Величие ботанов. Невероятные экспериментальные лаборатории по изучению космоса и физики — обзор

«Физика и космос» (стр. 1 из 3)

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2» муниципального образования

«Лениногорский муниципальный район» Республики Татарстан

на тему: «Физика и космос»

ученицы 11 Б класса

II. Физика и космос

III. Астрофизические методы

IV. Астрофизические инструменты

— Ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма – излучения

V. Нейтринная астрономия

VII. Список литературы

По ходу знакомства с окру­жающей нас Вселенной возникали новые области познания. Рождались отдельные направления исследова­ний, постепенно складывавшиеся в самостоятельные научные дисципли­ны. Все они, разумеется, объединя­лись общими интересами астроно­мии, но сравнительно узкая спе­циализация внутри астрономии все больше и больше давала себя знать.

Астрофизика — та отрасль астроно­мии, которая изучает физическую природу небесных тел. А стало это возможным благодаря изобретению телескопа, который далекое сделал близким и позволил рассмотреть удивительные подробности на небе и небесных телах. Особенно бурное развитие астрофизика испытала с открытием спектрального анализа в XIX в. Стремительный рост астрофизических знаний, невиданно быстрое расширение средств иссле­дования физики космоса продол­жается и в наше время.

Мы хотели бы больше узнать о физической сфере астрономии. Данная тема актуальна особенно в этом году, так как 12 апреля 2011 года исполнилось 50 лет со дня первого полета в космос, также в последнее время профессии в области астрономии очень популярны. Данный материал может быть использован преподавателями и учениками в школах.

Цель данного реферата: изучение темы, обучение методике анализа, обобщения, осмысления информации и приобретение знаний по прочитанному курсу.

— изучение литературы, связанной с физикой и астрономией;

— сбор и обобщение материала;

— написание и оформление реферата;

— представление реферата в медиаприложении.

Ещё с древних времен бесконечно-глубокое пространство, усыпанное множеством сияющих алмазов, манило людей и притягивало их взгляды…

С тех пор как на Земле существуют люди, они всегда жаждали знать больше о небесных телах, о далеких звездных мирах, о необъятной волшебной вселенной…

Древние китайцы изучали звездное небо и составляли самые первые звездные карты… Древние египтяне наблюдали за Луной, Солнцем и звездами… Наконец человек достиг того, к чему стремился многие миллионы лет…

Астрофизика – именно та наука, которая позволила человеку сделать важнейшие открытия в самых далеких уголках вселенной. Астрофизика – раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию.

Как ясно из самого названия, астрофизика – это физика небесных тел. Космос является по существу большой физической «лабораторией», где возникают условия, часто совершенно недостижимые в земных физических лабораториях и представляющие поэтому исключительный интерес для науки.

Астрофизика обнаружила большое разнообразие в звездном мире. Звезды отличаются температурами, светимости (т.е. мощностями излучения), размерами и др. характеристиками. Классификация зрения основывается на сравнительном изучении их спектров. Между спектрами звезд и их светимости установлена определенная связь, выражающаяся диаграммой спектр — светимость. Большинство зрение размещается почти по диагонали диаграммы, образуя главную последовательность (к ней принадлежит и Солнце). Многие зрение не укладывается в главную последовательность и образует особые классы. Таковы, например, классы относительно холодных звезд, классы гигантов и сверхгигантов и т.д. Очень интересен класс белых карликов — горячих звезд сравнительно небольших размеров с очень большой плотностью (до 105 — 106 г / см 3). Наблюдается много двойных звезд, кратных звезд, а также переменных звезд разных типов. Особенно интересны новые звезды, которые внезапно вспыхивают, усиливая свое излучения в десятки тысяч раз. Астрофизика достигла больших успехов в изучении звездных атмосфер, в частности атмосферы Солнца. В нижней части солнечной атмосферы — фотосфере возникает излучение с непрерывным спектром. В расположенном над ней преобразующем слое происходят сложные процессы, под влиянием которых в спектре Солнца возникают темные линии поглощения — Фраунгофера линии. Еще выше находится хромосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы — солнечная корона — очень обширным образованием, во время полных солнечных затмений наблюдается в виде серебристого сияния. Различные свойства солнечной короны, которые долгое время казались загадочными, объясняются ее высокой кинетической температурой, достигающей миллионов градусов. Процессы в атмосфере Солнца влияют на геофизические явления.

Внутреннее строение Солнца и зрение можно вычислить теоретически, на основании законов механики и физики. Расчеты показывают, что температура, плотность и давление звездного вещества с приближением к центру звезды растут. Источником энергии большинства звезд главной последовательности, очевидно, термоядерные реакции, которые сопровождаются превращением водорода в гелий.

Читать еще:  Национальный парк озеро Туркана, Кения - обзор

Большой интерес представляют нестационарные звезды, в которых относительно быстро происходят изменения физических свойств. Изучение этих зрение является основой решения проблемы звездной эволюции. Значительно развилась физика газовых туманностей, особенно планетарных. Их свечение вызывается флуоресценцией под воздействием излучения горячих звезд.

Важных результатов достигла астрофизика в изучении планет. В частности, исследования поверхности Марса позволили приблизиться к решению вопроса о жизни на этой планете. Астрофизика успешно изучает физические особенности комет. Исследование метеоров составляет не только астрофизический, но и геофизический интерес, так как оно связано с проблемой верхних слоев атмосферы.

В развитие астрофизики большой вклад внесли советские ученые. Имена Ф. А. Бредихина, А. А. Белопольского, Г. А. Тихова, В. Г. Фесенкова, С. В. Орлова и многих других связанны с разработкой основных разделов астрофизики. Академик В. А. Амбарцумян и его ученики выполнили фундаментальные исследования в изучении газовых туманностей и звездных атмосфер, по теории рассеяния света, физики нестационарных звезд и в других областях астрофизики. Больших успехов достигнуто в изучении процессов на Солнце (Э. Р. Мустель, А. Б. Северный, В. А. Крат, И. С. Шкловский и др.), в изучении планет (Г. А. Тихов, Н. П. Барабашев и др.), межпланетной среды (В. Г. Фесенкова и др.).

Главной задачей при изучении планет является приведение в систему многочисленных фактов и создание цельного представления о их природе.
Изучение движения планет велось с незапамятных времён, в силу того, что космические тела, например Луна, наблюдаемы с Земли без специальных аппаратов. Визуально можно заметить ассиметричное строение полушарий нашего спутника. Но настоящее изучение планет, их особенностей началось с помощью физики и телескопов. На основе этих наблюдений были объяснены лунные затмения, влияние Лунных фаз на состояние человека и природные явления.

На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются. Например, рассчитывают внутреннее строение звёзд и Солнца с использованием наблюдательных данных об условиях на их поверхности. Теоретическая астрофизика позволяет также описать эволюцию Солнца, звёзд и других небесных тел.

Среди методов астрофизики большое значение имеет астрофотометрия, задачей которой является измерение блеска небесных тел с помощью визуальных, фотографических и фотоэлектрических наблюдений. Еще большую роль в астрофизике играет астроспектроскопия. Изучение спектров небесных тел позволяет судить о химическом составе и физическом состоянии вещества на этих телах, определять температуру зрение, вычислять скорость приближения или удаления звезды, делать выводы о вращении звезд, о различных физических процессах, происходящих в атмосферах Солнца и звезд, в газовых туманностях и в межзвездной среде. В связи с запуском в СССР первых искусственных спутников Земли и Солнца астрофизика получила новые методы исследований. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет регистрировать излучение небесных тел далеко за пределами атмосферы Земли.

Астрофизические методы исследования имеют две существенные особенности, отличающие их от методов лабораторной физи­ки. Во-первых, в лаборатории физик сам ставит экспе­рименты, подвергает исследуемые тела различным воз­действиям. В астрофизике возможны только пассивные наблюдения, так как пока нельзя проводить эксперимен­ты, например, на звездах. Во-вторых, если в лаборато­рии можно непосредственно измерять температуру, плотность, химический состав тел и т. д., то в астрофи­зике почти все данные о далеких небесных телах полу­чают с помощью анализа приходящих от них электро­магнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей.

Загадочная физика: 7 удивительных открытий

От странной антиматерии к экспериментам, которые смогли связать свет в узел – физики выявляют некоторые интереснейшие аспекты окружающего нас мира. Вот семь самых умопомрачительных из последних открытий.

Кварк — глюонный суп

Еще одно удивительное событие произошло в ионном коллайдере в этом году. В феврале 2011 года ученые объявили, что они создали кварк – глюонный суп, в котором протоны и нейтроны распались на составляющие их блоки – кварки и глюоны.

Потребовалось очень мощное столкновение атомов золота в ускорителе для достижения необходимой температуры (4000 триллионов градусов по Цельсию). Это условия, которые в 250000 превышают температуру в самом центре Солнца, подобная ситуация также наблюдалась сразу после рождения Вселенной. Эта самая высокая температура, которую когда-либо удавалось воссоздать на Земле.

При помощи атомов лития ученые воссоздали древний математический символ, который был впервые обнаружен в работах второго века буддийского искусства. Этот символ изображен в виде трех переплетенных между собой колец. Если одно из колец будет удалено, то фигура разрушится.

Физики говорили о том, что частицы должны уметь сформировываться по такой же схеме, но до сих пор никто не мог этого сделать. Однако, в декабре 2009 года, спустя 40 лет попыток, это удалось.

Читать еще:  Штаб-квартира компании «Aldar», ОАЭ - обзор

Свет обходит материю

В то время, как достаточно легко увидеть, как материя обходит свет (просто посмотрите на призму), сложно проделать тоже самое в обратном порядке. Однако, ученым это удалось в эксперименте, проведенном в марте 2010 года. Исследователи взяли плоскую ленту наночастиц (крошечные частицы материи, длина которых составляет миллиардную долю метра) и изучали ее в затемненных условиях лаборатории.

Затем, когда ленты перемещали на свет, они сворачивались. Полученные результаты смогут помочь инженерам проектировать новые типы оптики и электроники.

Ядерный синтез – слияние ядерных атомов, которое происходит внутри звезд – это то, что ученые хотят получить на Земле. Если ученые смогут добиться этого, мы получим мощный источник энергии с несколько негативными экологическими последствиями.

Ученые приблизились к реализации этой цели в январе 2010, когда они объявили, что соорудили левитационный магнит, который создает некоторые из условий, необходимых для синтеза. Приостанавливая движение магнита в воздухе, ученые могут управлять движением чрезвычайно горячих заряженных частиц газа, расположенных в камере внешнего магнита. Плотность этого газа близка к тому, которая необходима для ядерного синтеза.

Новые частицы антивещества

При помощи сталкивания частиц на скорости, близкой к скорости света, внутри атомного ускорителя, ученые создали тип вещества, который еще не видывал свет – антигипертритон.

Эти частицы фантастичны. Во-первых, это не обычная материя, а ее полная противоположность, называемая антивеществом, которое уничтожается всякий раз, когда вступает в контакт с обычной массой. Во-вторых, антигипертритон – это то, что еще называют «странными» частицами, потому что они содержат редкий строительный блок кварков, которых нет в протонах и нейтронах (обычные составляющие атомов).

Эксперимент проводился в большом андронном коллайдере, а результаты были анонсированы в марте 2010 года.

Может показаться, что свет движется по прямой линии, но иногда он оказывается скрученным в узел. В январе 2010 года исследователи сообщили о том, что с помощью управляемой компьютером голограммы смогли скрутить пучок света в форму кренделя. Голограммы, которые направляют поток света, были специально созданы для того, чтобы делать из пучков света заданные формы.

Исследователи использовали область математики, известную как теория узлов, чтобы изучить весь процесс. Эти вихри света, называемые оптическими узлами, могут быть в будущем применимы для создания лазерных устройств.

Одно из самых странных предсказаний теории квантовой механики заключается в том, что частицы могут «запутаться» даже после того, как их разделили в пространстве, поэтому когда одна частица начинает двигаться, другая частица реагирует на это незамедлительно.

В июне 2009 года ученые объявили, что они измеряют запутанность с помощью системы нового вида, которая исследует пары колеблющихся частиц. В предыдущих исследованиях ученые ориентировались на внутренние свойства частиц, это же исследование было первым в своем роде, когда акцент был поставлен на способы их движения.

Шесть любопытных экспериментов, которые проводятся на МКС в настоящее время

Прошло 20 лет с тех пор, как первые компоненты Международной космической станции (МКС) были запущены с Земли. Совершая оборот вокруг нашей планеты за 90 минут и находясь на расстоянии 400 километров над поверхностью Земли, МКС была краеугольным камнем миссии NASA на протяжении большей части последних двух десятилетий. МКС висит на орбите не без причины. На станции проводились и проводятся тысячи научных экспериментов, которые помогут нам понять жизнь среди звезд — или понять жизнь на Земле.

Space.com сообщает, что на МКС достаточно научного оборудования для проведения более 250 различных экспериментов в любой момент времени. Ниже мы расскажем о шести ведущих научных экспериментах, которые в настоящее время проводятся на космической станции.

Не-гравитационная среда для исследований болезни Паркинсона

По меньшей мере 10 миллионов человек живет с болезнью Паркинсона, нейродегенеративным расстройство, которое вызывает снижение уровня дофамина в мозге и приводит к таким симптомам, как тремор, скованность, потеря равновесия и даже снижение когнитивных функций. Среди известных жертв болезни — актер Майкл Дж. Фокс, чей фонд финансирует исследования для изучения и лечения болезни.

Фонд Фокса сотрудничает с МКС и исследует белок, производимый мутацией гена, который может быть связан с болезнью Паркинсона. Медикаментозная терапия, направленная на белок LRRK2, требует дополнительной информации о его кристаллической структуре. Отсутствие гравитации на борту МКС должно позволить кристаллам расти больше и получать более однородную структуру, что облегчит их изучение на Земле с использованием технологий визуализации в высоком разрешении.

Впервые этот эксперимент был отправлен на МКС в августе 2017 года. Самая последняя миссия пополнения запасов с использованием космического аппарата Northrop Grumman Cygnus пристыковалась к космической станции в начале этого месяца и доставила дополнительное оборудование для улучшения размера кристаллов для второй серии экспериментов.

Тканевые чипы в космосе

Ученые в NASA и многие другие давно изучают воздействие микрогравитации на тело человека. Новый четырехлетний проект Tissue Chips in Space использует несколько иной подход к космическим исследованиям физиологии человека.

Читать еще:  Дом-музей Зигмунда Фрейда, Великобритания - обзор

Тканевые чипы — это небольшие чипы, содержащие клетки человека, выращенные на искусственной платформе, для имитации структуры и функций тканей и органов человека. Идея состоит в том, что ученые на МКС могут использовать тканевые чипы, чтобы лучше понять, как микрогравитация влияет на здоровье и болезни человека, а также, возможно, применить результаты на Земле. До настоящего времени было профинансировано пять экспериментов, и первый из них был посвящен изучению атрофии мышц в условиях микрогравитации.

Эта программа представляет собой сотрудничество между Национальной лабораторией МКС и Национальным центром содействия переводческим наукам, входящим в состав Национального института здравоохранения. В этом месяце начнется новый эксперимент, когда миссия пополнения запасов SpaceX CRS-16 совершит последний полет на МКС в 2018 году.

Поднять бокал за науку

Люди не смогут выжить на одной только картошке, когда и если мы достигнем Марса. Нам понадобятся стратегии для поиска еды, воды и укрытия на Красной планете. Любая сбалансированная диета в космосе, вероятно, должна включать пиво, если мы хотим пережить долгое и странное путешествие по Солнечной системе.

Астронавты на борту МКС пока не собираются варить пиво самостоятельно. Вместо этого они выращивают семена ячменя, предоставленные компанией Anheuser-Busch, чтобы определить, как зерно реагирует в условиях микрогравитации. Будут ли семена проявлять генетические изменения или морфологические отклонения? Посмотрим.

Серия экспериментов проводится с помощью Space Tango, одного из немногих космических стартапов, с которыми NASA заключило контракт на работу на борту Национальной лаборатории МКС. Зерна содержатся в одной из кубиков-лабораторий размером с коробку для обуви. Эксперименты, как ожидаются, завершатся к апрелю 2019 года.

Переработка в космосе

Другой космический стартап — Made in Space — попал в заголовки несколько лет назад, когда отправил на МКС первый 3D-принтер. Это дало астронавтам возможность изготавливать детали, не совершая 400-километровое путешествие на Землю.

Сейчас на МКС испытывают новое устройство под названием Refabricator, первый интегрированный 3D-принтер и переработчик на борту космической станции. Refabricator перерабатывает пластиковые отходы в высококачественную нить для 3D-принтера, предоставляя материал для ремонта во время длительных миссий.

Этот инструмент изготовлен компанией Tethers Unlimited, которая является одним из нескольких коммерческих предприятий, разрабатывающих аддитивное производство в космосе для больших структур вроде спутников. Made in Space, например, разрабатывает систему Archinaut, которая сможет автономно собирать спутники или другие приборы. Ожидается, что такая технология позволит сократить расходы на запуск оборудования в космос.

Исследования рака в космосе

Паркинсон — не единственная болезнь, которую исследуют астронавты. На МКС ведутся многочисленные эксперименты по исследованию рака, в том числе исследования кристаллизации белка, сходных с теми, что проводит фонд Майкла Дж. Фокса.

Кроме того, проект Mayo Clinic культивирует стволовые клетки, чтобы улучшить наше понимание устойчивости рака к химиотерапии. В другом проекте компания 490 Biotech тестирует новую биолюминесцентную технологию, которая направлена на улучшение усилий по поиску лекарств для противораковой терапии.

По сути, на космической станции ведется ряд исследований по поиску новых препаратов. Oncolinx Pharmaceuticals тестирует новый иммунотерапевтический препарат, который присоединяется к антителам, нацеленным на раковые клетки, повышая эффективность препаратов и уменьшая побочные эффекты. Другая биотехнологическая компания под названием Angiex тестирует противораковую терапию, нацеленную на опухолевые кровеносные сосуды, которые необходимы опухоли для роста.

Мы — звездная пыль

Ученые изучают, как звездная пыль превращается в планеты, в рамках проекта Experimental Chondrule Formation at the International Space Station (EXCISS). Хондры, как считается, являются старейшим твердым материалом в Солнечной системе и, возможно, строительными блоками планет и спутников.

Астронавты на борту МКС проводят эксперимент, имитирующий возможные условия — низкую гравитацию и высокую энергию — которые привели к образованию планет, пропуская электрический заряд через силикатную пыль и превращая ее в хондру.

Эксперимент проводится в камере NanoRacks с крошечным вибрационным двигателем, встряхивающим камеру, чтобы частицы пыли плавали в пространстве. Электрический заряд подается каждый час, 100 раз, и происходящее записывается на камеру.

Лучшее понимание того, как формируются планеты, может помочь в поиске обитаемых миров, а также в осознании происхождения и ранней истории Земли.

Что дальше?

За 20 лет своего существования МКС стала домом для многочисленных экспериментов. На космической станции расположился буквально зоопарк для разнообразных организмов, от регенерирующих червей до гекконов, желающих совокупляться. Но эксперименты на МКС нужны не только для исследования космоса и других форм жизни: изучается сама физиология человека. Можно только догадываться о том, что принесут нам следующие двадцать лет работы в космосе.

Рискнете предположить? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Источники:

http://mirznanii.com/a/284924/fizika-i-kosmos
http://www.infoniac.ru/news/Zagadochnaya-fizika-7-udivitel-nyh-otkrytii.html
http://hi-news.ru/space/shest-lyubopytnyx-eksperimentov-kotorye-provodyatsya-na-mks-v-nastoyashhee-vremya.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector