Топ 5 алтернативни астрономически схващания и как да ги опровергаем

Астрономията има своя справедлив дял от митове и погрешни схващания. Това вероятно е съвсем естествено като се има предвид важната роля, която играят небесните явления в нашето ежедневие – от красотата на пълната луна в нощното небе до романтичните залези, пътеводните звезди и измерването на времето.

За голяма част от учениците астрономията е сложна и абстрактна наука, която се свързва с изучаването на различните космически обекти. Често те изпитват затруднения да си представят модела на движението им в пространството, размерите им, а също и процесите, които протичат в Космоса. Това, в комбинация с често използвани в ежедневието изрази и големите празноти в познанията ни за Вселената, води до формиране на алтернативни представи за астрономията, за обектите и явленията, които тя изучава.

Как можем да опровергаем тези представи и да направим астрономията по-достъпна за учениците?

Ако и вие се чудите, продължавайте да четете! В тази статия ще разгледаме петте най-често възприемани от учениците алтернативни схващания за астрономическите обекти и явления. Ще ви предложим и дейности, с помощта на които да опровергаете някои от тях.

1. Тъмната страна на Луната е във вечна тъмнина

Точно като всяка друга луна или планета в нашата слънчева система, Луната има дневен и нощен цикъл и през половината от времето е забулена в тъмнина, докато другата половина е осветена от Слънцето. Но тъй като въртенето на Луната съвпада с това на Земята, от гледна точка на нашата планета винаги виждаме едно и също полукълбо на Луната, като 41% от повърхността ѝ е скрита от погледа. Въпреки това, тъмната ѝ страна всъщност е само нейната нощна страна и по-добрият термин за този регион би бил – обратната страна на Луната.

2. Меркурий е най-горещата планета в Слънчевата система

Като цяло, колкото по-близо е една планета до Слънцето, толкова по-висока е нейната температура. Въпреки това Меркурий (427 градуса по целзий) няма почти никаква атмосфера, която да задържа топлината ѝ и така планетата всъщност е по-хладна от Венера (460 градуса по целзий), чиято гъста атмосфера от въглероден диоксид действа като одеяло за улавяне на слънчевата топлина.

3. Външните планети са газови гиганти

Външните планети често се наричат газови гиганти, но Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун биха били по-добре описани като течни светове, тъй като с увеличаването на налягането техните обширни газови атмосфери в крайна сметка се компресират в течни океани от предимно водород и хелий. Водородът допълнително се принуждава да премине в метално състояние в ядрата на тези планети, което е причина за силните магнитни полета, които обграждат всички външни планети.

4. Четирите сезона са резултат от променящото се разстояние между Земята и Слънцето 

Много хора вярват, че Земята е по-близо до Слънцето през лятото и затова е по-горещо, а през зимата се намира най-далеч от Слънцето и това е причината за по-ниските температури.

Въпреки че тази идея има смисъл, тя е неправилна.

Вярно е, че орбитата на Земята не е идеален кръг. През една част от годината Земята наистина е по-близо до Слънцето, отколкото през останалата част. В Северното полукълбо обаче имаме зима, когато Земята е най-близо до Слънцето, и лято, когато е най-далеч! Освен това, анализ на многогодишни данни показва, че през годините варирането на разстоянието между Земята и Слънцето  не е оказало сериозно въздействие върху климата на планетата.

Има различна причина за сезоните на Земята.

Земната ос е въображаема линия, минаваща точно през центъра на Земята от Северния към Южния полюс. Земята се върти около тази линия като прави едно пълно завъртане всеки ден.

Земята има сезони, защото оста й не стои изправена.

Всъщност тя е наклонена с приблизително 23 градуса. Оста на Земята остава фиксирана в пространството, винаги сочеща в една и съща посока, докато Земята преминава през своята орбита около Слънцето и наклонът променя начина, по който слънчевата светлина осветява земната повърхност на дадено място. Когато в Северна Америка е лято, горната част на оста (Северният полюс) сочи по посока на Слънцето и слънчевите лъчи огряват директно Северна Америка; докато в Южна Америка, където е зима, оста е наклонена встрани от Слънцето и слънчевите лъчи достигат земната повърхност под наклон.

5. Полярното сияние е причинено от отразена светлина от ледените шапки на полярните региони. 

Попитайте учениците си дали някога са чували за Северното сияние (Aurora Borealis). Най-вероятно повечето от тях са чували за него и знаят, че то е явление в небето, което се наблюдава в северните ширини. Можете да чуете най-различни обяснения за появата му – отражение на светлината от леда, извънземни, научни експерименти или божествени сили.

Причина за това красиво явление са слънчевите изригвания, известни и като слънчев вятър – поток от йони и електрони, които непрекъснато се отделят от Слънцето. Te достигат Земята за приблизително 40 часа, причинявайки смущения в магнитното поле. То улавя тези частици, повечето от които пътуват към полюсите, където се ускоряват към земната повърхност. Сблъсъците на тези частици с атмосферните атоми и молекули причиняват освобождаване на енергия под формата на потоци или арки от цветна светлина. Магнитното поле на Земята създава две области с овална форма, където интензитетът на заредените частици е най-висок и полярните сияния се наблюдават най-често. В тези райони полярните сияния могат да се появят по време на около 250 нощи през годината.

Алтернативните астрономически схващания несъмнено са присъщи на голяма част от учениците, затова е важно да им предложим възможност да изследват идеите си и по този начин да достигнат до научно обосновани изводи.

Ето няколко лесни експеримента, с помощта на които можете да опровергаете някои от изброените алтернативни концепции:

Коя е най-горещата планета?

Можете лесно да изследвате алтернативното схващане, че Меркурий е най-горещата планета с помощта на два термометъра.

• Раздайте на учениците по един работен лист, в който да отбелязват наблюденията си.
• Отбележете каква температура показват термометрите преди началото на експеримента. 
• След това поставете единия термометър до прозореца (Меркурий), а другия термометър – вътре в стаята, на осветено място далеч от прозореца (Венера).
• Сложете по-отдалечения термометър в обърнат с отвора надолу стъклен буркан, след което увийте буркана с тъмен плат.
• На всеки 5 минути учениците трябва да отбелязват промените в температурата.
• Формулирайте изводи на базата на направените измервания.

Свалете работен лист “Измерване на температурната разлика”

Сезоните на Земята

Ето как можете да опровергаете алтернативното схващане, че сезоните на Земята се определят от разстоянието между Земята и Слънцето:

• Поставете фенерче върху купчина от книги, висока 10 см.
• Прикрепете с кламери лист милиметрова хартия към корицата на учебник.
• Включете фенерчето.
• Поставете учебника с прикрепената хартия вертикално пред фенерчето и преместете учебника по-близо или по-далеч от него, докато светлината върху хартията образува средно голям, ярък кръг с диаметър около 7-8 см. Уверете се, че има поне пет см хартия над горната част на светлинния кръг.
• Насочете вниманието на учениците към осветената площ. Колко ярка е светлината върху хартията? С помощта на химикал или молив учениците трябва да очертаят контура на светлината върху хартията, след което да запишат броя на осветените квадратчета. За целите на експеримента можете да раздадете на учениците по един работен лист, в който да записват наблюденията си.
• Без да променят разстоянието между фенерчето и учебника, учениците трябва да наклонят учебника назад, далеч от фенерчето, с около 20 градуса. За целта използвайте транспортир, поставен в основата на учебника. Как се промени осветената площ? А интензивността на светлината? Учениците трябва да очертаят осветената площ и да запишат наблюденията си в работния лист.
• Повторете какво се случва със светлината ако промените наклона на учебника на 30, 40 и 45 градуса.
• Дискутирайте получените резултати. Направете предположение под какъв ъгъл падат слънчевите лъчи, когато в България е лято или зима. В кои други части на света тези сезони настъпват по същото време?
• Проверете дали заключенията на учениците са правилни като поставите малък глобус пред фенерчето.
• Ако увеличите разстоянието между глобуса и фенерчето, това ще промени ли сезонния цикъл?

Свалете работен лист “Каква е причината за сезоните на Земята”

Изработване на хомополярен двигател

В условията на класната стая е трудно да бъдат пресъздадени условията за възникване на северните сияния. Макар да не можете да накарате светлините да танцуват, можете да използвате този лесен и красив експеримент за изследване на силата на Лоренц, с който да покажете на учениците какво се случва, когато поток от електрони попадне в магнитно поле.

• Разделете класа на групи от по четирима ученици.
• Раздайте на всеки екип по един шаблон за изработване на хомополярен двигател (по-надолу наричан още кънкьор).
• Всяка група трябва да отреже 25 см медна тел (7 мм), след което да я огъне по очертанията на шаблона с помощта на клещи. За оформяне на главата предложете на учениците да увият телта около молив. Няма нужда формата да бъде перфектна, но е важно да бъде възможно най-симетрична.
• Върху отрицателната страна на батерия учениците трябва да поставят три цилиндрични неодимови магнита, всеки от тях с размери 12 мм х 2 мм.
• След това двигателят трябва да бъде поставен върху батерията, така че да докосва положителния полюс. За да работи добре моторът, трябва да се уверите, че закръглението в долната му част е разположено достатъчно ниско, така че да обхване магнитите.
• Ако учениците са работили правилно, кънкьорът ще започне да се върти. Ако моторът не работи, опитайте да завъртите магнитите на обратно и да обърнете поляритета.

Свалете шаблон “Изработване на хомополярен двигател”

За какво да внимавате:

• Следете топлината! Някои мотори, които се въртят много бързо, се нагряват силно. Проверете батерията и ако установите прегряване, спрете мотора, оставете я да изстине и премахнете магнитите. Не използвайте повторно тази батерия.
• Отстранете магнитите веднага след спиране на двигателя. Те ще изтощят батерията, ако останат свързани.
• Медният проводник трябва да може свободно да се движи около батерията и магнитите. Ако е твърде близо до батерията или магнита, ще заседне и ще остане неподвижен.

Съвсем просто казано, хомополярните двигатели демонстрират силата, която се генерира, когато електричеството се движи през магнитно поле. Медният проводник провежда електричество от единия край на батерията до другия. Докато се движи през магнитите от отрицателната страна на батерията, той създава сила, която кара жицата да се върти.

Този експеримент показва как енергията на електроните може да бъде преобразувана в друг вид енергия, преминавайки през магнитно поле. Какъв паралел може да се направи между това изследване и северното сияние?

В заключение

Астрономията е трудна наука и изучаването й неизменно включва огромни числа, сложни формули и множество въпроси, на които учените все още търсят отговори. Добрата новина е, че учениците ви винаги ще имат богат набор от алтернативни (или не?) схващания за космическите обекти и явления, които ще можете заедно да изследвате. Не се колебайте да опитате!

За статията са използвани следните ресурси, допълнени с идеи от личния опит на автора:

Seasonal Science: The Reasons for the Seasons | STEM Activity (sciencebuddies.org)

identifying-and-addressing-astronomy-misconceptions-in-the-classroom.pdf (cambridge.org)

User Submitted Science Misconceptions (newyorkscienceteacher.com)

The Aurora Borealis | NSTA