Проектно-исследовательская работа «Неизведанный космос. Чёрные дыры»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 13»

ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Неизведанный космос. Чёрные дыры»

Выполнил:

ученик 4 «Б» класса

МБОУ «Лицей №13»

Косолапов Александр

Руководитель:

Косова Наталья Вадимовна

г. Троицк, 2025 г.

Оглавление

Введение.................................................................................................................3

1. Обзор литературы.............................................................................................4

   1. Понятие «Чёрная дыра» ..................................................................................4

   2. Образование чёрных дыр.................................................................................4

   3. Виды чёрных дыр.............................................................................................5

   4. Свойства чёрных дыр ......................................................................................5

   5. Где находятся чёрные дыры? .........................................................................5

   6. Как астрономы обнаруживают чёрные дыры в космосе? ...........................6

   7. Насколько близко можно подобраться к чёрной дыре? ..............................6

   8. Способна ли одна чёрная дыра вобрать в себя другую? .............................6

2. Собственные исследования.............................................................................7

   1. Эксперименты..................................................................................................7

   2. Опрос обучающихся и его анализ ………………………………………….8

Заключение............................................................................................................9

Список использованной литературы..............................................................10

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Космос полон загадок, и одна из самых интересных – это чёрные дыры. Это космические монстры, обладающие невероятной силой притяжения. Что такое чёрные дыры, как они рождаются, какие у них свойства и где они прячутся в бескрайних просторах космоса? В этом проекте я постараюсь ответить на эти и другие вопросы.

Для того, чтобы узнать, как хорошо мои одноклассники разбираются в этой теме, я решил провести опрос среди них. Я попросил ребят моего класса ответитьна 5 вопросов с предложенными вариантами ответов.

Актуальность темы заключается в важности восполнения и продвижении знаний по теме изучения чёрных дыр. Тем более, что учёные говорят, что чёрные дыры – это как космические пылесосы, которые засасывают всё вокруг!

Цель моей работы: выяснить, что такое чёрная дыра и узнать, насколько близко можно к ней приблизиться.

Задачи:

1. Изучить литературу и интернет-ресурсы о чёрных дырах.

2. Найти ответ на вопросы: что такое чёрная дыра, как она образуется, какие бывают виды чёрных дыр и их свойства.

3. Узнать, где находятся чёрные дыры в космосе.

4. Установить, на какое расстояние можно приблизиться к чёрной дыре.

5. Провести анкетирование среди одноклассников.

6. Провести опыты и сделать выводы.

Объект исследования: чёрные дыры как астрофизический объект и элемент научной фантастики.

Предмет исследования: эволюция и природа чёрных дыр.

Гипотеза: предположим, что чёрные дыры, находящиеся в далёком космосе, обладают определёнными свойствами и к ним можно приблизиться на безопасное расстояние.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Понятие «Чёрная дыра»

Чёрная дыра - область в пространстве - времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Ннаучное сообщество заинтересовалось ими только в 1967 году. Их тогда называли «застывшие звёзды».

Термин «Чёрная дыра» появилось совсем недавно, в XX веке. Его придумал американский учёный Джон Уилер.

Чёрная дыра, как космический мощный пылесос. Он такой мощный, что засасывает всё вокруг: пыль, газ, планеты и даже свет! Она называется чёрной, потому что свет не может из неё вырваться, и мы её не видим. Это как невидимая дыра в космосе, которая притягивает к себе всё, что находится рядом. Она образуется, когда умирает очень большая звезда и сжимается до очень маленького размера, но становится очень тяжёлой.

ЛебедьX-1 - одна из наиболее известных чёрных дыр, находящаяся в созвездии Лебедь. С виду она похожа яркое свечение, окружающее пустоту. Однако на самом деле это область, откуда исходит сильнейшее излучение. Масса галактического отверстия почти в 15 раз превосходит массу нашего Солнца!

1.2 Образование чёрных дыр

Существует несколько теорий появления чёрных дыр. Самая простая и распространённая реалистичная - теория гравитационного коллапса больших звезды.

Когда достаточно массивная звезда перед «смертью» разрастается в размерах, то становится не стабильной, расходуя последние топливо. В то же время масса звезды остаётся неизменной, но её размеры уменьшаются, так как происходит, так называемое, уплотнение. То есть, при уплотнение тяжёлое ядро «падает» в само себя. Параллельно с этим уплотнение приводит к резкому повышению температуры внутри звезды и внешние слои небесного тела отрываются, из них образуются новые звезды. В это же время в центре звёзды ядро падает в свой собственный «центр». В результате действия сил гравитации центр обваливается в точку, то есть силы гравитации настолько сильны, что поглощают уплотнённое ядро. Так рождается чёрная дыра, которая начинает искажать пространство и время, что даже свет не может вырваться из неё.

Любопытно то, что чёрную дыру нельзя увидеть при непосредственном наблюдении.

1.3 Виды чёрных дыр

Современная астрофизика рассматривает 4 вида чёрных дыр во Вселенной: звёздные, сверхмассивные, первичные и квантовые.

1. Звёздные чёрные дыры - это чёрные дыры со звёздными массами.

2. Чёрные дыры средней массы.

3. Сверхмассивные чёрные дыры.

4. Ультрамассивные чёрные дыры.

1.4 Свойства чёрных дыр

У чёрных дыр очень интересные свойства.

1. Очень сильная сила притяжения (гравитация): Она притягивает всё: пыль, газ, планеты и даже свет!

2. Невидимость: Так как даже свет не может вырваться из чёрной дыры, мы не можем её увидеть.

3. Горизонт событий: Всё, что пересекает горизонт событий, исчезает в чёрной дыре навсегда.

4. Искривление пространства: Чёрные дыры такие тяжёлые, что они искривляют пространство вокруг себя. С помощью этих свойств чёрные дыры становятся одними из самых интересных и загадочных объектов во Вселенной!

1.5 Где находятся чёрные дыры?

Самый первый вопрос, который волнует людей в проблеме чёрных дыр, это стремление узнать, где вообще находятся чёрные дыры. В действительности, чёрные дыры разбросаны по всей Вселенной. Чёрная дыра может образоваться в любом месте, в том числе и рядом с Солнечной системой. В центрах всех галактик находится свермассивная чёрная дыра.

1.6 Как астрономы обнаруживают чёрные дыры в чёрном космосе?

Для обнаружения чёрных дыр помогают, например, парные светила. Такие звёзды вращаются вокруг общей точки, которую исследователи называют центром масс. Если чёрная дыра образовывается в подобной системе, заметить её не трудно. Если представить, что одно из таких светил превращается в пространственную дыру, а второе - в красного гиганта. Последний растёт и приближается к космическому отверстию, пока оно не начнёт его затягивать. В этот момент вокруг чёрной дыры возникает мерцающее облако, которое отлично видно даже на огромном расстоянии.

1.7 Насколько близко можно подобраться к чёрной дыре?

Горизонт событий чёрной дыры - это невидимая линия, после пересечения которой вы уже не сможете вернуться в исходную точку будете затянуты в неизвестность, из которой не способен выбраться даже свет.

Но ничто не мешает находиться на орбите чёрной дыры.

1.8. Способна ли одна чёрная дыра вобрать в себя другую?

Более крупная чёрная дыра имеет большую силу притяжения, поэтому она начинает «перетягивать» к себе меньшую чёрную дыру. В конце концов, меньшая чёрная дыра приближается всё ближе и ближе, пока не пересекает границу горизонта событий большой чёрной дыры. Как только это происходит, меньшая чёрная дыра, можно сказать «падает» в большую чёрную дыру и становится её частью. Большая чёрная дыра становится ещё больше и сильнее.

2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Эксперименты

Для изучения вопроса исследования чёрных дыр я провёл несколько интересных опытов, чтобы в реальности убедиться в некоторых фактах.

Первый опыт «Невидимая реальность»

Представьте, что наша Земля – это Вселенная, а все, что на ней находится (люди, животные, растения) – это объекты Вселенной (т.е. звезды, планеты, кометы).  Если закрыть глаза, то мы ничего не увидим, но это не означает, что все вокруг нас исчезло.

Второй опыт «Искажение пространства».

Возьмём лист бумаги и поставим две точки. Соединим точки прямой. Расстояние между точками определим при помощи линейки. Теперь скомкаем лист. Расстояние между точками уменьшилось.  Таким образом, можно говорить об изменении пространства внутри чёрной дыры.

Третий опыт «Цвет чёрной дыры».

Возьмём две коробки с небольшими круглыми отверстиями. Одну внутри покрасим белым цветом, а другую чёрным. Посмотрим в отверстия в коробках.  В обоих коробках ничего не видно.  Поместим предметы – их тоже не видно. Поэтому, можно говорить, что внутри чёрные дыры необязательно чёрные. Отсюда следует, что чёрные дыры необязательно чёрные.

Четвёртый опыт «Пылесос».

Если рассыпать предметы, имитирующие космические объекты, по полу, а потом пылесосом их собрать, то мы сможем увидеть, как чёрная дыра притягивает к себе все объекты, рискнувшие приблизиться к ней слишком близко.

2.2 Опрос обучающихся и его анализ

Проведённый опрос среди учеников 4-х классов (29 человек) показал, что:

1. Большинство опрашиваемых иногда интересуется космосом.

2. 27 человек из 29 знает, что в космосе существуют чёрные дыры.

3. Но большинство не знает, откуда в космосе появляются чёрные дыры.

4. Учащиеся предположили, что в чёрных дырах внутри – ничего – 4 человека, другие миры – 13 человек, и 12 человек не знают, что внутри чёрных дыр.

5. Большинство опрашиваемых хотели бы узнать больше про самые загадочные объекты во вселенной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение чёрных дыр – это только один маленький шаг в познании огромного и удивительного космоса. Чёрные дыры – это ещё неразгаданная тайна. Космос – это невероятно интересное место, и мы надеемся продолжить его изучение.

Изучив литературу, мы нашли ответ на вопрос: что такое чёрная дыра, как она образуется. Поняли, что они бывают разных размеров и что они делают с космосом. Установили, на какое расстояние можно приблизится к чёрной дыре. Может быть, когда-нибудь мы полетим в космос и увидим чёрную дыру своими глазами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ликсо В. В. Космос. Большая детская энциклопедия. - М: Эксмо, 2024

2. Гришечкин В.А. Космос. Самая полная энциклопедия. - М: РОСМЭН, 2023

3. Ерофеева Н. 365 фактов о космосе. Энциклопедия на каждый день. - Ростов-на-Дону: Издательский дом «Проф-Пресс», 2023

4. Российская астрономическая сеть.[Электронный ресурс]: М.Е.Прохоров, С.Б.Попов "Где можно искать чёрные дыры?" – Режим доступа: http://www.astronet.ru (дата обращения8. 01.2025 г.)

5. Википедия.Чёрная дыра. [Электронный ресурс]: - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org(дата обращения7. 03.2025 г.)

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/621349-proektno-issledovatelskaja-rabota-neizvedanny