Историята на Вселената

В тази дейност учениците изработват линия на времето, която показва различни събития от раждането на Вселената до днес. По този начин научават възрастта на Вселената, на Земята и от колко време съществува човешкият вид.

След изпълнение на тази дейност, учениците ще могат да:

• обяснят колко стара е Вселената;
• да обяснят, че Земята е сравнително млада, в сравнение с възрастта на Вселената;
• да обяснят, че съществуването на човешкия вид е изключително кратък период от възрастта на Земята и на Вселената.
• да упражняват математически умения, свързани с преминаването между различни единици за измерване на времето, както и да работят с мащаби, за да създадат своя собствена линия на времето

В края на дейността, учениците трябва да са в състояние да знаят най-важните етапи в еволюцията на Вселената и на Земята и да имат представа за тяхната продължителност във времето. Трябва да могат да обяснят колко стара е Вселената и колко по-млада от нея е Земята, както и да посочат изключително краткият времеви интервал, в който човешки същества ходят по планетата. Отбележете дали в резултат на урока концепцията за „старост“ на учениците се е променила?

Допълнителна задача: Учителят може да помоли учениците да пресметнат разликата между две епохи. Например: колко години е минало от момента на раждането на Слънчевата система до появата на човешкия вид на Земята.

За всяка група от трима ученици:

• опаковъчна хартията
• калкулатор или карирана хартия
• ножици
• лепило
• цветни моливи, химикалки или боички за оцветяване

За всеки ученик:

• Работен лист ( PDF)
• Молив или химикалка

За изработката на линията на времето от целия клас:

• 12 листа с размер А4 – бели или цветни по избор
• 1 цвете лист А4 за часовник

Земята

Земята е наш дом. Тя е третата планета от Слънчевата система, започвайки броенето от самото Слънце. Средното разстояние между Земята и нашата звезда е около 150 милиона километра. Това разстояние, както и подходящия състав на земната атмосфера, позволяват средната температура на планетата да е над 0° С. В резултат е възможно на повърхността на Земята водата да тече. Факт, който е изключително важен, защото без вода животът, поне такъв, какъвто го познаваме, не е възможен. Нека разгледаме например Венера или Марс. Там температурата на повърхността или е много голяма (всъщност Венера е най-горещата планета в цялата Слънчева система поради изключително плътната си атмосфера и неограничения парников ефект) или твърде ниска (както е на Марс, където атмосферата е много тънка и почти изцяло от въглероден диоксид, който е отровен за нас, хората). Луната е единственият постоянен естествен спътник на Земята. Тъй като е доста голяма се смята, че е изиграла ключова роля за стаблизирането на оста на въртене на планетата ни. Учените считат, че това също е повлияло положително върху вероятността за поява на живот на ранната Земя.

Слънцето и всички тела в Слънчевата система се раждат горе-долу едновременно преди около 4,5 милиарда години. Първият живот на Земята възниква малко по-късно, преди около 3,8 милиарда години, и е под формата на едноклетъчни организми, т.нар. бактерии. Един милиард години по-късно възниква многоклетъчния живот, макар не и във вида, който познаваме днес. Насекомите и рибите започват да еволюират преди около 500 милиона години. Динозарите и друтите бозайници се появяват преди около 200 милиона. Преди около 65,5 милиона години удар с голям астероид в комбинация с активна вулканична дейност унищожава динозаврите и голяма част от видовете на Земята. Това позволява на редица по-малки бозайници да заемат свободните еволюционни ниши. Появата на Homo Sapiens, съвременният човек, е преди около 200 000 години (някои изследователи дори изместват датировката с още сто хиляди години назад във времето).

Вселената

Вселената наричаме огромното (може би дори безкрайно) количество пространство, което съдържа цялото количество вещество и енергия, които съществуват. Вселената съдържа всички галактики, звезди, планети и други обекти. Точният размер на Вселената не е известен (макар последните астрономични измервания да показват, че видимата част на Вселената има диаметър от 90 милиарда светлинни години т.е. разстоянието, което светлината би изминала за 90 милиарда години – наистина плашещо много!). Учените смятат, че Вселената и днес не спира да се разширява, при това с ускорение. Началото обаче е дадено преди 13,82 милиарда години, когато цялата Вселената се е родила от огромна космическа експлозия, наречена Голям Взрив.

За да изследват Вселената, учените наблюдават светлината от различни обекти: например звезди и галактики. Светлината е електромагнитна вълна, а полученото количество светлина от даден обект показва т.нар. спектър на съответното тяло. От него можем да разберем дали обектът се приближава или отдалечава от нас. Причината е, че ако обектът бяга от нас, неговият спектър е изместен към червения цвят, а ако се приближава – към синия. Колко по-червено отместена е светлината от даден обект, толкова по-бързо се отдалечава той от нас. Изследвания на специален тип избухващи звезди, наречени свръхнови от тип Ia, показват, че днес Вселената не само се разширява, но и ускорява своето разширение. Скоростта на разширение е известна като константа на Хъбъл, на името на астронома Едуин Хъбъл, който доказва разширението на Вселената още през 1929 г.

Снимка: NASA ESA STScI (С. Бекут), екипа на HUDF („Ултра дълбок поглед на космическия телескоп „Хъбъл“). На тази снимка се виждат стотици хиляди стари галактики, заснети с космическия телескоп „Хъбъл“. Най-ранната галактики се е родила само около 300 милиона години след Големия Взрив.

Подготовка

За изработката на линията на времето ще ви трябват 12 листа формат А4. Всеки лист ще представя един месец от годината. Разделете листа с месец декември на 31 квадратчета – това са дните. Номерирайте ги от 1 до 31. На цветен лист формат А4 нарисувате окръжност, както е показано на схемата. Това са последните 10 минути от последния ден на месец декември. Окачете линията на времето и цветния лист на стената или черната дъска така, че всички ученици да могат да ги виждат. В идеалния вариант всеки ученик лесно ще има достъп до окачените листове.

Дейност 1: Какво е година?

Стъпка 1:

Учените изпълняват Задача 1 от работния лист.

Стъпка 2:

Обяснете накратко какво е година. Попитайте дали всяка година има еднаква времева продължителност.

Стъпка 3:

Обсъдете следните въпроси: Колко старо е наистина старото? Един татко стар ли е? А дядо? Ами Дядо Коледа? А какво ще кажете за един античен стол?

Стъпка 4:

Обсъдете с учениците колко далеч във времето познаваме историята. Обяснете, че повечето от онова, което знаем, се дължи на писмени източници. А когато говорим за древните цивилизации на Земята, когато хората още не са били открили писмеността, използваме науки като археологията, които изследват останките от съответните цивилизации.

Стъпка 5:

Учениците ще изследват колко стара е Вселената и ще разберат кога са се случили някои от важните събития в нея.

Дейност 2: Линия на времето на Вселената

Стъпка 1:

Насочете вниманието на учениците към линията на времето. Попитайте ги дали знаят какво е Вселена. Обяснете, че линията на времето показва в мащаб времето от началото на Вселената, Големият Взрив, до днешния ден. Всичките 13,82 милиарда години тук са представени като дните и месеците на една календарна година. След което насочете вниманието си към цветния лист т.е. към часовника и обяснете, че той представя само последните десет минути от последния ден на месец декември.

Стъпка 2:

Разпределете учениците в групи по трима. Дайте на всяка група калкулатор и лист карирана хартия.

Стъпка 3:

Помолете учениците да изпълнят Задача 2 от а (а) до в (с). Помогнете им да попълнят таблицата. Обяснете как да пресметната дължината на един месец на времевата линия спрямо реалния времеви мащаб на Вселената (13,82 милиарда години, делено на 12 месеца, означава, че всеки месец отговаря на около 1,15 милиарда години). По-долу можете да намерите отговорите. Тази информация ще трябва на учениците за следващата задача.

Време върху линията на времето / Истинско време: 1 година / 13,82 милиарда години 1 месец / 1,15 милиарда години (1150 милиона години) 1 седмица /260 милиона години 1 ден / 37 милиона години 1 час / 1,5 милиона години 1 минута / 26 000 години 1 секунда / 430 години

Тук е важно да отбележим, че в следващата част на упражнението ще приемем, че Възрастта на Вселената е 15 милиарда години (за улеснение при изчисленията). Но помнете, че истинската възраст по последни научни данни е 13,82 милиарда години! След Големия Взрив Вселената рязко се разширява и после започва да се охлажда. Постепенно се образуват химичните елементи, след това звездите и галактиките (включително и нашият Млечен път). Преди около 4,5 милиарда години се раждат Слънцето, Земята и другите планети в Слънчевата система. Различните геоложки епохи отминават, а от първите живи организми постепенно се развива и сложен живот. Върху линията на времето Големият взрив ще бъде маркиран като 00:00 часа на 1 януари. Земята е родена през септември, а първите човешки същества се повяват в 23:57 часа на 31 декември.

Стъпка 4:

Предоставете на всяка група определено събитие за изследване. Третата колона от горната таблица представя 11 събития , които могат да бъдат разпределени между групите.

Стъпка 5:

Групите изпълняват Задача 2 от точка д (d) до точка л (j). Учениците пресмятат точката на времевата линия, в която се случва събитието. Преди да започнат работа, моля направете едно събитие заедно с тях и го обсъдете на работния лист.

Стъпка 6:

За Задача 2к извадете опаковъчната хартия, цветните моливи, лепилото и ножиците. Мотивирайте учениците да направят нещо, което те свързват със съответното описано събитие (например модел на динозавър) и го залепете върху линията на времето.

Дейност 3: Колко старо е наистина старо?

Стъпка 1:

Учениците изпълняват Задача 3 на работния лист.

Стъпка 2:

Обсъдете отговорите и готовата линия на времето. Обяснете, че цялата линия на времето обхваща 15 милиарда години, така че 1 секунда е около 500 години. Напомнете, че истинската възраст на Вселената е 13,82 милиарда години, но в упражнението използваме 15 като удобно приближение за изчисленията. Заедно с учениците стигнете до извода, че Вселената е наистина много стара и в сравнение с нея Земята се е образувала сравнително скоро. От дурга страна, съществуването на човешкия вид е само една малка частица време в сравнение с живота на планетата Земя.

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, the origins of the Universe

Space Awareness учебни програми теми (ЕС и Южна Африка) Нашата прекрасна Вселена, произход на Вселената