Луна VS Марс. О дальних полётах замолвите слово
методическая разработка (8, 9, 10, 11 класс) по теме

Слайд 1

Луна VS Марс Алексеев В.А., учитель физики ГБОУ «Морская школа» района Санкт-Петербурга О дальних полётах замолвите слово…

Слайд 2

VS Марс ПОЛЁТ ЧЕЛОВЕКА С ЦЕЛЬЮ ПОБЫВАТЬ НА БЛИЖАЙШИХ К ЗЕМЛЕ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ – ЛУНЕ И МАРСЕ, А МОЖЕТ БЫТЬ И ИХ КОЛОНИЗАЦИЯ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЕРЕСЕЛЕНИЕМ - НАСКОЛЬКО ЭТО РЕАЛЬНО?

Слайд 3

Анализ затрат на продолжительные и крупномасштабные космические программы США позволяет сделать вывод: стоимость подобных предприятий, чтобы обеспечить их «живучесть», должна лежать в диапазоне от 100 до 200 млрд долларов США («Аполлон», МКС, VSE, « Спэйс шаттл »). РКК «Энергия» разработала проект гибридной (пилотируемой с максимально широким использованием автоматических аппаратов) облетно-орбитальной миссии к Марсу, которую можно было бы подготовить и осуществить в течение 12-14 лет. Высадки на планету в ходе первой миссии не будет – необходимо убедиться в том, что техника и люди смогут нормально перенести полет до Марса и обратно. Стоимость этого проекта в 2000 году была оценена в 12-15 млрд долларов (по состоянию на 2011 год с учетом инфляции американской валюты и снижения ее покупательной способности – не более 30 млрд ). Данная сумма вполне реальная. Вспомним, что рыночная стоимость станции «Мир» была оценена во второй половине 1990-х годов в 3-4 млрд долларов (в 2011 году эта сумма составила бы 10-12 млрд ). Вспомним, также, что 30 млрд – общая сумма затрат как государства, так и частных спонсоров, на проведение Олимпиады в Сочи. Осуществление облетно-орбитальной миссии к Марсу (первой в мире) принесло бы России не меньше пользы как с научно-технической, так и с политической точки зрения. Интересно, что Космический центр имени Хруничева также предложил свой вариант колонизации Марса за сумму, эквивалентную 160 млрд долларов. Этот вариант предполагает создание орбитальных станций вокруг Луны и Марса с последующим строительством постоянно обитаемых баз на этих планетах к 2040–2050 г. Предложение Центра имени Хруничева по колонизации Марса, равно как и аналогичные, сделанные в США, страдают одним существенным недостатком. Их авторы пытаются придать созданию таких колоний роль « аполлоновских », первопроходческих миссий. О тупиковости подобного подхода говорит пример экспедиции Колумба. Как известно, великий генуэзец с трудом смог собрать средства лишь на три корабля. Это был тот минимум, на который согласились пойти спонсоры, давшие деньги на столь рискованную экспедицию. Представим теперь, что Колумб стал бы просить денег не на три, а на 15 кораблей с тем, чтобы вместе с ним в Индию могли бы отправиться будущие колонисты. Можно с уверенностью утверждать, что его плавание через океан никогда бы не состоялось, ибо вряд ли нашлись бы желающие оплачивать покупку и снаряжение 15 кораблей, успех плавания которых был отнюдь не гарантирован. Поэтому, говоря о пилотируемом освоении Красной планеты важно понимать, что первая пилотируемая экспедиция к Марсу или на Марс, должна носить « колумбовский », или « аполлоновский » характер. Лишь ее успех побудит государство и частный капитал начать вкладывать серьезные средства в колонизацию Красной планеты.

Слайд 4

Луна VS Марс Зафиксировано максимальное сближение на 56 000 000 км (2003 год). В настоящее время самым быстрым аппаратом является New Horizons . Его скорость в начале пути – 58 тысяч км/ч . При такой скорости самое короткое расстояние от Земли до Марса займет у него 39 дней , самое длинное – 289 . На сегодняшний день самый быстрый полет на Марс завершился через 128 дней после старта. Самый длительный – 333 дня . Время и расстояние 1 0 384 000 км , в сто раз ближе, чем ближайшая из планет — Венера при максимальном сближении с Землей. Известно, что корабли «Аполлон» могли долететь до Луны всего за трое суток , что уже намного быстрее. Если суметь разогнать аппарат до второй космической скорости (11 км/ c ), то человек сможет выйти на поверхность спутника уже через 10 часов .

Слайд 5

Луна VS Марс Для превращения корабля в искусственный спутник Луны на высоте, скажем, 10 километров над её поверхностью приходится затормозить его скорость до 1, 7 километра в секунду — это круговая скорость для данной высоты. Период обращения корабля-спутника составляет 1 час 50 минут , дальность горизонта — 186 километров , минимальные размеры предметов на Луне, видимых простым глазом, — 3 метра . Корабль может кружить вокруг Луны сколь угодно долго без расхода топлива. Требующая сложного расчёта, учёта многих факторов 2 0 Схема полёта

Слайд 6

Луна VS Марс Ученые из Мичиганского университета в сотрудничестве с ВВС США и НАСА вывели на новый уровень ионный двигатель X3 , который, в теории , сможет доставить человека на Марс за две недели , пишет Space. Com Ионные двигатели используют электричество (обычно генерируемое солнечными батареями или газовым топливом) для вытеснения плазмы — газоподобного облака заряженных частиц — из сопла, создавая таким образом тягу. По данным NASA, такой метод тяги способен разогнать космический корабль гораздо быстрее, чем химические двигатели. В частности, максимальная скорость химических ракет составляет 5 км/с, тогда как двигатель Холла способен достичь скорости в 40 км/с. Минус ионного двигателя состоит в слабой тяге: чтобы разогнать корабль, ему нужно работать довольно длительное время. Поэтому, например, его нельзя использовать на Земле, только в космосе. Нынешние ионные электрические установки, доступные на рынке, создают тягу всего в 3-4 кВт, тогда, как для отправки человека на Марс нужны более мощные установки, способные достичь мощности в 500 кВт или даже 1 МВт. В исследовательском центре NASA Glenn в Огайо исследователи Мичиганского университета смогли увеличить максимальную мощность ионного двигателя X3 (разновидность двигателя Холла) до 100 кВт, что является рекордом для данного типа. Экономичность технологий 3 1 Самым технологически продвинутым полетом к Луне стал запуск зонда ЕКА SMART-1 . До спутника он добирался целых 410 дней . В качестве силовой установки был использован революционный для 2003 года ионный двигатель , основным достоинством которого стала экономичность в расходе топлива. За все путешествие зонд потратил лишь 82 килограмма топлива , закрепив за подобным способом звание самого экономичного и одновременного самого длительного.

Слайд 7

Луна VS Марс «Полет на Марс будет гигантским скачком. Но первые маленькие шажки совершаются уже сейчас, когда наши студенты – «поколение Марс» – ходят на свои занятия», – заявил Обама , отметивший важность вложения средств в образовательные программы. Правительство США в сотрудничестве с частными американскими корпорациями организует экспедицию астронавтов на Марс к 2030-м годам , а в дальнейшем они смогут остаться там на протяжении длительного времени, написал президент США Барак Обама в статье, опубликованной 11 октября 2016 года на сайте CNN Заявление о марсианской миссии сделано на следующий день после публикации исследования, показавшего, что астронавты во время многолетнего путешествия на Марс подвергаются риску получить повреждение мозга от космического излучения. Интерес человечества 3 2 В интервью американскому научному изданию Science Today советник Дональда Трампа по науке Дэвид Гелернтер , профессор Йельского университета заявил, что американские астронавты не высаживались на Луну. «Как мы можем организовать полет на Марс к середине 30-х годов с американской командой, если мы никогда не были даже на Луне? Идея смехотворна, как и администрация Обамы , собственно» , — заявил Гелернтер В этом же интервью он заявил, что «Миссия Аполлон» является самым большим мошенничеством в истории человечества и еще большей глупостью, чем концепция глобального потепления»

Слайд 8

В ближайшие несколько лет правительство США намерено существенно увеличить финансирование новых исследований космоса. " Мы должны попытаться вернуться на Луну первыми, как и планировалось ранее. Но я должен напомнить, что мы уже там были, и Базз это подтвердит ", - сказал с улыбкой Обама . Во время выступления рядом с президентом стоял Базз Олдрин – астронавт, участвовавший в первой высадке американцев на Луну. "В космосе нас ждет большое количество уголков, которые еще предстоит освоить, нам также предстоит многое узнать... Нам, помимо Луны и Марса, предстоит провести роботизированное исследование Солнечной системы и взятие проб из "атмосферы" Солнца, а также отправить в космос телескоп, который станет последователем телескопа Hubble ", - сказал президент, отметив, что на 100% поддерживает NASA в его работе.

Слайд 10

Луна VS Марс 3 3 Атмосфера Луны — крайне разрежённая газовая оболочка Луны, в десять триллионов раз менее плотная (давление на поверхности примерно 10 нПа ) по сравнению с земной атмосферой , состоящая в основном из водорода, гелия, неона и аргона . Практически не воздействует на Луну. Источниками атмосферы являются как внутренние процессы (выделение газов из коры Луны и вулканизм), так и внешние — падения микрометеоритов, солнечный ветер. Концентрация частиц у поверхности Луны значительно меняется в зависимости от времени лунных суток: ночью на 1 см³ приходится 10 5 частиц, а днём 10 4 . Для Земли этот показатель составляет 2,7·10 19 . ГИПОТЕЗА: Японские специалисты провели моделирование атмосферы Марса в разные моменты существования планеты. Результаты показывают, что плотной атмосферой Марс обладал 4 млрд лет назад. Солнечные ветра спровоцировали изменение плотности атмосферы, которая изменила климат планеты. Наличие атмосферы

Слайд 11

VS Марс

Слайд 1

Луна VS Марс Полярные шапки содержат воду в твердом состоянии , а воздух содержит водяной пар, образующийся в результате морозов и низкого давления , однако все исследования указывают на то, что «слабая» атмосфера Марса не способствует существованию воды в жидком состоянии на поверхности планеты. Тем не менее, полагаясь на последние данные марсианских миссий, ученые уверены, что вода в жидком виде на Марсе существует и находится она на один метр ниже поверхности планеты. 4 4 Данные, полученные из таких разрозненных источников как: радар Mini-SAR , автоматизированный космический корабль LCROSS ( Lunar CRater Observation and Sensing Satellite ) и прибор M3 ( Moon Mineralogy Mapper ) на борту индийского зонда «Чандраян-1». "Пока мы нашли три типа Лунной воды", - заявил Пауль Спудис ( Paul Spudis ) , сотрудник института Луны и планет ( Lunar and Planetary Institute) , - "Толстые линзы радара Mini-SAR обнаружили практически чистый лед в кратере, LCROSS обнаружил смесь кристаллов льда и грязи, а М3 нашел тонкий слой, который то появляется то исчезает по всей поверхности Луны.» Наличие Н 2 О

Слайд 3

Луна находится под постоянной бомбежкой из космоса, что увеличивает количество воды на Луне. Астероиды содержат гидратизированные минералы, а ядра комет состоят из практически чистого льда. Астрономы, работающие с данными космического телескопа "Хаббл", опубликовали снимок кометы C/2013 A1, которая 19 октября 2014 года пролетела примерно в 135 000 километрах от Марса. Представлены оригинал (слева) и обработанный снимок (справа). Необработанная фотография была получена широкоугольной камерой " Wide Field Camera 3" 11 марта 2014 года, когда комета располагалась на расстоянии около 568 миллионов километров от нашей планеты. Согласно оценкам астрономов, диаметр комы (облака пыли вокруг кометы) составляет около 19 000 километров. Что касается обработанного снимка, то на нем можно наблюдать два источника извержения кометного вещества, расположенных в противиоположных направлениях. Дальнейшие исследования подобных снимков помогут астрономам определить ось вращения небесного тела. C/2013 A1 была открыта в начале 2013 года австралийскими астрономами из обсерватории Сайдинг-Спрингс . По результатам исследований было установлено, что размер ядра C/2013 A1 составляет около 50 километров. Комета движется по ретроградной орбите (движение кометы осуществляется в противоположном направлении по отношению к другому объекту, в данном случае к Марсу).

Слайд 4

Луна VS Марс 5 5 Даже воздух имеет массу, а доставлять его в оранжереи нужно будет с Земли. А если мы хотим в будущем строить много-много оранжерей — доставка «среды обитания» для растений может стать проблемой. Возможность выращивания растений

Слайд 5

Ученые из Университета Вагенингена ( Wageningen University ) в Нидерландах с 2013 года вели научную работу по выращиванию съедобных культур на почвах, идентичных по составу земле Марса и Луны. Для моделирования почвы Марса и Луны исследователи воспользовались вулканическими конусами и кратерами, набрав оттуда необходимый грунт. В «лунной земле» было мало питательных веществ, уровень ее кислотности был выше, чем у земной. «Марсианская земля» содержала большое количество угля и в следы нитратов и аммония. Сначала ученые хотели выяснить, вырастет ли на такой почве хотя бы что-то. На этом этапе их ожидал успех — взошло 10 разных видов растений. На следующей стадии эксперимента ученые проанализировали состав урожая, чтобы определить, подходит ли он для человека (пока только теоретически). Обнаружилось, что из 10 видов 4 точно можно есть — это помидоры, горох, редис и рожь. Авторы исследования опасались, что в растениях будет слишком много металлов — например, меди или кадмия, так как этих элементов было много в почве. Однако по факту оказалось, что уровень содержания тяжелых металлов в выросших культурах был даже ниже, чем в тех, которые росли в обычных для Земли условиях. Шесть остальных взошедших видов растений еще предстоит протестировать на безопасность. Впрочем, основной вопрос пока остается без ответа. Никто пока не решился попробовать «лунную» и «марсианскую» пищу. Ведущий эколог проекта Вигер Вамелинк ( Wieger Wamelink ) заявил, что ему крайне интересно, каковы эти культуры на вкус.

Слайд 6

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕРРАФОРМИРОВАНИЯ МАРСА Повышение давления атмосферы до уровня, при котором вода могла бы существовать в жидком виде. Повышение температуры в экваториальной части планеты до +10° — +20°С. Создание аналога озонового слоя для защиты от ультрафиолетового излучения. Создание биосферы. Создание полноценного магнитного поля планеты.

Слайд 7

Но прежде всего Человечеству, пожалуй, стоит изменить себя… Тем не менее, идея колонизации Марса рассматривается всерьёз

Слайд 8

Луна VS Марс Подобно другим планетам земной группы, в интерьере Марса выделяют три слоя: кора, мантия и ядро. Не смотря на то, что точные измерения еще не сделаны, ученые сделали определенные прогнозы о толщине коры Марса на основании данных о глубине долины Маринер. Глубокая, обширная система долины, расположенной в южном полушарии, не могла бы существовать если бы кора Марса не была значительно толще земной. Предварительные оценки указывают на то, что толщина коры Марса в северном полушарии составляет порядка 35 километров и около 80 километров в южном. 5 6 Каким бы холодным и мёртвым ни казался нам спутник Земли – Луна, внутри него по-прежнему жарко. Слой горной породы непосредственно над ядром, по-видимому, даже расплавлен. Причиной этой горячей зоны является Земля. Её приливообразующая сила обеспечивает энергию для нагрева недр Луны , как об этом пишут исследователи международной группы в журнале « Nature Geoscience » Горячие недра

Слайд 9

Луна VS Марс Отдалённую неотвратимую опасность для Марса представляет один из его собственных спутников – Фобос, вплотную приблизившийся к так называемому критическому пределу Роша (около 5000 километров над поверхностью планеты), на котором гравитационные силы разрывают спутник на части. Фобосу остается опуститься по своей орбите на 900 километров, это произойдёт приблизительно через 40 миллионов лет. По форме Фобос похож на картофелину, но его длина — 25, а ширина — 21 километр. Развал такого гиганта на орбите вызовет страшный удар по Марсу — прокаливание его поверхности, уничтожение остатков атмо­сферы за счет ее выброса в космос в виде раскаленной плазмы. 6 6 100 падений метеоритов на Луну за 2.5 года наблюдений Астрономы из NASA в ходе работ по регистрации падений метеоритов на поверхность единственного нашего естественного спутника засняли на видео сотни падений. Типичное падение имеет мощность взрыва, в результате столкновения метеорита с лунной поверхностью на скорости от 10 до 70 км/сек, порядка 50-150 кг тротила и может быть зарегистрировано с помощью любительских средств . Так, для примера, метеорит при скорости 30 км/с и размером с теннисный мячик приведет к вспышке, видимой с Земли, как звезда 7 зв . вел. в течении 1 сек . Во время активности больших метеорных потоков, таких как Персеиды, Квандратиды или Геминиды , частота вспышек на поверхности Луны может превысить 1 шт /час. Данные исследования были начаты в свете возможного возвращения человека на Луну. Необходимо было оценить вероятность пострадать от падения метеорита. Но вне активности больших метеорных потоков она оказалась ничтожно мала. Опасность из космоса

Слайд 10

Луна VS Марс Марс имеет остатки древних магнитных полей, более сильные в южном полушарии . Намагниченность данных частей оказалась похожей на полосовые магнитные аномалии в Мировом Океане. На экваторе поле в 500 раз слабее земного . Отсутствие стабильного планетарного поля означает , что поверхность Марса получает в 2,5 раза больше излучения, чем поверхность Земли. Защита магнитным полем 6 6 Магнитное поле Земли защищает планету от солнечного ветра, губительного для всего живого. Подобное "одеяло" имеется далеко не у всех тел Солнечной системы. По данным учёных из США, спутник Земли также некогда обладал очень мощным магнитным полем. На Луне однородное магнитное поле отсутствует. Согласно одной из гипотез, следы намагниченности, встречающиеся на Луне в наши дни, возникают из-за отдельных фрагментов метеоритов, периодически достигающих поверхности спутника нашей планеты. Как полагает группа физиков из Массачусетского технологического института (MIT), Калифорнийского университета в Беркли ( University of California , Berkeley ), а также Геохронологического центра в Беркли ( Berkeley Geochronology Center ), на ранних этапах своего существования, магнитное поле Луны было постоянным и существенно превосходило земное. Об этом учёные пишут в статье, опубликованной в журнале Science .

Слайд 11

Луна VS Марс В настоящий момент обсуждаются осуществимые варианты полётов к Марсу экипажей в количестве, не превосходящем 3-6 человек Воспроизвести биологическое многообразие Земного мира в составе такой экспедиции практически нереально 6 6 12 октября 2017 астероид ТС4, открытый в 2012 году, пролетевший тогда на в 94 800 км от Земли, приблизился на расстояние меньшее, чем расстояние между Землей и Луной (43 500 км). Диаметр космического пришельца может составлять от 12 до 27 метров, что позволяет сравнить его с метеоритом, который 15 февраля 2013 года вошел в атмосферу на скорости около 18 км в секунду и взорвался на высоте 15–25 км в окрестностях Челябинска. В любом случае, столкновение такого небесного гостя с луной имеет не меньшую вероятность, чем вхождение в атмосферу Земли. Возможность переселения на случай планетарной катастрофы

Слайд 12

Луна VS Марс Вспышки и корональные выбросы материи на Солнце могут заряжать поверхность Фобоса и Деймоса , спутников Марса, что сделает их опасными для спускаемых модулей и орбитальных зондов, а также для будущих марсонавтов , считают специалисты НАСА. "Мы обнаружили, что астронавты или роверы , путешествующие по той стороне Фобоса, которая повернута в сторону от Солнца и смотрит на Марс, будут накапливать большие разряды статического электричества. Они вряд ли будут угрожать здоровью марсонавтов , но они будут мешать работе электроники скафандров и других приборов, которые нам придется защитить от таких воздействий", — заявил Уильям Фаррелл ( William Farrell ) из Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте (США). 7 7 Изучение спутника Земли то и дело преподносит исследователям сюрпризы. Группа израильских учёных предположила, что Луна образовалась в результате множества столкновений Земли с космическими объектами. Исходя из состава и особенностей орбиты Луны, исследователи предположили, что дело не в одной космической аварии, а в 20 — такого числа ударов небольших объектов о планету хватило бы для образования спутника. Эта гипотеза согласуется со знаниями учёных о последних этапах формирования Земли: планета, почти достигшая современного размера, испытывала множество столкновений с крупными космическими объектами. Каждое из них порождало «свою луну», а Земля получала для себя «строительный материал». Кроме того, в результате такого процесса планета теряла вещество, которое вошло в состав спутника, — это объясняло бы одинаковые изотопы. Параллельно команда американских космохимиков выяснила, что, каким бы образом у планеты ни появился спутник, случилось это на десятки миллионов лет раньше, чем считалось прежде. Новые сведения о Солнечной системе Изучайте ФИЗИКУ!

Слайд 13

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С КОСМИЧЕСКОЙ ЭКСПЕДИЦИЕЙ НА МАРС И ДЛИТЕЛЬНЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ НА КРАСНОЙ ПЛАНЕТЕ Высокий уровень космической радиации. Сильные сезонные и суточные колебания температуры. Метеоритная опасность. Низкое атмосферное давление. Пыль с высоким содержанием перхлоратов и гипса. Её частицы слишком малы, чтобы полностью изолироваться от них, а электростатические свойства (в результате трения) способны вывести из строя технику. Марсианские песчаные бури, которые до сих пор до конца не изучены и которые пока не представляется возможным предсказывать с помощью метеорологического спутника. Малый ресурс ключевых элементов, необходимых для жизни (таких как азот, углерод).