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太阳黑子1:看太阳黑子

你需要什么

太阳黑子1:看太阳黑子照片信用:美国宇航局

目的

帮助学生理解新技术的发展如何增加了我们对太阳工作原理的认识。


语境

归根结底,太阳是地球上所有生命的源泉,为居住在地球上的生物提供光和热。因此,纵观历史,太阳一直让人类着迷:人们把它当作神来崇拜,观察它在天空中的移动,研究它的组成和行为。许多文化都建立了天文台来监测太阳及其可观测的特性。随着科技的日益成熟,我们已经能够收集到越来越多关于太阳的信息,并利用这些数据来推断恒星的行为。

该活动是三个系列课程的一部分,旨在向学生展示我们如何通过使用科学工具来推断我们的宇宙知识。具体来说,学生在这些课程中通过使用围绕太阳运行的卫星设备(SOHO和现已停止运行的Yohkoh卫星)进行太阳成像来研究太阳黑子。

在这节课中,学生将了解太阳黑子,以及可用于收集太阳特征信息的技术和太阳成像。该系列的第二和第三课是学生应用科学仪器(望远镜和卫星)收集的信息来推断有关太阳黑子行为的知识的活动。

在中学的时候,学生们应该对太阳有一些了解,就像科学网络链接上提供的那样意甲赞助商万博太阳

学生应该熟悉电磁频谱和光的性质(波长和频率)。虽然这项活动包括简要回顾光,但这种活动不应作为可见和不可见能量的介绍。


提前计划

每天太阳的照片都被贴在Yohkoh Public Outreach项目地点。这些图片是由日本Yohkoh卫星采取的,用于研究X射线和伽马光线的天文台。The satellite was launched from Kagoshima, Japan, on August 31, 1991, and operated until December 14, 2001. The spacecraft was built in Japan and the observing instruments had contributions from the U.S. and from the U.K. The name Yohkoh is Japanese for "sunbeam."


动机

在这节课开始之前,通过问这些问题来让你的学生参与讨论:

  • 我们太阳系中最大的物体是什么?
    • (太阳。它包含我们太阳系质量的99.8%。)
  • 太阳是由什么构成的?
    • (它由氢和氦气制成;分别为75%和25%。)
  • 来自阳光的地球有多远?
    • (通常学生以及成年人,不欣赏太阳系的巨大尺寸和布局。让学生视觉阳光和地球之间的距离,展示学生一个海滩球代表太阳。在这种情况下,地球将是豌豆的大小,位于164英尺或50米的豌豆。向学生展示这一点的好方法是使用卷尺测量脚下教室的长度,然后推断出更多的地球如果海滩球在房间的一端举行,应该是阳光。它也会让学生令人惊讶的是,在这种情况下,下一个最近的明星将位于地球的另一边(远离太阳),距离13,300公里或8,264英里!)

给学生们看一张太阳的x射线照片Yohkoh Public Outreach项目地点。您可以在屏幕上投影图像或使用智能板。

问学生:

  • 描述一下这幅图中太阳的特征。
    • (学生可能会提到日冕,以及太阳的亮区和暗区。他们可能还会提到太阳黑子。使用透明标记,部分太阳x射线图像可以被标记。)
  • 太阳黑子是什么?
    • (学生应该集思广想一下他们认为太阳黑子是什么。学生们可能会说太阳黑子是太阳升起的耀斑。学生们不需要知道太阳黑子的技术定义。随着他们继续活动和阅读,他们关于太阳黑子到底是什么的想法将会被澄清。)
  • 你认为它们是如何生产的?
    • (学生可能有各种理论和想法,了解太阳黑子如何形成。这些想法可以在董事会或图表包上进行头脑风暴和列出。随着学生做的活动,他们关于如何澄清所形成的太空飞行的想法。)
  • 为什么你认为科学家学习太阳黑子?
    • (学生应该考虑为什么研究太阳黑子和太阳一般是重要的研究领域。我们的行星,以及整个太阳系,接收来自最近的恒星,太阳的光。没有太阳,地球上就不会有生命。研究和理解像太阳一样重要的东西是很重要的,因为发生在太阳上和对太阳的事情,最终会影响我们在地球上的生命。此外,许多科学家认为太阳黑子直接影响地球上的天气模式。通过了解太阳黑子、它们是如何形成的以及它们在太阳上的循环,我们就能更好地应对地球环境的变化。
  • 你认为科学家如何研究太阳黑子?
    • (通过望远镜,卫星和众多成像仪器采用不同类型的太阳照片。学生可能不会提出成像仪器。这项活动将为他们的知识添加到科学家学习太阳的工具类型。)
  • 使用技术研究太阳黑子有什么障碍?
    • (太阳的距离和热量不允许人类或仪器离太阳太近。)

告诉学生太阳能图片是X射线图像。通过聚焦由太阳热的外部大气产生的X射线来制造图像。产生X射线,其中超热气(或“等离子体”)的温度达到超过一百万度,并且在等离子体的密度超过某个阈值的情况下。这发生在太阳的最外面的大气中,是电晕。由于X射线是看不见的,因此图像具有假色,因此可以看到最热,最密集,等离子体所在的位置。

告诉学生,50年前我们才知道太阳会产生X射线。因此,通过x射线成像来研究太阳是一门相对较新的科学。


发展

学生应该使用他们的学生eSheet转到并阅读第2页太阳黑子:历史。学生可以在规定的时间内大声或默读。

笔记:在短期阅读中提到了一个名叫迪尔伯恩的科学家。大卫迪尔伯恩是天文学家和恒星物理学家。特别是,他是一名古代西方人,研究古代文明所持的知识,神话和想法,了解宇宙中的物体,如太阳。

随着学生通过资源,他们应该回答学生表的问题。您可以查找答案,看看太阳黑子教师表。

提醒学生,光线是不同波长的波浪和不同类型的辐射旅行。例如,可见光在400至700纳米之间的波长下行进。只有该尺寸范围内的物体将吸收和反射该波长的光。例如,我们不能使用可见光来可视化原子,因为原子远小于400-700nm。类似地,微波炉不会穿过微波门的孔,因为孔小于1200毫米(微波的尺寸)。波长越短,您可以获得对象的详细信息。

向学生展示一种彩色透明的电磁光谱。一个好的图像可以在微孔:探索材料的结构从伯克利实验室。

在Microworlds网站上使用电磁频谱的图片向学生提问复习问题。同样,你可以在老师的纸上找到答案。

分发太阳黑子的现代研究学生表给每个学生。学生应该阅读第1,2,4和5页黑子:现代研究在线指南,并回答活动表上的问题。在学生完成阅读和活动表之后,请查看学生对问题的答案。

向学生展示可见光图像,紫外图像和太阳的X射线图像从第一页太阳黑子:现代研究部分。您可以将它们投影在屏幕上或使用智能板。

将图片一幅一幅地贴在黑板上,并向学生提问:

告诉学生,他们将观看一个非常短的电影,描述太阳通过白光,然后红色的光,最后通过X射线。这部电影叫做波长褪色,位于耀高公共外展计划内。

在展示电影之前,请询问学生:

  • 白光可见或不可见光吗?
    • (它是可见光。)
  • 什么是白光?
    • (电磁频谱的400到700 nm之间的所有波长。这些波长对应于红色,橙色,黄色,绿色,蓝色和紫色。)
  • 红光是可见光还是非可见光?
    • (它是可见光。)
  • 什么是红灯?
    • (它仅在400nm的红色范围内。)
  • 你认为望远镜是如何拍摄太阳的红光图像的?
    • (该望远镜装有滤光片,只能探测发射出来的红光。实际上,它过滤掉了太阳发出的所有其他波长,只读取400纳米范围内的波长,即红色范围。由此产生的图像显示了太阳只发出红光的部分。)
  • X射线是可见光还是非可见光?
    • (它们是不可见光。)
  • 您认为望远镜拍摄太阳的X射线图像?
    • (望远镜滤除除了对应于X射线的那些之外的所有其他波长。所得到的图像显示了发射X射线的太阳部分。)

向学生展示电影。这部电影很快,因为它只是几个框架。因此,电影可能需要多次播放。暂停电影可能会在播放一次以更好地可视化帧时可能会有所帮助。

问学生:

  • 太阳的特征如何变化,因为电影从可见光到红光,最后到X射线?
    • (学生应该通过短片讨论太阳看起来如何不同。)

告诉学生白光图像显示太阳的照片。Photosphere是太阳的表面。这就是我们在用眼睛看着太阳时所看到的。(直接看着太阳会导致失明。)

在可见光下暂停在太阳的图像上的电影。问学生:

  • 太阳的照片是什么样的?
    • (太阳表面看起来光滑,呈黄色,并伴有黑子。)
  • 你可以在这个可见光图像中计算多少太阳黑子?
    • (有四个太阳黑子可以在可见光图像中看到。)

告诉学生红光图像显示太阳的铬圈。铬圈是一个厚的气体,位于Photosphere上方2,000公里。铬圈的温度位于6,000至50,000摄氏度之间的任何地方。

太阳的这一层发出红光,这就是为什么只有用望远镜才能看到它,因为望远镜过滤掉了除红光以外的所有其他光线。

在红光的阳光图像上暂停电影。问学生:

  • 太阳的铬圈是什么样的?
    • (它是红色的,有一些暗线或细丝贯穿其中。这些暗灯丝是太阳中较冷的部分,它们不会发出那么多红光。由于这个原因,它们看起来像色球层的黑暗区域。)

告诉学生X射线图像显示太阳的电晕,太阳大气的最外层。电晕非常薄弱,无法从地球观察。电晕发出各种波长的能量,包括无线电波和X射线。然而,电晕所有部分都不会发出相同的能量。最具活跃的区域发出最X光线,通常正好在太阳黑子上方,科学家通过可见光图像看到。电晕X射线图像表明,这部分太阳是非常暴风雨,不断变化。

在X射线能量的阳光图像上暂停电影。问学生:

  • 日冕是什么样子的?
    • (它是明亮的,从阳光下出来。)
  • 光球层、色球层和日冕是如何相关的?
    • (这些都是太阳发出电磁波谱中不同类型光的不同部分。)
  • 与Photosphere的太阳黑子有关的电晕活动如何?
    • (学生们可能说太阳表面上看到的太阳黑子是太阳电晕的活动区域。他们也可能表明太阳黑子导致在电晕中存在活跃区域。)

评估

学生应该用自己的话语写下以下问题。他们可以参考Exploratorium Sunspots在线指南来帮助他们。这些问题审查了本活动中引入的内容,并评估学生可以识别用于研究太阳的技术以及如何使用这些工具。

  • 描述用于可视化太阳的太阳能成像类型及其特征。
  • 在他们告诉我们太阳方面,不同类型的太阳能成像如何彼此不同?
  • 利用科技如何帮助我们了解太阳?
  • 为什么太阳的研究及其特征对我们在地球上的生活很重要?

扩展

学生可以研究用于在不同的文明中随时间观察太阳的技术。这样的研究项目将使学生有机会欣赏许多文化对我们今天对宇宙的一般理解的贡献。

  • 探索博物馆太阳黑子在线指南有有关各种文化的信息,包括一个真正的媒体音频剪辑,其中大卫·迪尔伯恩讨论了太阳在古代文化中的重要性。
  • 有关Galileo与Sunspots的工作的更多信息,请在这些页面上找到伽利略项目网站:
  • 古代天文学列出了人们为观察宇宙而建造的各种天文台。学生可以使用这个列表来识别一个文明,并研究用于研究太阳的技术类型。

学生可以研究有关太阳黑子的最新发现,以及它们的活动如何影响地球上的生命。这可以在每个学生的水平上完成。活动也可以分组进行;每个小组可以分配一篇文章,并向全班同学做一个正式的报告。最近一些关于太阳黑子的文章包括:


以下资源也发布了关于太阳黑子的最新发现:


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课程详细信息

成绩 主题 项目2061基准

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