12. Дослідження Землі та космосу за допомогою штучних супутників та космічних апаратів
Матеріал
Урок №12. Дослідження Землі та космосу за допомогою штучних супутників та космічних апаратів
Мета уроку: дослідити роль супутників та космічних апаратів у вивченні Землі та космосу; визначити типи орбіт, якими рухаються супутники в залежності від особливостей їх використання; ознайомитися з деякими космічними місіями та їхніми завданнями.
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- 4. Якісна освіта.
- 9. Інновації та інфраструктура.
- 14 Збереження морських екосистем.
- 15.Збереження екосистем суші.
- 17. Партнерство заради стійкого розвитку.
Ключові слова: супутник, геостаціонарна орбіта, космічний апарат.
План уроку:
- Мотиваційна частина.
- Теоретичний блок.
- Штучні супутники.
- Космічні апарати та їхні місії.
- Попрактикуймо самостійно.
- Рефлексія.
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
На рис.1 зображені всі штучні супутники, що обертаються навколо нашої планети, і їх дуже багато. Спробуйте перевірити свою інтуїцію та відповісти на такі запитання:
- Яка приблизна кількість супутників обертається навколо Землі станом на травень 2023 року?
Відповідь: 7560
- Скільки було запущено супутників за весь час космічної ери?
Відповідь: близько 17000
- Який прогноз учених щодо кількості супутників, що будуть обертатися навколо нашої планета до 2030 року.
Відповідь: кількість може досягти 100 000
Посилання на відеоджерела:
Відео
Відео
Відео
Відео
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 5 хв.
Запропонуйте учням, відповідаючи на ці запитання, перевірити свою інтуїцію. Слухаючи кожну відповідь, давати підказку «більше» чи «менше», поки спільними зусиллями не отримаєте правильної відповіді.
2.1. Штучні супутники
Супутники — це штучні космічні об’єкти, які перебувають на орбіті навколо планет або інших небесних тіл.
Подумайте, на які групи за призначенням поділяються супутники?
Супутники можуть обертатися на різних висотах, відповідно, мати різну орбіту. Найменша висота, на якій обертаються супутники, — 160 км.
Геостаціонарна орбіта — це орбіта, на якій супутник перебуває в постійному положенні відносно Землі. Він обертається навколо Землі з тією ж швидкістю, з якою Земля обертається навколо своєї осі. Супутники на геостаціонарних орбітах розташовані на висоті близько 35 786 км над Землею.
Перегляньте таблицю, у якій представлена інформація про різні орбіти та їх використання.
| Тип орбіти | Висота | Короткий опис |
|---|---|---|
| Низька навколоземна орбіта (LEO) | 160–2000 км | Найближча до Землі орбіта. Використовується для наукових досліджень, телекомунікацій, космічних станцій. |
| Середня навколоземна орбіта (MEO) | 2000–35 786 км | Використовується для навігаційних супутників (GPS). |
| Геостаціонарна орбіта (GEO) | ~35 786 км | Супутник обертається синхронно з обертанням Землі. Використовується для телекомунікацій, метеорології. |
| Геосинхронна орбіта | ~35 786 км | Супутник може рухатися не строго над екватором. Використовується для спеціалізованих завдань. |
| Полярна орбіта | 200–1000 км | Проходить над полюсами Землі. Використовується для метеорології, спостереження за Землею. |
| Сонячно-синхронна орбіта | 600–800 км | Супутник проходить над точками Землі в однаковий час доби. Ідеальна для моніторингу. |
| Високоеліптична орбіта (HEO) | Змінна (еліптична траєкторія) | Супутник проводить багато часу у висотній частині орбіти. Використовується для зв’язку та спостережень. |
| Екваторіальна орбіта | Залежить від задач | Рух виключно над екватором. Використовується для геостаціонарних супутників. |
Вітаю! Ви знаходитеся на співбесіді на вибір кандидата для роботи в космічному агентстві. Дайте відповідь на ці питання, і ця робота буде вашою. А щодо мотивації пам’ятайте: заробітна плата інженерів може становити $100 000 на рік (і це без бонусів)!
- Розподіліть наступні типи супутників за видами орбіт:
- метеорологічний супутник;
- навігаційний супутник GPS;
- супутник для телевізійного мовлення;
- супутник для спостереження за Землею.
Відповідь: супутники поділяються на наукові, комунікаційні, метеорологічні, навігаційні, військові, ресурсні, експериментальні.
- Яку орбіту оберете для
- супутника, який передає інтернет-сигнал у віддалені регіони;
- супутника для дослідження полярних льодовиків;
- астрономічного телескопа для спостереження за глибоким космосом?
- Поясніть, чому геостаціонарна орбіта підходить для супутників зв’язку, а низька навколоземна орбіта — для наукових досліджень.
- Як змінюється швидкість супутника, якщо він переходить з низької навколоземної орбіти (LEO) на геостаціонарну орбіту (GEO)? Поясніть, чому це відбувається.
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 20 хв.
В основній частині відбувається висвітлення теоретичного матеріалу, що чергується питаннями до учнів.
Інформація в таблицях надається для ознайомлення учнівства самостійно.
Потім можна обговорити, які закономірності простежуються в ній, а вже після цього перейти до питань під таблицею.
2.2. Космічні апарати та їхні місії
Дослідження Сонячної системи за допомогою космічних апаратів є одним із ключових напрямів сучасної астрономії та космічної науки. Космічні апарати дозволяють вивчати планети, їхні супутники, астероїди, комети та інші об’єкти, які неможливо дослідити з поверхні Землі.
Перегляньте таблицю, у якій представлена інформація про космічні місії та їхні завдання.
| Назва місії | Період діяльності місії | Характеристики апаратів | Завдання |
|---|---|---|---|
| Voyager 1 і 2 | 1977 — теперішній час | Автоматичні міжпланетні зонди. Оснащені приладами для вивчення планет, магнітних полів, частинок і хвиль. | Дослідження зовнішніх планет, їхніх супутників, магнітних полів і меж Сонячної системи. |
| Hubble Space Telescope | 1990 — теперішній час | Орбітальний телескоп. Оснащений дзеркалом діаметром 2,4 м для спостережень у видимому, інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах. | Астрономічні дослідження, відкриття далеких галактик, чорних дір, туманностей. |
| Cassini-Huygens | 1997 — 2017 | Орбітальний зонд і посадковий апарат. Cassini досліджував Сатурн, Huygens спустився на Титан. | Дослідження Сатурна, його кілець і супутників, атмосфери Титана. |
| Mars Rovers (Spirit, Opportunity, Curiosity, Perseverance) | 2004 — теперішній час (Perseverance) | Марсоходи з набором камер, спектрометрів, бурових установок і хімічних лабораторій. | Дослідження поверхні Марса, пошук слідів води та можливого життя. |
| Juno | 2011 — теперішній час | Автоматичний зонд для вивчення Юпітера. Оснащений приладами для аналізу магнітного поля, атмосфери, гравітації. | Дослідження атмосфери, магнітного поля й структури Юпітера. |
| New Horizons | 2006 — теперішній час | Автоматичний зонд для дослідження Плутона та об’єктів поясу Койпера. Оснащений камерами та спектрометрами. | Дослідження Плутона, його супутника Харона і об’єктів поясу Койпера. |
| Rosetta | 2004 — 2016 | Автоматичний зонд із модулем Philae для посадки на комету. | Дослідження комети 67P/Чурюмова-Герасименко, аналіз складу ядра й коми. |
| Parker Solar Probe | 2018 — теперішній час | Зонд для вивчення Сонця. Оснащений захисним екраном від високих температур і приладами для аналізу сонячного вітру. | Дослідження корони Сонця, сонячного вітру й магнітного поля. |
| BepiColombo | 2018 — теперішній час | Європейсько-японська місія для вивчення Меркурія. Складається з двох зондів: орбітального й магнітометричного. | Вивчення поверхні, магнітосфери й екзосфери Меркурія. |
| OSIRIS-REx | 2016 — 2023 | Автоматичний зонд для збору зразків з астероїда. Оснащений роботизованою рукою та спектрометрами. | Збір зразків з астероїда Бенну, їх доставка на Землю для аналізу. |
- Порівняйте місії Voyager і New Horizons. Чим відрізняються їхні завдання та характеристики апаратів?
- Чому місії Voyager та New Horizons є важливими для науки. Як їхні дослідження впливають на розуміння нашої Сонячної системи?
- Як ви вважаєте, чи варто вкладати значні кошти в космічні місії, враховуючи соціальні проблеми на Землі?
- Через 50 років, які нові космічні місії могли б з’явитися? Які питання, на вашу думку, будуть у центрі уваги майбутніх дослідників?
Дружня порада вчителю
Інформація в таблицях надається для ознайомлення учнівства самостійно.
Потім можна обговорити, які закономірності простежуються в таблиці, а вже після цього перейти до питань під таблицею.
Запропонуйте власну концепцію космічної місії.
Опишіть її:
- Рівень А: назва, основні завдання, можливий час роботи.
- Рівень В: + характеристики апарата (яке обладнання повинно бути на космічному апараті під час виконання місії).
- Рівень С: + які проблеми можуть виникнути під час місії та можливі способи їх вирішення.
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 17 хв.
Ця робота є невеликим проєктом. Поділіть учнів на групи 4-5 осіб. При цьому поясніть, що в кожній групі учні повинні розподілити окремі елементи проєкту між собою для швидшого виконання.
Назви марсоходів Спірит (Spirit), Оппортьюніті (Opportunity) та К’юріосіті (Curiosity) були обрані через конкурси серед школярів та студентів, організовані NASA.
Запропонуйте свою назву нового марсохода та аргументуйте, чому ваш вибір припав саме на цю назву.
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 3 хв.
Відео
Відео
- Перегляньте візуалізацію, у якій представлено реальне місце знаходження усіх супутників, які знаходяться на орбіті навколо Землі.
https://stuffin.space/
Урок №12. Дослідження Землі та космосу за допомогою штучних супутників та космічних апаратів
Мета уроку: дослідити роль супутників та космічних апаратів у вивченні Землі та космосу; визначити типи орбіт, якими рухаються супутники в залежності від особливостей їх використання; ознайомитися з деякими космічними місіями та їхніми завданнями.
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- 4. Якісна освіта.
- 9. Інновації та інфраструктура.
- 14 Збереження морських екосистем.
- 15.Збереження екосистем суші.
- 17. Партнерство заради стійкого розвитку.
Ключові слова: супутник, геостаціонарна орбіта, космічний апарат.
План уроку:
- Мотиваційна частина.
- Теоретичний блок.
- Штучні супутники.
- Космічні апарати та їхні місії.
- Попрактикуймо самостійно.
- Рефлексія.
Очікувані результати для учнівства:
На рис. 1 зображені всі штучні супутники, що обертаються навколо нашої планети, і їх дуже багато. Спробуйте перевірити свою інтуїцію та відповісти на такі запитання:
- Яка приблизна кількість супутників обертається навколо Землі станом на травень 2023 року?
- Скільки супутників було запущено за весь час космічної ери?
- Який прогноз учених щодо кількості супутників, що будуть обертатися навколо нашої планета до 2030 року.
Посилання на відеоджерела:
Відео
Відео
Відео
Відео
2.1. Штучні супутники
Супутники — це штучні космічні об’єкти, які перебувають на орбіті навколо планет або інших небесних тіл.
Подумайте, на які групи за призначенням поділяються супутники?
Супутники можуть обертатися на різних висотах, відповідно, мати різну орбіту. Найменша висота, на якій обертаються супутники, — 160 км.
Геостаціонарна орбіта — це орбіта, на якій супутник перебуває в постійному положенні відносно Землі. Він обертається навколо Землі з тією ж швидкістю, з якою Земля обертається навколо своєї осі. Супутники на геостаціонарних орбітах розташовані на висоті близько 35 786 км над Землею.
Перегляньте таблицю, у якій представлена інформація про різні орбіти та їх використання.
| Тип орбіти | Висота | Короткий опис |
|---|---|---|
| Низька навколоземна орбіта (LEO) | 160–2000 км | Найближча до Землі орбіта. Використовується для наукових досліджень, телекомунікацій, космічних станцій. |
| Середня навколоземна орбіта (MEO) | 2000–35 786 км | Використовується для навігаційних супутників (GPS). |
| Геостаціонарна орбіта (GEO) | ~35 786 км | Супутник обертається синхронно з обертанням Землі. Використовується для телекомунікацій, метеорології. |
| Геосинхронна орбіта | ~35 786 км | Супутник може рухатися не строго над екватором. Використовується для спеціалізованих завдань. |
| Полярна орбіта | 200–1000 км | Проходить над полюсами Землі. Використовується для метеорології, спостереження за Землею. |
| Сонячно-синхронна орбіта | 600–800 км | Супутник проходить над точками Землі в однаковий час доби. Ідеальна для моніторингу. |
| Високоеліптична орбіта (HEO) | Змінна (еліптична траєкторія) | Супутник проводить багато часу у висотній частині орбіти. Використовується для зв’язку та спостережень. |
| Екваторіальна орбіта | Залежить від задач | Рух виключно над екватором. Використовується для геостаціонарних супутників. |
Вітаю! Ви знаходитеся на співбесіді на вибір кандидата для роботи в космічному агентстві. Дайте відповідь на ці питання, і ця робота буде вашою. А щодо мотивації пам’ятайте: заробітна плата інженерів може становити $100 000 на рік (і це без бонусів)!
- Розподіліть наступні типи супутників за видами орбіт:
- метеорологічний супутник;
- навігаційний супутник GPS;
- супутник для телевізійного мовлення;
- супутник для спостереження за Землею.
- Яку орбіту оберете для:
- супутника, який передає інтернет-сигнал у віддалені регіони;
- супутника для дослідження полярних льодовиків;
- астрономічного телескопа для спостереження за глибоким космосом?
- Поясніть, чому геостаціонарна орбіта підходить для супутників зв’язку, а низька навколоземна орбіта — для наукових досліджень.
- Як змінюється швидкість супутника, якщо він переходить з низької навколоземної орбіти (LEO) на геостаціонарну орбіту (GEO)? Поясніть, чому це відбувається.
2.2. Космічні апарати та їхні місії
Дослідження Сонячної системи за допомогою космічних апаратів є одним із ключових напрямів сучасної астрономії та космічної науки. Космічні апарати дозволяють вивчати планети, їхні супутники, астероїди, комети та інші об’єкти, які неможливо дослідити з поверхні Землі.
Перегляньте таблицю, у якій представлена інформація про космічні місії та їхні завдання.
| Назва місії | Період діяльності місії | Характеристики апаратів | Завдання |
|---|---|---|---|
| Voyager 1 і 2 | 1977 — теперішній час | Автоматичні міжпланетні зонди. Оснащені приладами для вивчення планет, магнітних полів, частинок і хвиль. | Дослідження зовнішніх планет, їхніх супутників, магнітних полів і меж Сонячної системи. |
| Hubble Space Telescope | 1990 — теперішній час | Орбітальний телескоп. Оснащений дзеркалом діаметром 2,4 м для спостережень у видимому, інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах. | Астрономічні дослідження, відкриття далеких галактик, чорних дір, туманностей. |
| Cassini-Huygens | 1997 — 2017 | Орбітальний зонд і посадковий апарат. Cassini досліджував Сатурн, Huygens спустився на Титан. | Дослідження Сатурна, його кілець і супутників, атмосфери Титана. |
| Mars Rovers (Spirit, Opportunity, Curiosity, Perseverance) | 2004 — теперішній час (Perseverance) | Марсоходи з набором камер, спектрометрів, бурових установок і хімічних лабораторій. | Дослідження поверхні Марса, пошук слідів води та можливого життя. |
| Juno | 2011 — теперішній час | Автоматичний зонд для вивчення Юпітера. Оснащений приладами для аналізу магнітного поля, атмосфери, гравітації. | Дослідження атмосфери, магнітного поля й структури Юпітера. |
| New Horizons | 2006 — теперішній час | Автоматичний зонд для дослідження Плутона та об’єктів поясу Койпера. Оснащений камерами та спектрометрами. | Дослідження Плутона, його супутника Харона й об’єктів поясу Койпера. |
| Rosetta | 2004 — 2016 | Автоматичний зонд із модулем Philae для посадки на комету. | Дослідження комети 67P/Чурюмова-Герасименко, аналіз складу ядра й коми. |
| Parker Solar Probe | 2018 — теперішній час | Зонд для вивчення Сонця. Оснащений захисним екраном від високих температур і приладами для аналізу сонячного вітру. | Дослідження корони Сонця, сонячного вітру й магнітного поля. |
| BepiColombo | 2018 — теперішній час | Європейсько-японська місія для вивчення Меркурія. Складається з двох зондів: орбітального й магнітометричного. | Вивчення поверхні, магнітосфери й екзосфери Меркурія. |
| OSIRIS-REx | 2016 — 2023 | Автоматичний зонд для збору зразків з астероїда. Оснащений роботизованою рукою та спектрометрами. | Збір зразків з астероїда Бенну, їх доставка на Землю для аналізу. |
- Порівняйте місії Voyager і New Horizons. Чим відрізняються їхні завдання та характеристики апаратів?
- Чому місії Voyager та New Horizons є важливими для науки. Як їхні дослідження впливають на розуміння нашої Сонячної системи?
- Як ви вважаєте, чи варто вкладати значні кошти в космічні місії, враховуючи соціальні проблеми на Землі?
- Через 50 років, які нові космічні місії могли б з’явитися? Які питання, на вашу думку, будуть у центрі уваги майбутніх дослідників?
Запропонуйте власну концепцію космічної місії.
Опишіть її:
- Рівень А: назва, основні завдання, можливий час роботи.
- Рівень В: + характеристики апарата (яке обладнання повинно бути на космічному апараті під час виконання місії).
- Рівень С: + які проблеми можуть виникнути під час місії та можливі способи їх вирішення.
Назви марсоходів Спірит (Spirit), Оппортьюніті (Opportunity) та К’юріосіті (Curiosity) були обрані через конкурси серед школярів та студентів, організовані NASA.
Запропонуйте свою назву нового марсохода та аргументуйте, чому ваш вибір припав саме на цю назву.
Відео
Відео
- Перегляньте візуалізацію, у якій представлено реальне місце знаходження усіх супутників, які знаходяться на орбіті навколо Землі.
https://stuffin.space/
Ділись та обговорюй важливе