проектная работа "Значение космических исследований для физической географии"

Российско – таджикское государственное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов в г. Худжанде им. А. П. Чехова»

Значение космических исследований для физической географии

                                                     Исполнители: обучающиеся 8 «Б» класса

                                                                   Исломов Тошпулот                                            

                                                           Узоков Сардор

                                                                     Юлдошев Абдурозик

                                                      Научный руководитель: учитель географии

                                                                                Аршиева Мадина Матвеевна

г. Худжанд, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

                    Человека всегда интересовало, как устроен окружающий его мир. На первых порах это были простые наблюдения и наивные толкования происходящих явлений. Они дошли до нас в виде сказаний и мифов. Постепенно знания накапливались. Древние учёные, наблюдая за Солнцем и Луной, смогли предсказывать солнечные и лунные затмения, составлять календари. Точность этих расчётов поражает современных исследователей: ведь в те времена не было никаких приборов, учёные вели свои наблюдения невооружённым глазом. Позднее были созданы различные приборы, облегчающие наблюдения. Важнейшим из них стал телескоп (от греческих слов «теле» - далеко, «скопео» - смотреть). Использование телескопов позволило не только изучить Солнечную систему, но и заглянуть в глубины Вселенной. Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты. Первым учёным, который доказал, что реальным средством освоения космоса станет ракета, был русский ученый, основоположник современной космонавтики Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935). Но прошли годы, прежде чем эта задача была решена. 4 октября 1957 г. в Светском Союзе был осуществлён запуск первого искусственного спутника Земли. Большой вклад в развитие отечественной космонавтики внёс учёный, конструктор и организатор производства ракетно - космической техники Сергей Павлович Королёв (1906-1966). Началась новая эра в изучении космоса.

      Актуальность. За счет получения космических снимков и спутниковых записей, научные центры получают возможность предсказывания погодных условий, причин изменения климатических особенностей регионов, а также в реальном времени отслеживают географические изменения, которые происходят на поверхности Земли и в ее атмосфере.

      Приступая к изучению темы, мы поставили перед собой следующую цель: исследовать и определить значение спутников и космических кораблей для изучения и развития Земли и географии.

Задачи:

- найти, изучить  и проанализировать литературу по теме;

- изучить самые важные космические исследования для географии;

- изучить методы исследования Земли с космоса.

Гипотеза: благодаря постоянному развитию космических технологий, география получает возможность для дальнейшего исследования поверхности нашей планеты.

Важнейшие этапы освоения космоса

      Исследования космоса ведутся как с помощью пилотируемых космических полётов, так и с помощью автоматических космических аппаратов. Техническому исследованию космоса предшествовало развитие астрономии и создание крупных и относительно эффективных ракет во второй половине ХX века. Началом эпохи освоения космоса можно считать запуск первого искусственного спутника Земли - «Спутника-1», запущенного Советским Союзом 4 октября 1957 года.

• 12 апреля 1961 года - первый полёт человека в космос, Юрий Гагарин.
• 16 июня 1963 года полетела Валентина Владимировна Терешкова
• 1 ноября 1963 года - первый маневрирующий спутник «Полёт-1», первое космическое оружие в мире по программе «ИСУС»
• 16 марта 1966 года - произведена первая ручная стыковка космических аппаратов, пилотируемого корабля «Джемини-8» и мишени «Аджена».
• 30 октября 1967 года - произведена первая стыковка двух беспилотных космических аппаратов «Космос-186» и «Космос-188». (СССР).
• 15 сентября 1968 года - первое возвращение космического аппарата (Зонд-5) на Землю после облета Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии.
• 16 января 1969 года - произведена первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5».
• 21 июля 1969 года - первая высадка человека на Луну (Н. Армстронг) в рамках лунной экспедиции корабля «Аполлон-11», доставившей на Землю, в том числе и первые пробы лунного грунта.
• 19 апреля 1971 года - запущена первая орбитальная станция «Салют-1».
• 3 марта 1972 года - запуск первого КА, покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы: «Пионер-10».
• 12 апреля 1981 года - первый полёт первого многоразового транспортного космического корабля «Колумбия».
• 20 февраля 1986 года - вывод на орбиту базового модуля орбитальной станции «Мир»
• 15 ноября 1988 года - первый и единственный космический полёт МТКК «Буран» в автоматическом режиме.
• 20 ноября 1998 года - запуск первого блока «Заря» Международной космической станции.

        Первым, кто заснял Землю с высоты космического полёта стал космонавт Герман Степанович Титов.  На космическом корабле Восток-2 он совершил 25-часовой космический полет. Во время этого полета он произвел киносъемку Земли кинокамерой Конвас. В книге воспоминаний «Голубая моя планета» (1977) он писал, что пленка получилась удачной: «Я старался вспомнить все, чему меня учили на занятиях по киноподготовке, чтобы заснять на кинопленку вид нашей планеты с высоты космического полета, заснять для того, чтобы люди могли посмотреть на свой дом — планету со стороны. И практика по киноделу мне действительно пригодилась…».  Некоторые пленки на Земле у меня получались, прямо скажем, не лучшего качества. Но практика «на глазок» выручила меня, и пленка из космоса получилась удачной».  

       На многих тысячах снимков, сделанных из космоса, запечатлена многообразная и многокрасочная жизнь Земли. На несколько лет хватило географам различных специализаций изучения этих снимков.

       По существу, родилась новая наука - космическая география. С ее помощью стало возможным изучать Землю «со стороны» как одно целое. Одной из основных задач космической географии является открытие широкого поля деятельности для будущих исследователей, обогащения их не только знаниями, но и методами получение новых результатов в науке.

Космическая  география

        В космической географии Землю изучают как сложно организованную систему:

• уделяют особое внимание роли человека в ее преобразовании;
• выявляют напряженные звенья в системе Земля-Человек-Общество;
• включают все новые знания о Солнечной системе, галактиках, Вселенной;
• сосредотачиваются на изучении космогенных факторов, влияющих на Землю и живые организмы;
• уделяют внимание проблемам ответственности человечества, осваивающего    космос, за отрицательное воздействие космической отрасли на окружающую природную среду и околоземное космическое пространство.

        С ее помощью стало возможным изучать Землю «со стороны» как одно целое. Существует несколько методов исследования.

 1. Аэрокосмический мониторинг - наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды (океана, атмосферы, суши, геологической среды), а также опасных антропогенных и катастрофических природных процессов (землетрясения, извержения вулканов, тайфуны, цунами, ураганы, пожары, наводнения) на основании аэрокосмических данных.

 2. Дистанционное зондирование Земли

   Результаты  зондирования  используются в многочисленных областях, таких как исследование и рациональное использование природных ресурсов, охрана окружающей среды, предупреждение и ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций (природные катастрофы и техногенные аварии), метеорология и климатология, лесное и сельское хозяйство, транспорт, картография.  

Методы исследования Земли

Метеорология

      Хотелось бы остановиться на одной из отраслей дистанционного зондирования Земли - метеорологии. По мере бурного развития космических технологий возникла спутниковая метеорология. Это один из разделов науки о погоде – метеорологии, изучающий физическое состояние атмосферы и метеорологические явления с помощью искусственных спутников Земли (ИЗС). Спутниковая метеорология – довольно молодая научная дисциплина.  

       Развитие ракетной техники позволило метеорологам уже в середине ХХ-го столетия проникнуть с приборами, устанавливаемыми на ракетах, сначала в среднюю и верхнюю стратосферу, а затем еще выше – в мезосферу и термосферу. Специально сконструированные метеорологические ракеты в состоянии зондировать атмосферу на высотах до 500 км, а выводимые на орбиты вокруг Земли с помощью ракет метеорологические спутники превратились в принципиально новое средство исследования атмосферы, увеличившее во много раз информацию о погоде на нашей планете, доступную повседневному анализу. Поток метеорологической информации, поступающей от метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ), стал настолько большим, что потребовал внедрения более совершенных машин. Вместе с обычными средствами наблюдения за погодой с земной поверхности с помощью радиозондов, ракет, метео-радиолокаторы МИСЗ позволили следить за всеми изменениями погоды еще и сверху, с высоты сотен и тысяч километров.

            Ценность подобной информации возрастает во сто крат в районах земного шара, где количество пунктов наблюдения за погодой невелико: так обстоят дела на обширных океанских просторах, в труднодоступных и малонаселенных полярных, пустынных, высокогорных областях. Преимущество наблюдений за погодой из космоса состоит еще и в том, что информация поступает непрерывно.

          Можно без преувеличения сказать, что ракетная и спутниковая техника, с помощью которой человечество начало завоевание космоса, попутно произвела настоящую революцию в методах исследования атмосферы. Эта революция во многом изменила наши представления об атмосфере, особенно об её высоких слоях. Огромную ценность для метеорологической науки представляет громадное количество информации о малоизученных метеорологических процессах и явлениях. Над анализом этих данных работают сейчас ученые всего мира.

          Метеорологические спутники оснащены обзорной и измерительной аппаратурой. Обзорную аппаратуру составляют так называемые телевизионные и инфракрасные системы спутника, позволяющие в комплексе производить фотографирование облаков и земной поверхности не только на дневной (освещенной Солнцем), но и на ночной (теневой) стороне нашей планеты.

         Применение микроволновой радиометрической аппаратуры на ИСЗ расширяет возможности спутниковой метеорологии, позволяя изучать состояние земной поверхности сквозь облачность, так как для распространения волн сантиметрового диапазона она не является препятствием. Кроме того, такая аппаратура даёт возможность более детально исследовать процессы, протекающие в самих облаках.

            В основе микроволнового исследования атмосферы с помощью ИСЗ лежит способность всех тел в природе излучать и поглощать энергию. С изменением температуры земной поверхности, её влагосодержания, наличия на ней воды, снега, осадков, количества растворенной в воде соли и других показателей её состояния изменяются тепловые потоки, исходящие от земной поверхности.    

       Измеряя тепловые потоки высокочувствительной аппаратурой, работающей в диапазоне микроволн, можно судить о многих процессах, происходящих на поверхности океана, суши, в облаках и в атмосфере. Измерение теплового радиоизлучения над малоосвещенными участками земного шара, например над океанами, позволяет определить наличие и мощность облачного покрова, обнаружить зоны выпадения осадков и оценить интенсивность последних. Это связано со способностью капельно-жидкой воды, содержащейся в облаках и осадках, активно поглощать радиоизлучение с длиной волны меньше 1 см. Таким образом, по интенсивности фиксируемого спутником излучения можно судить о состоянии погоды над поверхностью океана, лишенной других средств метеорологических наблюдений требуемой полноты.                

Использование искусственных спутников Земли в метеорологии и других областях науки и жизни

        С помощью искусственных спутников Земли можно получить много дополнительной информации, причем не только над малонаселенными и труднодоступными участками земного шара. В частности, ИСЗ весьма оперативно обеспечивают получение данных о границе снежного покрова и всех её изменениях, об облачности атмосферных фронтов и циклонов, дополняя и уточняя данные сети наземных метеорологических станций. Очень существенна получаемая с ИСЗ информация о дымовых облаках над промышленными районами и над лесными массивами, возникающих в результате индустриального загрязнения воздуха и лесных пожаров.

         На снимках из космоса отчетливо видны очаги загрязнений над промышленными центрами, видно их перемещение, особенности структуры, позволяющие судить о концентрации примесей и высоте их распространения. Дымовые шлейфы от заводов, морских судов и пятна дымки промышленных загрязнений могут отчетливо видеть космонавты, но систематическое их изучение возможно только по космическим снимкам, на которых четко фиксируются все очаги загрязнений.

Искусственные спутники, осуществляющие мониторинг Земли

 «Terra» – крупнейший спутник Земных системы наблюдения НАСА, обеспечивающий данные о состоянии атмосферы, почвы и океанов, а также их взаимодействии между собой и с солнечным излучением.

«Aqua» располагает шестью различными инструментами для полного и высокоточного мониторинга океанов, почвы, атмосферы, ледяных и снежных покровов, растительности. Всесторонний подход к подборке данных дает ученым возможность исследовать гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу в их взаимодействии.

«SMAP» обеспечивает измерение влажности почвы, а также фиксацию процессов замораживания/таяния.

«Aura» применяется для изучения озонового слоя Земли: химического состава, качества воздуха, движений атмосферных масс.

«CloudSat» наблюдает за состоянием земной атмосферы и погодными изменениями с помощью сложной радарной системы. Спутник позволяет определять влагосодержание облаков, прогнозировать атмосферные осадки.

«SeaStar» – спутник, наблюдающий за цветом океанов мира.

«Grace» служит для измерений состояния гравитационного поля Земли.

«Jason», «OSTM» («Jason-2») используют микроволны для измерения уровня воды в океанах. На основе полученных данных составляются метеорологические карты, предсказывается формирование ураганов, рассчитывается возможное повышение уровня мирового океана, связь этого явления с глобальным потеплением.

«Icesat» дает вид со спутника на ледниковые массивы нашей планеты, что позволяет осуществлять учет их размеров и толщины (один из важных индикаторов изменений климата).

«Glory» – низкоорбитальный спутник, собирающий данные о составе атмосферы, в частности, содержании в ней черного углерода. Кроме того, полученный материал позволяет изучать влияние на земной климат солнечного излучения.

«Quickscat» – спутник, позволяющий фиксировать скорость ветра.

«Calipso» обеспечивает данными по толщине облаков, их газовому составу.

«Sorce» разработан для осуществления контроля общего объема производства солнечного излучения, дает возможность сделать выводы о процессах поглощения Землей этой энергии.

«Aquarius» – спутник, давший возможность составить первую карту концентрации в мировом океане соли, что позволило лучше понять механизмы регуляции температуры вод.

       В мире существует сеть метеорологических станций разных разрядов, с разнообразными системами наблюдения. Используются метеорологические локаторы (дают данные по слоям облачности, интенсивности осадков, грозам в радиусе около 250 км), а также метеорологические спутники Земли (дают снимки в разных диапазонах длин волн,  температурные и влажностные показатели в разных слоях атмосферы).

       По результатам наблюдений нескольких метеостанций составляются синоптические карты, дающие наглядное представление о погоде в данный момент. При их составлении учитываются направления перемещений воздушных масс, фронтов, развитие циклонов. Анализируя синоптические карты, предвидят изменения погоды. Максимально точно отследить малейшие изменения стало возможным лишь с появлением спутниковой информации: реальный вид со спутника дает верное представление о состоянии тез частей суши, океанах, где нет метеостанций.

        Космические фото облачных систем позволяет своевременно обнаружить зарождение над океаном тропических циклонов. Данные, получаемые синоптиками, необходимы в сфере авиации, судоходства; зависит от погодных условий и сельское хозяйство.

Предотвращение катастроф природного характера с помощью искусственных спутников Земли

               Информация, поступающая с борта спутников, используется для решения проблем глобального мониторинга Земли из космоса в интересах гидрометеорологии, экологии и предупреждения глобальных катастроф, анализа гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве и других задач

          Эксперты Космического агентства НАСА зафиксировали гигантский взрыв на Солнце, который произошел 16 ноября 2012 года. По словам ученых, выброс был столь масштабным, что не поместился даже в кадр снимка обсерватории. Как сказано на сайте агентства, вспышка сопровождалась разрывом солнечного волокна и двойным выбросом корональной массы. Она достигла поверхности земли уже той же ночью.

Почему исследование космоса важно?

          Сегодня можно с уверенностью сказать, что освоение космоса в последние десятилетия изменило современную жизнь не столько ради научных открытий, которые произошли в результате этих исследований. Они привели к созданию бесчисленных новых рынков, которые остаются постоянными и прибыльными.

          Какова цель космических исследований? Разрабатывать,  эксплуатировать и использовать космические системы для развития науки, технологий и приложений в области космического пространства и земной среды, а также предлагать инновационные продукты.

          Космические исследования включают в себя научно-технические знания в области дистанционного зондирования и геообработки, изучения природных ресурсов и мониторинга окружающей среды.  

        Исследование космоса позволило человеку открыть новые горизонты, столкнуться с великими явлениями и разработать передовые технологии. Спутниковая связь, спутниковое телевидение и интернет улучшили качество жизни людей по всему миру. Космические технологии подарили человечеству новую медицину: магнитно-резонансные и компьютерные томографы, аппаратуру для гемодиализа и кардиоангиографии, дефибрилляторы, роботов-хирургов.

Защита от возможного столкновения с астероидом

        Как правило, примерно раз в 10 тысяч лет в Землю угрожает врезаться какое-нибудь небесное тело размером с футбольное поле, что может привести к необратимым последствиям для планеты. Нам действительно следует опасаться таких «гостей» диаметром минимум в 100 метров. Столкновение поднимет пылевую бурю, уничтожит леса и поля, обречёт на голод тех, кто останется в живых. Специальные космические программы направлены на то, чтобы установить опасный объект задолго до того, как он приблизится к Земле, и сбить его с траектории движения.

Возможность появления новых великих открытий

            Немалое количество гаджетов, материалов и технологий первоначально были разработаны для космических программ, но в дальнейшем они нашли своё применение на Земле. Мы все знаем о продуктах, полученных путем сублимационной сушки, и давно их употребляем. В 1960-е годы ученые разработали специальный пластик, покрытый отражающим напылением из металла. При его использовании в производстве обычных одеял он сохраняет до 80% тепла тела человек. Еще одной ценной инновацией является нитинол - гибкий, но упругий сплав, созданный для производства спутников. Теперь из этого материала изготавливают стоматологические брекеты.

 Вклад в медицину и сферу здравоохранения

          Освоение космоса привело к появлению множества медицинских                    инноваций для земного использования: например, метод введения противораковых лекарств непосредственно в опухоль, аппаратура, с помощью которой медсестра может делать УЗИ и моментально передавать данные врачу за тысячи километров от неё, и механическая рука-манипулятор, выполняющая сложные действия внутри аппарата МРТ. Фармацевтические разработки в области защиты космонавтов от потери костной и мышечной массы в условиях микрогравитации привели к созданию препаратов для профилактики и лечения остеопороза. Причем эти препараты было легче протестировать в космосе, поскольку космонавты теряют около 1,5% костной массы в месяц, а пожилая земная женщина теряет 1,5% в год.

Решение проблемы перенаселения.

       Не секрет, что людей всё время становится больше, а медицина продолжает развиваться. В мечтах самых смелых энтузиастов уже родился человек, способный обрести бессмертие – а значит, перенаселение не за горами. Впрочем, если человечеству удастся покорить космос, эта проблема будет решена появлением людских поселений на других планетах.

Улучшение системы навигации.

       Когда в космос были запущены первые навигационные спутники, качество передвижения на дорогах стало гораздо лучше. Теперь автомобилистам необязательно ездить по бумажным картам – и всё благодаря спутникам. Они же помогли составить более чёткую карту Земли – теперь любой желающий может найти любое место на земном шаре с точностью до сантиметров.

Укрепление обороны.

       Объекты, связанные с космическим вооружением, располагаются как на земле, так и в воздушном пространстве – и их наличие делает арсенал любой страны более внушительным.

Объединение стран.

      Общие усилия в освоении космоса помогают разным странам наладить отношения друг с другом. В конце концов, когда на кону стоит судьба всего человечества, вне зависимости от страны его проживания, добиться успеха можно только совместными усилиями. Понимая это, крупные страны –  США, Россия, Китай, Япония - вкладывают огромные деньги в многообещающие проекты и забывают о мелких разногласиях.

У изучения космического пространства имеются и «минусы»

Неизвестность. Один из самых гениальных астрофизиков, когда-либо живших на земле, Стивен Хокинг, не раз упоминал в интервью, что освоение космоса может обернуться для человечества глобальной катастрофой. Действительно, никто не знает, что кроется в тех уголках космоса, куда человеку пока не удалось добраться. Можно подумать, что инопланетные цивилизации, желающие человечеству гибели – всего лишь выдумка авторов научной фантастики, но, когда об этом говорит человек такого масштаба, по телу невольно начинают бежать мурашки.

Гибель космонавтов. Хотя астронавты и космические учёные уже давно осознали, каких жертв может потребовать освоение космоса (и поэтому первыми живыми существами в космическом пространстве были животные), аварии на шаттлах и космических станциях происходят до сих пор. Находясь в космосе, тяжело получить экстренную помощь, а техническая авария может привести к тому, что аппарат рухнет на Землю – и сила столкновения уничтожит жизни находившихся в нём космонавтов. Поэтому полёты в космос требуют тщательной подготовки и образования, но человеческий фактор никто не отменял.

Финансовые затраты. К сожалению, создание космических аппаратов, способных отправиться в космос, требуют огромных финансовых вложений. Некоторые страны попросту не в состоянии себе это позволить.

Космический мусор. Уборочных машин в космосе пока не имеется, поэтому мусор, парящий в свободном пространстве, причиняет немало вреда космическим кораблям. Это отражается на финансовых затратах и качестве получаемых данных. Помимо этого, экология оболочки Земли оставляет желать лучшего – а ведь мы до сих пор не справились с такими проблемами, как Глобальное Потепление. Мусор также падает и на саму Землю – в частности, очень много мусора выпадает в горах Алтая, загрязняя окружающую среду невыгоревшим ракетным топливом. Что произойдёт с экологией планеты, если космического мусора станет больше?

Загрязнение космоса. Помимо того, что космический мусор создаёт проблемы с экологической ситуацией орбитальной оболочки Земли, не приносит он пользы и самому космосу. Люди не убирают за собой обломки развалившихся шаттлов и спутников, создавая в космическом пространстве настоящий бардак. Учитывая то, какие проблемы мусор создаёт на Земле, несложно догадаться, что произойдёт, если человек будет и дальше запускать в космос новые аппараты, не озаботившись их возвращением обратно

Заключение

             В процессе выполнения работы мы выполнили задачи и достигли цели. Если человечеству когда-либо удастся отправиться в космос, за этим         будут стоять годы его изучения и годы же ошибок. Тяжело сказать, принесёт ли это больше пользы или минусов, да и произойдёт ли вообще.

             С уверенностью можно сказать, что то, что мы имеем сегодня, благодаря космосу, значительно упростило нашу жизнь – и, если только человечество не будет уничтожено в процессе освоения новых территорий – будет упрощать и дальше. За счет постоянного увеличения качества космической съемки и методов ее проведения, ученые всего мира имеют своевременные факты в реальном времени о состоянии поверхности нашей планеты, а также об изменении ее природных комплексов.