Navigation 2
- right
- rightlower
Tähden elämän vaiheet riippuvat suurelta osin sen massasta. Raskaan tähden viimeisimmät vaiheet voivat edetä monella tavalla. Yksi lopputulos niistä on musta aukko. Tästä maailmankaikkeuden salaperäisestä kohteesta tiedetään melko vähän ja sitä on vaikea havainnollistaa. Kuva esittää Heurekan tiedekeskuksessa olevaa mustan aukon mallia. Vaaleat kaariviivat ovat syntyneet keskuksen ympäri kovaa vauhtia kiertävien metallikuulien heijastamasta valosta (kuva IH, Finland).
Tavoite: Hahmottaa mielikuvaa voimakkaimpana tunnetun gravitaatiokohteen olemuksesta ja vaikutuksista.
Tutkimuksia: Keskustellaan ensin kertauksena tähtien erilaisista elämänvaiheista ja vanhenemisprosesseista. Palautetaan mieliin oman Aurinkomme tilanne. Pohditaan yhdessä ’musta aukko’ -nimen alkuperää ja merkitystä.
1) Tutustutaan ensin käsitteisiin gravitaatiokenttä ja tapahtumahorisontti. Pohditaan sitä, miltä ihmisestä mahtaisi tuntua näissä tilanteissa. Annetaan oppilaiden tarjoilla omia ehdotuksiaan korjailematta tai muuttamatta heidän käsityksiään.
2) Hahmotellaan kaaviokuvaa mustan aukon ympäristön tilanteesta, piirretään tapahtumahorisontti ja kuvataan esimerkiksi valonlähde eri etäisyyksille mustan aukon keskeltä: kaukana horisontin ulkopuolella, lähellä horisonttia, horisontin rajalla ja rajan sisällä. Pohditaan näiden tilanteiden eroja.
3) Mustan aukon vahvan gravitaatiokentän vaikutuksia voidaan yrittää havainnollistaa muutamilla koejärjestelyillä. Oppilaille on erityisesti korostettava, että aihealue on liian tuntematon ja erikoislaatuinen, jotta sitä voisi kokeellisesti havainnollistaa, puhumattakaan tutkia.
Tiedekeskuksissa on esillä muovista valmistettu suuri pöytä, jonka pinta vajoaa keskeltä alas kaareutuen. Syvimmällä kohdalla vajoaman halkaisija on enää muutamia senttimetrejä, kun se vajoaman reunoilla oli yli metrin suuruinen. Raskas pallo laitetaan pöydän reunoilta kiertämään pöydän pintaa. Kaarevan pinnan vuoksi se alkaa pyöriessään vajota alaspäin. Mitä syvemmälle pallo vajoaa, sitä suuremmaksi sen nopeus kasvaa. Lopussa pallo on syöksynyt vajoaman keskelle, joka kuvaa mustaa aukkoa. Oppilaat voivat testata mustaan aukkoon putoamista lähettämällä pallon liikkeelle eri nopeuksilla ja vertailemalla lopputuloksia.
4) * Tiedekeskusvierailun lisäksi tai sijasta voi oppilaiden kanssa valmistaa kaareutuvan avaruuden mallin, joka kuitenkin on vain vaatimaton korvike edellä kuvatusta muovisesta teollisuusmallista. Hankitaan noin neliön kokoinen teknisestä kumista leikattu pala, jonka venyvyys ja palautuvuus ovat erittäin hyviä. Pingotetaan kumi vahvan metallirenkaan ympäri. Keskelle kumia sijoitetaan raskas metallipallo, joka tietysti uppoaa syvälle vetäen muun pinnan alaspäin kaareutuvaksi. Tällä pinnalla voidaan tehdä samanlaisia pallokokeita kuin kohdassa 3.
Tämän pintamateriaalin huono puoli on se, että alas vajoava pinta on lähes suora eikä kaareudu niin kauniisti kuin tehdasvalmisteisessa muovipöydässä. Mutta pyörivä liike ja vajoaminen saadaan tässäkin esille, vajoaminen on vain paljon nopeampaa.
Kumilevyn sijasta voi käyttää myös vahvaa ja venyvää verkkoa. Verkon kimmoisuus ei kuitenkaan ole niin hyvä kuin kumin. Verkko sopii hyvin kaareutuvan avaruuden havainnollistamiseen.
Menetelmät: Tutustutaan kirjallisuuden ja Internetin avulla mustan aukon olemukseen. Katsotaan videopätkiä tietokoneen luomista mustan aukon lähellä tapahtuvista tilanteista. Testataan kappaleen putoamista gravitaatiokentässä kahden mallin avulla.
Materiaalit: Kirjalliset lähteet, valmis muovinen mustan aukon malli, erikoiskumista valmistettu levy, kimmoisa verkko, erikokoisia palloja.
Pohdittavaa: Miten voimakasta painovoimakenttää voisi havainnollistaa? Mitä ihmiselle tapahtuu hänen pudotessaan mustaan aukkoon? Mikä on mustan aukon tulevaisuus? Linnunradan musta aukko.
Tulosten tarkastelua: Mietitään, mitä tutkimustuloksista voi päätellä. Miten mustaan aukkoon putoamista voisi paremmin havainnollistaa? Millaisella pinnnalla vajoamiskoe onnistuu parhaiten?
Vinkkejä: Testaa eri painoja levyn tai verkon keskellä. Mikä tuottaa parhaan vajoamisliikkeen ja miten nopeus muuttuu?
Asiasanoja: Musta aukko, gravitaatiokenttä, tapahtumahorisontti, painovoima.
Previous page: Merenkulun tähdet
Seuraava sivu: Galaksit