Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до свръхновата звезда sn 1987A”



Дата05.02.2018
Размер76.28 Kb.
ПРАКТИЧЕСКО УПРАЖНЕНИЕ ПО АСТРОНОМИЯ

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА РАЗСТОЯНИЕТО ДО СВРЪХНОВАТА ЗВЕЗДА SN 1987A”


Диана Кюркчиева1, Веселка Радева1,2
1Шуменски Университет “Епископ Константин Преславски“

2Народна астрономическа обсерватория и планетариум - Варна


  1. Въведение

Използването на компютри и Интернет са мощни средства за


илюстриране и представяне на астрономическите обекти, процеси и явления, което води до по-задълбочено разбиране и усвояване на знанията. Освен това тези средства осигуряват достъп до огромната база данни, допълвана непрекъснато от сателитите и наземните обсерватории. Представянето на тази информация като илюстративен материал прави обучението атрактивно и актуално. Тя би могла обаче да се използва още по-ефективно за практически упражнения по астрономия, при които учащите се повтарят стъпките на астрономите-изследователи, анализирайки наблюдателните данни с цел извличане на информация за астрономическите обекти и по такъв начин стават съпричастни към последните достижения на науката.

Пионери в реализирането на тази идея са астрономи от Образователния офис на Европейската космическа агенция (ESA), които в последните години разработват практически упражнения на базата на данни и изображения на астрономически обекти, получени от космическия телескоп Хъбл и Южната Европейска Обсерватория (ESO). Тези упражнения са много подходящи за практическото обучение, поради което решихме да ги адаптираме и предоставим за използване в обучението на български студенти и ученици. Настоящата работа е първата от поредица статии, свързани с реализацията на тази цел и е посветена на упражнението “Определяне разстоянието до Свръхновата звезда SN 1987A”.

Оригиналният вариант на това упражнение [1] може да се намери на Web-адрес: http:/www.astroex.org/english/index.php

Предлаганият адаптиран вариант се различава от оригиналния по:

а) структура на цялото упражнение;

б) ясна и кратка формулировка на задачите на упражнението;

в) методически указания, съобразени с учебното съдържание по астрономия в българското училище;

г) дадената в методическите указания въвеждаща предварителна информация е компактна и разбираема;

д) разработеният от нас работен лист за изпълнението на упражнението изключително много улеснява преподавателите при реализацията му.

Адаптираният вариант на упражнението, работният лист за изпълнението му, както и подробни методически указания за провеждането му са достъпни на адреси:



http://www.geocisties.com/astroexercisesbg/exercise1/urok1.htm и

http://astro.shu-bg.net/prakticheski%20upragnenia/exercise1.doc .

Дидактическите цели на упражнението са следните: Учениците: 1. Да усвоят нови знания за Свръхновата звезда SN1987A; 2. Да усвоят съвременен метод за определяне на разстояния до астрономически обект; 3. Да развият умения да прилагат знанията си по физика и математика при решаване на задачите 1-5; 4. Да развият умения за работа с изображения, получени от космическия телескоп Хъбл.


II. Цел и задачи на упражнението

Цел: Определяне разстоянието до Свръхновата звезда SN 1987A по изображение от космическия телескоп Хъбл

Задачи за изпълнение:

Задача 1: Да се определи мащаба на изображението к (дъгови секунди/мм) на Фиг. 1 като се измерят линейните разстояния между звездите 1, 2 и 3 и се използват известните от наблюденията ъглови разстояния между тях: 3 дъгови секунди между звезди 1 и 2; 1.4 дъгови секунди между звезди 1 и 3; 4.3 дъгови секунди между звезди 3 и 2.





Фиг. 1. Изображение на областта около SN 1987A, получено от Хъбл

през февруари 1994 г.

Задача 2: Използвайки получената стойност за к определете ъгловия диаметър d на вътрешния пръстен на SN 1987A (Фиг. 1).

За целта измерете голямата ос на проекционната му елипса върху изображението в мм и превърнете резултата в ъглови единици.

Задача 3: Определете наклона i на вътрешния пръстен на SN 1987A спрямо видимата равнина.

За целта измерете голямата и малката ос на проекционната му елипса и изчислете наклона на базата на геометрични съображения.


Задача 4: Определете линейния диаметър D на вътрешния пръстен.


За целта: а) изчислете разликата в разстоянията на най-близката и най-далечната точка на пръстена до Земята; б) определете от Фиг. 2 времевия интервал t за достигане на максимума на блясъка на пръстена, който представлява разлика в моментите на достигане на светлината от най-далечната и най-близката точка на пръстена до наблюдателя.

Фиг.2. Наблюдателна крива на блясъка на вътрешния пръстен


Забележка: При изчислението използвайте приближението, че радиус-векторите на най-близката и най-далечната точка на пръстена до Земята са успоредни, което е вярно тъй като диаметърът на пръстена е много по-малък от разстоянието му до Земята.

Задача 5: Изчислете разстоянието r на SN 1987A до Земята

За целта използвайте получените стойности за ъгловия размер d на пръстена и линейния му размер D.



Метод, използван при изпълнение на задачите: Анализ на геометрията и наблюдаваните явления на вътрешния пръстен на SN 1987A.
III. Методически указания

Необходими материали: работен лист, съдържащ фигури 1-2, текста на задачите и форма за записване на резултатите, калкулатор

Времетраене: 2 учебни часа

Теоретични бележки:

а) явлението избухване на Свръхнова звезда [2];

б) абревиатура на имената на Свръхновите;

в) Свръхновата SN 1987A (тип SNII, но се оказва, че избухва син, а не червен свръхгигант, както се очаква при SNII; местоположение - в галактиката Голям Магеланов Облак; първата Свръхнова, видима с невъоръжено око от 400 години насам; външната и обвивка изхвърлена със скорост 0.1с; първата Свръхнова, за която има крива на блясъка за цялото избухване; първата Свръхнова, от която е регистриран неутринен поток, предхождащ с няколко часа увеличението на блясъка в оптичния диапазон; първата Свръхнова, за която наблюдателно е потвърден процеса на радиоактивен разпад след максимума на избухването)

г) изображението (Фиг. 1), получено от Хъбл 7 години след избухването на 23.02.1987 г., показва 3 кръгли мъглявини около SN 1987A - вътрешен и два външни пръстена

- вътрешен пръстен (достатъчно далеч от SN 1987A, за да е изхвърлен при експлозията; вероятно резултат от звездния вятър на умиращата звезда преди експлозията; започва да свети, когато у.в. излъчване от SN 1987A достигне до него; изглежда сплеснат поради това, че е наклонен към видимата равнина на наблюдателя [3])



  • външни пръстени (лежат в успоредни равнини на вътрешния

пръстен; предполага се, че са резултат от изхвърляне на газ от родителската звезда преди около 20000 години; правилната им кръгла форма е необяснима, тъй като е логично да се приеме, че звездата изхвърля външните си слоеве изотропно; предполага се присъствие на

компактен обект (неутронна звезда или черна дупка) около избухналия свръхгигант, чието излъчване е концентрирано в тесни диаметрално противоположни конуси, осветяващи и “рисуващи” тези пръстени).

д) От наблюденията е установено, че различните части на вътрешния пръстен започват да светят последователно (Фиг.3), докато накрая се освети целия пръстен, което може да се обясни по следния начин. Пръстенът е кръг, чиито център съвпада с този на Свръхновата и излъчването от нея достига до всички негови части едновременно. Ако той беше във видимата равнина на наблюдателя, бихме регистрирали, че целият пръстен започва да свети едновременно. Но поради това, че пръстенът е наклонен към видимата равнина (за което свидетелства елиптичната му форма), до нас достига първо светлината от най-близките му части и постепенно от по-отдалечените (поради различното разстояние до тях и крайната скорост на разпространение на светлината). Тъй като газът на пръстена продължава да свети докато излъчването на централната звезда преминава през него и след това светенето бавно отслабва, то общият блясък от пръстена достига максимум в момента, когато става видим целият му контур. От наблюденията е известна кривата на блясъка на пръстена (Фиг. 2), по която може да се определи времевия интервал за достигане на максимален блясък. Това позволява да се изчисли разликата между разстоянията на най-далечната и най-близката точка от пръстена до Земята (в линейни единици), а оттам на базата на измерения ъглов размер на пръстена да се определи растоянието до него [4,5].


Фиг.3. Постепенно осветяване на вътрешния пръстен на SN 1987A


Предложените 5 задачи и тяхната последователност по същество се явяват етапи в структурата на дейността на учениците, изпълняващи упражнението. Към всяка от задачите учителят дава кратки указания и пояснения за тяхното изпълнение.


При затруднение в изпълнението на Задача 3 за определяне на наклона на пръстена, преподавателят може да начертае на дъската Фиг. 4, на която точките А и В са съответно най-близката и най-отдалечената точка от пръстена, а разстоянието AB между проекциите им върху видимата равнина представлява малката ос на проекционната елипса на пръстена от Фиг.1. Тогава наклонът i се изчислява от формулата cosi= AB / AB , където AB е измерената голяма ос на проекционната елипса на пръстена от Фиг.1.
Фиг. 4.
Фигура 4 може да се използва и за допълнителни разяснения при решаването на Задача 4, като се обясни, че светлината от т. В изминава по-дълго разстояние до наблюдателя от тази на т. А и закъснението е точно равно на времевия интервал за достигане на максимума на блясъка на пръстена (Фиг. 2).

След изпълнение на задачите в края на упражнението преподавателят следва да направи заключението, че определянето на разстоянието до SN 1987А, която се намира в Големия Магеланов облак, означава определяне на разстоянието до тази близка галактика. Ако това разстояние бъде точно определено, това ще доведе до уточняване на разстоянията до по-далечните галактики, а оттам и до уточняване на параметрите и модела на Вселената, което е един от най-съществените проблеми за астрономията.



IV. Заключение

Упражнението е провеждано със студенти от специалностите на Шуменския университет, които изучават дисциплината астрономия. Те го посрещат с интерес и повечето от тях го изпълняват без особени затруднения. Тъй като това практическо упражнение изисква познания по физика и математика само от средния курс считаме, че то може да се изпълни и от ученици в извънкласни форми на обучение.

Литература





  1. Olеsen A., Christensen L., Brauer J., Bacher A., The ESA/ESO astronomy exercise series, Exercise 1 (Preprint)

  2. Попов Хр., Лалов Ив., Матеев М., Голев В., Иванов Др., Физика и астрономия за 12. клас, София, Просвета, 2002

  3. Gould A., Astrophysical Journal. v. 425, p. 51 (1994) ),”The ring around supernova 1987A revisited. 1 Ellipticity of the ring”

  4. Panagia N., Gilmozzi R., Macchetto F., Adorf H., Kirshner R., Astrophysical Journal. v. 380, p.L23 (1991),”Properties of the 1987A circumstellar ring and the distance to the Large Magellanic Cloud”

  5. Jakobsen P. et al., Astrophysical Journal. v. 369, p.L63 (1991), “First results from the Faint Object Camera – SN 1987A”





Каталог: prakticheski%20uprajnenia
prakticheski%20uprajnenia -> Определяне на разстоянието до Свръхновата звезда sn 1987А
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение “Определяне на разстоянието до галактиката М100 по метода на фотометричните паралакси”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до сферичния звезден куп м 12
prakticheski%20uprajnenia -> “определяне на разстоянието до планетарната мъглявина котешко око”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия “определяне на разстоянието до галактиката м100 по метода на фотометричните паралакси”
prakticheski%20uprajnenia -> Практическо упражнение по астрономия определяне на разстоянието до


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница