Matka avaruuteen v Jakson tavoitteet Oppilas oppii noudattamaan annettuja ohjeita tekemään havaintoja ja mittauksia, etsimään tietoa tutkittavasta kohteesta sekä pohtimaan tiedon luotettavuutta tekemään johtopäätöksiä havainnoistaan ja mittauksistaan sekä tunnistamaan luonnonilmiöihin ja kappaleiden ominaisuuksiin liittyviä syy-seuraussuhteita tekemään yksinkertaisia luonnontieteellisiä kokeita, joissa selvitetään ilmiöiden ja kappaleiden ominaisuuksia sekä niiden välisiä riippuvuuksia käyttämään luonnontieteellisen tiedon kuvailemisessa, vertailemisessa ja luokittelussa fysiikan ja kemian alaan kuuluvia käsitteitä. Keskeiset sisällöt Maan vetovoima ja voimista aiheutuvia liike- ja tasapainoilmiöitä Maan ja Kuun liikkeet ja näistä aiheutuvia ilmiöitä sekä Aurinkokunnan rakenne ja tähtitaivas. v Jakson toteutus Matka avaruuteen (arvio 5 oppituntia) 11. Säteilevä Aurinko (1 ot) 12. Kerran vuodessa Auringon ympäri (1 ot) 13. Kuun liikkeet (1 ot) 14. Aurinkokunnan rakenne (1 ot) 15. Katse kauemmas avaruuteen (1 ot) Ryhmätyö- tai projektiaiheita Auringon tarkkaileminen päivittäin jonkin jakson aikana koejärjestelyn avulla l (luku 11) Vuodenaikojen vaihtumisen ja vuorokauden pituuden muuttumisen seuraaminen kouluvuoden aikana (luku 12) Kuun vaiheiden seuraaminen ja raportoiminen kuukauden aikana (luku 13) Ryhmätyöt planeetoista eri aineiden opetukseen integroiden (luku 14) Tähtitaivaan tarkkailu tietyn jakson aikana tai talven ja myöhäisen kevään tähtitaivaan vertailu (luku 15) Avaruustutkimuksen historian ja nykyisen kehityksen selvittäminen (luku 15) Kiva tietää Astrologia Astrologia on usko siihen, että tähdet ja planeetat vaikuttavat ihmisten elämään. Eläinrata on 12 tähdistön vyö, joka ylittää taivaan. Sen alueella liikkuvat Aurinko, Kuu ja kirkkaat planeetat. Stonehenge (kuva yllä keskellä) Stonehenge on kivipaasien kehä, joka sijaitsee lounaisessa Englannissa. Sen rakentaminen aloitettiin jo vuoden 1800 eaa. vaiheilla. Paadet on sijoitettu niin, että keskikesän auringonnousun säteet voitiin ottaa vastaan palvontamenoissa. Paasikehää on mahdollisesti käytetty myös ennustamaan Auringon ja Kuun liikkeitä ja pimennyksiä. Tietojen testaus ja itsearviointi sivulla 243 Jakson koe sivulla 250. 52
F Y S I I K K A Matka avaruuteen Tähtitaivas on aina kiinnostanut ihmiskuntaa. Taivaankappaleisiin ja tähtitaivaan tapahtumiin liittyy monia uskomuksia, joista monet avaruustutkimus on osoittanut vääriksi. Katso viereistä kuvaa ja pohdi, millaisia uskomuksia avaruuteen liittyy. Miten avaruutta voidaan tutkia? Tässä jaksossa tutustutaan siihen, mitä tieteen keinoin on saatu selville ihmeellisestä avaruudesta. v Tarvikkeet jaksoa varten Luku 11 kiikari kirjoja peili Luku 12 karttapallo pöytälamppu ilman varjostinta kynä kartonkia sakset harppi tyhjä purkki (lasi-, jogurtti- tms. purkki) Luku 13 pöytälamppu keppi massapallo tai iso puuhelmi (lankaa) Luku 14 välineet julisteen tekoa varten Luku 15 2 linssiä tai suurennuslasia pitkä viivoitin tai keppi sinitarraa v Johdattelu aiheeseen Kysymyksiä kuvasta 1. Miten valtioiden liput liittyvät avaruuteen? (Yhdysvaltojen ja Uuden-Seelannin lipuissa on tähtiä ja Japanin lipun punainen pallo kuvaa nousevaa Aurinkoa.) Missä muissa lipuissa on avaruuteen viittaavia kuvioita? (esim. Bosnia-Hertsegovinan, EU:n ja Turkin lipuissa) 2. Mikä on tavallisin tapa tehdä ennustuksia avaruuden tapahtumien perusteella? (horoskoopit) 3. Mitkä kuvat liittyvät uskomuksiin? (ihmissusi, horoskooppi, Kuuukko, ET, Stonehenge) 4. Mitä avaruuden tutkimukseen liittyvää kuvassa on? (avaruuslentäjä, kaukoputki, raketti ja Stonehenge, jossa uskonnolliset menot perustuivat Auringon todellisiin liikkeisiin) 5. Kuka avaruuslentäjä on kuvassa? (Neuvostoliiton Juri Gagarin oli ensimmäinen avaruuslennon tehnyt ihminen. Lento oli Vostok I ja se tehtiin Maan ympäri 12.5.1961. Matka kesti 1 h 48 min.) 6. Miten rantaelämä liittyy avaruuteen? (Auringosta tuleva säteily lämmittää ja saa ihon ruskettumaan, mutta on osin myös terveydelle haitallista.) 7. Mistä johtuu se, että saduissa Kuun on ajateltu olevan juustoa tai Kuu on kuvattu vanhan miehen kasvoina? (Kuun pinta on epätasainen, kraatterien peittämä, ja se saa Kuun näyttämään juustolta. Kuussa voi nähdä muitakin kuvioita, vaikkapa kasvot.) WWW-linkit www.ursa.fi/index.html (Tähtitieteellinen yhdistys Ursa) www.fmi.fi/tutkimus_avaruus/ avaruus.html (Ilmatieteen laitos, avaruuden tutkimus) www.sarkanniemi.fi " planetaario " tutustu tähtiakatemiaan (avaruuteen liittyvää tietoa ja tehtäviä oppilaille) Hae tietoa uskomuksista hakusanoilla ihmissusi ja astrologia. 53
11 Säteilevä Aurinko v Tavoitteet Oppilas oppii, että Auringon säteilemä valo ja lämpö ovat maapallon elämälle välttämättömiä oppii, että Aurinko on yksi miljardeista tähdistä tutustuu Auringon rakenteeseen oppii keinoja suojautua Auringon haitallisilta vaikutuksilta. 11 Säteilevä aurinko v Opetuspolku 1. Opettaja lukee ääneen Kiva tietää -tekstin. 2. Keskustellaan pareittain Aurinkoon liittyvistä tiedoista ja kokemuksista. 3. Kootaan keskustelujen tulokset taululle auringon muotoiseksi miellekartaksi (taulumalli). 4. Ryhmitellään asioita merkitsemällä niitä erivärisin sätein ja alleviivauksin. Piirretään kuva myös vihkoihin. 5. Luetaan kappaleen teksti ja verrataan sitä laadittuun miellekarttaan, johon lisätään tietoja tekstistä. 6. Tehdään tutkimus, jos on aurinkoinen päivä. Pilvisenä päivänä tehdään tehtävä 9 yhdessä keskustellen. 7. Kotitehtäviksi tehtävät 1 5. v Elämälle välttämätöntä valoa ja lämpöä Päiväsaikaan taivaalla ei näy yleensä muita taivaankappaleita kuin Aurinko. Aurinko on maapallon elämälle välttämätön, koska se säteilee valoa ja lämpöä. Vaikka Aurinko on noin 150 miljoonan kilometrin päässä Maasta, valolta kestää vain noin kahdeksan minuuttia kulkea tämä matka. Päivällä Auringon säteily näkyy kirkkaana, valkoisena valona. Illalla valo alkaa hämärtyä ja muuttuu Auringon laskiessa keltaisesta punaiseen. Ilman valoa vihreät kasvit eivät voisi yhteyttää eikä muukaan elämä maapallolla olisi mahdollista. Ilman Auringon säteilemää lämpöä Maa peittyisi jäähän. Auringon valo ja lämpö vaikuttavat siis moniin ilmiöihin maapallolla. Maata ympäröivä ilmakehä päästää sopivan määrän elintärkeää lämpösäteilyä ja valoa maapallon pinnalle. Aurinko säteilee myös ultraviolettisäteilyä. Ilmakehä suojaa maapallon elämää heijastamalla suurimman osan tästä vahingollisesta säteilystä takaisin avaruuteen. 54 Fys iikan ik ja kem ian polku 5 Muita esimerkkejä miellekarttaan merkittävistä asioista: Ominaisuuksiin liittyviä: keskikokoinen tähti, elämälle välttämätön, kuuma, kaasupallo, vety, helium, sata kertaa suurempi halkaisija kuin Maalla, koostuu erilaisista kaasukehistä, haitallinen silmille Auringolta suojautuminen: suojavoide, riittävä vaatetus, päivänvarjo, ei saa katsoa suoraan Kokemuksia: kesäloma, sulattaa lumen, kukat kääntyvät sitä kohti, näyttää illalla punaiselta 54
auringonpilkut v YDIN 16 milj. o C kaasupurkaus VÄRIKEHÄ Aurinko on keskikokoinen tähti. Se koostuu erilaisista kaasukehistä, joilla on eri lämpötilat. Auringonpilkut ovat muuta pintaa kylmempiä kohtia. Aurinko on tähti PINTA 5500 o C KORONA Aurinko on yksi miljardeista tähdistä. Se on käsittämättömän kuuma, räjähtelevä kaasupallo, joka koostuu suurimmaksi osaksi vedystä ja heliumista. Vaikka Aurinko on vain keskikokoinen tähti, sen halkaisija on noin sata kertaa suurempi kuin maapallon halkaisija. Tähdet eroavat toisistaan iältään, kooltaan, kirkkaudeltaan, lämpötilaltaan ja väriltään. Tähdet eivät ole ikuisia, vaan ne sammuvat aikanaan. Ei kuitenkaan ole syytä huoleen, koska on arvioitu, että Aurinko säteilee lämpöä ja valoa vielä noin viisi miljardia vuotta! Kiva tietää Tähtien vaiheet U Kun tiheä kaasu- ja pölypilvi alkaa tiivistyä avaruudessa pallomaiseksi pilveksi, kehittyy vähitellen nuori tähti. Ylimääräisestä pölystä ja kaasusta voi tiivistyä tähden ympärille planeettoja. Vakaa tähti, kuten Aurinko, säteilee valoa ja lämpöä miljardien vuosien ajan. Noin kymmenen miljardin vuoden kuluttua tähden ydin luhistuu ja sen kaasukehä laajenee ja jäähtyy. Syntyy punainen jättiläinen, joka säteilee punaista valoa. Punaiset jättiläiset ovat yli sata kertaa suurempia kuin Aurinko, eivätkä ne ole yhtä kuumia. Kaasukehä hajoaa hitaasti avaruuteen, jolloin valkoisena ja kuumana hehkuva ydin paljastuu. Nämä Aurinkoa jopa sata kertaa pienemmät tähdet, valkoiset kääpiöt, hehkuvat sinivalkoisina ja ovat kaikkein kuumimpia tähtiä. Lopulta tähti sammuu pimeäksi ja kylmäksi. Oma Aurinkomme on vasta elinkaarensa puolivälissä (kuvassa vaihe 4). Matka avaruuteen 55 Auringon palvontaa Auringon on uskottu olevan jumala, ja sitä on palvottu monin tavoin. Pohjoismaissa Auringon palvonnalla on ainakin pronssikaudella 1500 400 eaa. ollut tärkeä merkitys. Aurinkoa autettiin erilaisten rituaalien ja uskonnollisten juhlien avulla sen taistelussa yötä ja kylmyyttä vastaan. Kuumilla alueilla Aurinkoa puolestaan lepyteltiin. Sitä pidettiin vihamielisenä olentona, joka halusi tuhota kaiken elämän. Nykyisin auringonpalvonnalla tarkoitetaan auringon ottamista ja rusketuksen hankkimista. v Oppilaat kysyvät Miksi tähdet säteilevät? Tähdet loistavat, koska niiden sisällä tapahtuu jatkuvasti ydinreaktioita, jotka tuottavat energiaa. Tähdet koostuvat suurimmaksi osaksi vedystä. Niiden sisällä oleva valtava paine nostaa lämpötilan miljooniin asteisiin. Näissä olosuhteissa vety-ytimet yhtyvät muodostaen heliumia. Reaktio jatkuu niin kauan, kuin vetyä riittää (esim. 20 mrd. vuotta). Miten Auringon valo saa aikaan värejä? Valkoinen valo on kaikkien valon värien (punaisen, oranssin, keltaisen, vihreän, sinisen ja violetin) sekoitus, joka näyttää värittömältä. Kun Auringon valon säde osuu sopivasti esimerkiksi prismaan tai parvekelasien reunaan, valo jakautuu eri väreihin, spektriksi. Tämä johtuu siitä, että valonsäteet taittuvat kulkiessaan kirkkaan aineen läpi, ja eriväriset valon osat taittuvat hieman eri suuntiin, jolloin ne tulevat näkyviin. Sateenkaari syntyy, kun Auringon valo taittuu ja heijastuu vesipisaroista. Miksi taivas on punainen Auringon noustessa ja laskiessa? Taivaan erilaiset värit johtuvat siitä, että valon osavärit siroavat ilman rakenneosasista ja siinä olevista pölyhiukkasista eri tavoin, kun valon tulosuunta muuttuu. Kun Aurinko nousee tai laskee, valo kulkee pitkän matkan ilmakehän läpi, ja keltaisen ja punaisen sävyt tulevat näkyviin. Taivaan sinisyys päivällä johtuu samasta ilmiöstä silloin valo tulee sellaisesta suunnasta, että sininen osa valosta tulee parhaiten näkyviin. v Integraatio Biologia ja maantieto Biologian ja maantiedon polku 5: ihon suojaaminen (luku 28) Matematiikka Suurten lukujen ja lukujärjestelmän käyttäminen Historia Auringon palvonta muinoin WWW-linkit www.fmi.fi/kysymyksia/index_10.html (Ilmatieteen laitoksen sivut Auringosta ja Kuusta) Hae lisää tietoa hakusanalla auringolta suojautuminen. 55
11 Säteilevä Aurinko v Tutkimukset Katsotaan Aurinkoa turvallisesti Tavoitteet vahvistaa tietoa, että Aurinkoa ei saa katsoa paljain silmin kiinnostua Auringosta ja sen tutkimisesta kokemus siitä, että on mahdollista tutkia kaukaistakin kohdetta harjoitella yhdessä tekemistä. Toteutus ja tulokset Työ on mahdollista suorittaa vain aurinkoi- sena päivänä luokassa, johon Aurinko pais- taa.tu Tutkimuksen yhteydessä painotetaan, että Aurinkoa ei koskaan saa katsoa suoraan pal- jain silmin, eikä edes aurinkolaseilla. Mitä parempi kiikari on, sitä parempi ku- va saadaan; jopa auringonpilkut voivat erot- tua. Myös Auringon ohi kulkevat pilvet ja lin- nut heijastuvat seinälle. Tutkimusraporttina voi piirtää vihkoon havaitun Auringon ku- van ja koejärjestelyn, jotta sen voi toteuttaa kotonakin. Tutkimuksia KATSOTAAN TURVALLISESTI AURINKOA Tee näin Siirrä pöytä ikkunan viereen. Tue kiikari kirjojen avulla pöydälle niin, että auringonsäteet kulkevat kiikarin linssien läpi. Aseta suuremmat linssit kohti aurinkoa, jolloin säteet tulevat huoneeseen pienemmistä linsseistä eli okulaareista. Aseta peili toisen okulaarin taakse. Heijasta peilin avulla okulaarin kautta välittyvä Auringon kuva seinälle. Pimennä huone mahdollisimman hyvin ja tarkenna kuva kiikarin säätimistä. Tarvikkeet pöytä ikkunan vieressä kiikari kirjoja kiikarin tueksi peili Aurinkoa ei saa katsoa paljain silmin, kiikarilla eikä edes aurinkolasien läpi, sillä Auringon voimakas säteily vahingoittaa silmiä. Auringonpimennystäkin saa katsoa vain erikoisvalmisteisilla laseilla. 56 Fysiikan ja kemian polku 5 v Syventävää tietoa Aurinko on elämän edellytys Auringon energia pitää elämän lisäksi yllä muun muassa veden kiertoa sekä valtamerien ja ilmakehän kiertoliikkeitä, tuulia ja merivirtoja. Myös melkein kaikki maapallon energiavarat perustuvat Auringon energiaan. Sähköisiä ja magneettisia ilmiöitä Auringon voimakkaat sähköiset ja magneettiset ilmiöt näkyvät esimerkiksi auringonpilkkujen ja Auringon pinnan purkausten yhteydessä. Aurinkotuuleksi kutsutaan sitä, kun kuumasta (n. 1 000 000 ºC) koronasta virtaa avaruuteen jatkuvasti sähköisesti varautuneita hiukkasia, jotka synnyttävät liikkuessaan magneettikenttiä. Revontulet syntyvät, kun hiukkasia saapuu tavallista enemmän myös Maan magneettikenttään. Osa hiukkasista vuotaa ilmakehään, törmää typpi- ja happiatomeihin, jotka virittyvät. Viritystilan purkautuessa osa energiasta vapautuu valona. Millä Aurinkoa voi katsoa turvallisesti? Auringonpimennystä voi katsoa hitsauslasien läpi. Tavallisten aurinkolasien, noetun lasin tai filmin läpi aurinkoa ei saa katsoa. Kiva tietää Numerotietoa Auringosta massa 1,9891 10 30 kg, 333 400 Maan massa pinta-ala 6,09 10 12 km 2 tilavuus 1,41 10 27 m 3 säde 696 000 km ytimen lämpötila noin 16 miljoonaa ºC pinnan lämpötila noin 5 500 ºC pyörähdysaika 27 vrk 6 h 36 min (päiväntasaajalla) etäisyys Maasta 149 597 871 km ikä noin 5 miljardia vuotta 56
1. 6. KALVO 11.1 2. 3. 4. 5. 5. 6. 8. 2. 1. 3. 4. 9. 7. 10. 11. 12. 13. 14. Vihjeet: 1. Kasvit tarvitsevat tällaista säteilyä yhteyttämiseen. 2. Auringon pinnalla räiskähtelevä ilmiö. 3. Auringon pinnan alla oleva kaasukehä. 4. Auringon sisin kehä, jonka lämpötila on noin 16 miljoonaa ºC. 5. Auringon valon väri päivällä. 6. Aurinko on kooltaan tällainen tähti. 7. Auringon uloin kehä. 8. Auringon pinnalla näkyvä tummempi alue. 9. Auringon kehä, jonka lämpötila on noin 5 500 ºC 10. Aurinko lähettää ympäristöönsä tätä. 11. Auringon säteilyä, joka estää Maata peittymästä jäähän. 12. Suojaa Maata Auringon haitalliselta säteilyltä. 13. Aurinko koostuu osittain tästä alkuaineesta. 14. Aurinko koostuu tästäkin alkuaineesta. MONISTE 11.2 v Tehtävien vastaukset a) b) Auringon rakenne s. 162 Tehtäviä 1. Miksi Aurinko on välttämätön elämälle? 2. Millaista säteilyä Aurinko säteilee? 3. Miten ilmakehä vaikuttaa Auringon säteilyyn? 4. Mikä Aurinko on? Mistä se koostuu? 5. Piirrä vihkoosi kaaviokuva Auringon rakenteesta ja nimeä osat. 6. Miten silmiä voi suojella Auringon säteilyltä? 7. Millä tavoin Aurinko voi vahingoittaa kehoa? Miten siltä voi suojautua? 8. Ota selvää, miten Auringon aiheuttamia palovammoja hoidetaan. 9. Miten Aurinko liittyy alla oleviin kuviin? Tehtäviä Mikä Aurinko on? Ú s. 163 Muistiinpanoja c) d) e) f) Matka av varuu ruutee n 57 1. Aurinko on maapallon elämälle välttämätön, koska se säteilee valoa ja lämpöä. (Ilman Auringon lämpöä Maa peittyisi jäähän. Ilman Auringon valoa kasvit eivät voisi yhteyttää.) 2. Aurinko säteilee valoa ja lämpöä sekä ultraviolettisäteilyä. 3. Ilmakehä päästää sopivan määrän lämpösäteilyä ja valoa maapallon pinnalle, mutta heijastaa suurimman osan vahingollisesta säteilystä takaisin avaruuteen. (Ilmakehän kasvihuonekaasut ylläpitävät sopivan lämpötilan maapallolla heijastamalla maasta haihtuvasta lämmöstä osan takaisin maahan. Opiskellaan luvussa 26.) 4. Aurinko on keskikokoinen tähti, joka koostuu erilaisista kaasukehistä (suurimmaksi osaksi vedystä ja heliumista). 5. Piirretään kuva, johon nimetään: ydin, värikehä, pinta, korona, kaasupurkaus, auringonpilkut. 6. Silmiä voi suojella Auringon säteilyltä niin, ettei katso suoraan Aurinkoon ja käyttää aurinkolaseja ja silmiä varjostavaa päähinettä. 7. Auringon säteily voi aiheuttaa ihon palamisen ja jopa ihosyövän kehittymisen. Säteilyltä voi suojautua pysyttelemällä varjossa, peittävällä vaatetuksella ja auringonsuojatuotteilla. Pitkä oleskelu auringossa voi johtaa auringonpistokseen, jolta voi suojautua käyttämällä päähinettä. Kuumassa saattaa syntyä myös nestevajaus, jolta voi välttyä nauttimalla tarpeeksi vettä. 8. Auringon aiheuttamia palovammoja hoidetaan viilentämällä palanut iho ja kosteuttamalla sitä voiteella. Jos iho palaa erittäin pahasti, on syytä hakeutua lääkärin hoitoon. 9. a) Keväällä Auringon säteily lisääntyy niin, että sää lämpenee ja lumi sulaa. b) Liskot ovat vaihtolämpöisiä, joten ne voivat liikkua vain lämmettyään riittävästi. c) Silmiä voi suojella Auringon säteilyltä aurinkolaseilla. d) Auringon säteilyltä voi suojautua aurinkovarjon avulla. e) Kasvit tarvitsevat Auringon säteilyä yhteyttämiseen. f) Auringon säteilyä voidaan muuttaa sähköksi aurinkopaneelin avulla. 57