абсолютность пространства и времени, т.е. считается, что свойства пространства и времени не зависят от материи и ее движения; пространст
Электромагнитная концепция
Электродинамика – наука, о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрическими заряда
Концепция относительности пространства и времени. Постулаты теории относительности
После построения классической электродинамики Максвелла возникает естественный вопрос о ее соответствии с принципом относительности и выводами классической механики. Сразу заметим,
Корпускулярно-волновой дуализм вещества
Представление об атомах как мельчайших неделимых частицах вещества возникло во времена античности. Но в средние века идея атомизма не получает признания и только к началу XVIII века
Закон сохранения и превращения энергии
Открытие закона сохранения и превращения энергии явилось одним из величайших достижений науки XIX века. Его открытие непосредственно связано с предыдущем развитием всех областей физики и естествозн
И неравновесная термодинамика
Классическая термодинамика XIX века занималась изучением тепловых явлений без учета молекулярного строения тел. При этом предметом ее исследований выступали закрытые системы, т.е
Симметрия в природе. Законы сохранения и их связь с симметрией пространства и времени
Слово симметрия имеет греческое происхождение и переводится как соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей.
Симметрия предполагает
СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ
Космология – это учение о Вселенной как целом, которое включает в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части Вселенной (Метагалактика). В космологии
Модель расширяющейся Вселенной
В 1922–1924 годах на основе представлений об однородной, изотропной, бесконечной Вселенной и уравнений ОТО советским математиком А. Фридманом были получены результаты, говорящие о том, что Вселенна
Модель горячей Вселенной
Для определения того, как происходило расширение Вселенной с момента начала расширения, какие процессы при этом протекали, необходимо провести расчеты при разных предположениях о расширении, о сост
Строение и происхождение галактик
Галактики представляют собой гигантские скопления звезд, связанных между собой силами гравитации. Галактики содержат от нескольких миллионов до многих сотен миллиардов звезд. Наряду
Состав и строение Солнечной системы
Солнечная система представляет собой группу небесных тел, объединенных в единую систему благодаря гравитационному взаимодействию, с центральным телом – Солнце. Кроме Солнца в состав Солне
Строение и движение Земли
Радиус Земли составляет 6,38 · 106 м., ее масса 5,98 · 1024 кг, плотность 5,5 · 103 кг/м3. Скорость обращения Земли вокруг Солнца примерн
Солнечной системы и Земли
Существует несколько различных гипотез о происхождении Солнечной системы и планеты Земля. Пожалуй, здесь следует начать с гипотезы французского естествоиспытателя Жоржа Бюффона (1707–1788). В своей
В биологии
Биология до XVIII века в основном носила описательный и систематический характер. Зоология и ботаника того времени занимались преимущественно изучением и описанием видов. При этом о
Эволюционная теория Ч. Дарвина
Основы эволюционной теории были сформулированы Ч. Дарвиным в его работе "Происхождение видов" (1859) на предшедствующего эмпирического материала и своих наблюдений в ходе
Проблема живого и неживого
Одной из самых сокровенных тайн во все века была тайна происхождения человека и всего живого на Земле. Ученые разных времен и народов высказывали всевозможные гипотезы о том, когда
Концепции возникновения жизни
Среди основных гипотез возникновения жизни на Земле можно выделить следующие:
1) Креационизм – божественное сотворение жизни;
2) Концепции многократного
Структурные уровни организации материи
Жизнь, как и неживая природа, имеет ряд уровней своей материальной организации.
Выделяют следующие уровни организации живой материи:
1) Системы доклеточного уровня
Экологическая проблема
Растения и животные существуют не сами по себе, а в тесной связи, зависимости от окружающей неживой природы (климат, рельеф, почва) и от других организмов. В изоляции жизнь растений
Карта обеспеченности студентов учебной и методической литературой
№ п/п
Автор, название, место издания, издательство, год издания учебной литературы
Кол-во экз.
Кол-во студентов, изучающих дисциплин
Модульно-рейтинговая система оценки результатов обучения
Таблица. Модульно- рейтинговая карта по дисциплине «Концепции современного естествознания»
Виды учебной работы
Максимальный балл
Зачетны
Лист регистрации изменений и дополнений
Номер
изме-нения
Номера листов
Основание для внесения изменений
Подпись
Расшифровка подписи
Дата
Новости и инфо для студентов