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太阳黑子3:追踪太阳黑子的运动

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材料

太阳黑子3:追踪太阳黑子的运动

目的

学生将了解新技术的发展如何增加了我们对太阳工作原理的知识。


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,太阳一直吸引着人类——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。

通过第一课和第二课的活动,学生现在应该熟悉太阳黑子,活动区域,以及用于可视化这些太阳特征的成像类型。在这次活动中,学生们收集了由SOHO卫星收集的两种图像之一,SOHO卫星目前在距离地球约100万英里的地方环绕太阳运行。在两周的时间里,学生们将直接从SOHO的官方网站上获取图像,并使用经纬度网格来跟踪太阳黑子的运动。


提前计划

太阳黑子数据记录工作表,每个学生都需要;每天用一张工作表进行观察。如果学生有科学杂志,学生应该手工制作表格,并填写他们的观察结果。提醒学生,如果他们在科学期刊上做了他们的表格,标题和日期。

需要制作2-3张强度图和2-3张磁图的透明度。强度图是彩色图片;如果可能的话,做一个透明的颜色。强度图和磁图的例子可以在SOHO每日图片网站。

纬度/经度网格将需要在透明度上为学生测量太阳黑子的位置。在斯坦福太阳能中心网站上有两种类型的电网。第一个网格表示的是,如果地球的轨道恰好围绕太阳赤道,那么从图像上看太阳会是什么样子。虽然可以使用这种网格,但斯坦福太阳能中心网站还提供了每年每个月更精确的网格。这些月坐标反映了地球围绕太阳公转时的倾角。栅格可能需要调整尺寸,以适应SOHO网站上打印的太阳图像的尺寸。可以用复印机来施胶。选择的网格可以为每个学生提供足够的透明度;或者,可以制作一套所有学生都必须分享的透明班级。


动机

问学生这些问题来复习以前在太阳黑子系列课程活动中学到的材料。这些问题旨在让学生在开始为期两周的项目时进行思考:

  • 如何研究太阳黑子?
  • 为什么技术对研究太阳黑子至关重要?
  • 你认为太阳黑子可以穿过太阳的表面吗?
  • 您认为科学家们如何确定违法者如何移动?

发展

告诉学生们,他们将使用SOHO卫星每天收集的图像来跟踪太阳黑子在太阳上的运动。

分发副本SOHO:探索太阳学生表。学生应该使用他们的SOHO:探索太阳学生表格去苏荷区网站并使用网站上的信息回答问题。这个活动可以作为家庭作业,也可以在学校的计算机实验室上课。

回顾SOHO:探索太阳的学生工作表,以确保所有学生都了解SOHO是什么,它的使命,和MDI(迈克尔逊多普勒成象仪)的目的。

告诉学生,他们将每天研究MDI仪器拍摄的图像,并在两周内测量太阳黑子的位置。MDI仪器可以拍摄两种图像:强度图和磁图。

展示学生透明度的透明度,然后是省略图。告诉他们忽略出现在图像中间的白色框。

问学生:

  • 描述这两幅图的区别。
    • (如果IntenseGram图像是透明度的颜色透明度,学生将首先注意到IntheyGram表示磁力照片的阳光明亮,而磁力图描绘了太阳的黑白形象。这两种图像似乎只显示太阳的表面或Photosphere。)
  • 你认为强度图显示了太阳的什么特征?
    • (强度图显示了太阳的表面。)
  • 太阳黑子在强度图中可见吗?如果是的话,你能数出多少?
    • (太阳黑子出现在黑暗的区域,因为它们是太阳上较冷的区域。太阳黑子的数量将取决于所显示的图像。)
  • 您认为磁图显示了太阳的哪些功能?
    • (学生可能会说磁极图也显示了太阳的表面。让它们试图确定磁图中有磁图中的原因。磁图实际上是太阳磁场的图像。)
  • 太阳黑子在磁图上可见吗?如果是的话,你能数出多少?
    • (太阳黑子在磁图上呈现为黑色和白色区域。每个太阳黑子都有一个黑色的部分和一个白色的部分,或者分别有一个南极和一个北极。)
  • 这两个图像是否显示了他们所显示的太阳黑子之间的关系?
    • (这取决于所示的两个图像。)

告诉学生强度图是显示太阳亮度或强度的图片。因为太阳黑子比太阳的其他部分更冷,所以它们在强度图上以黑子的形式显示出来。相比之下,磁图是太阳磁场的图片。太阳黑子是磁性爆发,因此在磁图上显示为暗区和亮区。太阳其余没有磁性爆发的部分在磁图上显示为灰色。

问学生:

  • 您认为哪种类型的图像更好地学习SunSpot位置?
    • (这将取决于学生是否认为确定太阳黑子面积更容易在IntenseCargrams或磁图上更容易进行。学生可能会认为磁彩图上的黑白太阳黑子太斑点了。另一方面,IntenseCrams经常显示很多冷却器,黑暗区域实际上不是太阳黑子。)

告诉学生选择他们想学习的图像。确保这两个图像将被班级中大约相同数量的学生学习。

分发学生表格的复印件,追踪太阳黑子的运动每一个学生。给每个学生14份太阳黑子数据记录工作表

与学生一起使用项目的指示。告诉学生,在整个周期的过程中,他们将从Soho的日常图像网站中获得至少10个太阳(强度图或磁图)的10个图像。他们每天必须一致地选择一个强度图或磁彩图。

MDI仪器每96分钟拍摄一次图像。因此,每天可能有不止一个强度图或磁图。在这种情况下,让学生选择当天最早拍摄的照片(每张照片都会给出一个时间)。

一旦学生获得了他们的图像,他们需要识别每个可见的SunSpot集群。学生应该只测量大型斑点,而不是担心较小的点。它们应命名每个群集(数字或字母),以便在随着时间的推移时跟踪它。它们可以直接在图像上写入群集的名称。

接下来,学生必须确定每个SunSpot集群的纬度和经度。展示学生将使用的纬度/经度网格的透明度。将网格放在IntensEmarGram的透明度上。展示学生如何衡量每个SunSpot集群的纬度和经度 - 读取IntensyGram中每个集群中心的纬度和经度。对于磁彩图,告诉学生在中间忽略大白平方。为了测量磁图中的太阳黑子,学生必须测量到黑白部分之间的集群中心。

放上其他强度图和磁图的透明图像让学生测量纬度和经度。这将使他们熟悉和舒适的程序。向学生展示如何将数据记录到太阳黑子数据记录工作表。你可以在斯坦福太阳能中心网站上看到一个完成的工作表样本。该工作表显示了一个学生如何用字母识别每个太阳黑子星团,并记录了相应的纬度和经度。该工作表还显示了其中一个星团(B)是如何消失的,展示了太阳大气的波动性。

学生应该填写追踪太阳黑子学生表的移动。

在详细地看完说明后,学生们应该打印出他们的第一张太阳图像作为作业,并将其带到课堂上。这项活动要求学生每天下载太阳的图像,并打印出来供观察。如果所有学生在家都没有电脑,可以将学生分成小组,小组中至少有一名成员可以从网上下载和打印图片。如果学生不能从网站获得日常图片,15个样本图片可以从老师的页面在斯坦福太阳能中心的网站。

在课堂上,为学生提供经度/纬度网格,并让他们填写数据工作表。这将确保所有学生都能接受以下内容:

  • 从Web上的SOHO站点获取正确的图像。
  • 识别和标记太阳黑子群。
  • 利用经纬度网格测量每个太阳黑子群的位置。
  • 记录信息和观察到的表格。

评估

学生应该将所有图片和数据工作表带到课堂上。为它们提供一张空白的纸张和纬度/经度网格。学生应该将太阳的形状追溯到空白纸上,以便它等于所有打印图像中的大小。

使用数据工作表中的信息,学生应使用铅笔在两周时间段内标记每个集群的位置。这将使学生有机会随着时间的推移可视化每个太阳黑子集群的运动。如果对于每个SunSpot组使用彩色铅笔,学生可以更容易地可视化每个集群的移动。

把学生分成小组,让他们可以与其他学生分享他们的太阳黑子运动的最后图表。小组应该包括测量强度图的学生和测量磁图的学生。

向学生询问以下问题。他们的答案将取决于两周内的个人发现。通过讨论问题以及他们自己的努力,学生应该对用于研究太阳的技术,以及整体宇宙的技术表示赞赏。他们还应该能够与其他学生的调查结果进行比较和对比,并讨论收集数据所涉及的限制和其他问题。学生还应该作为一堂课,达成了对太阳飞行运动的共识。

  • 总的来说,你会如何描述太阳黑子随时间的运动?
  • 描述你注意到的太阳黑子随时间变化的趋势。
  • 强度图的结果与磁图的结果有什么不同?
  • 你怎么解释强度图和磁图结果之间的区别
  • 对另一个强度的调查结果之间是否存在差异?
  • 两种磁图的结果有区别吗?
  • 您如何解释相同类型的图像之间的差异?
  • 技术如何是这项研究的重要组成部分?
(答案可能有所不同。鼓励学生解释他们的答案。

扩展

学生们可以用双筒望远镜或小型望远镜在一张白纸上投射太阳的图像。这个活动让学生们可以观察太阳黑子,观察太阳每天的旋转。这项活动可以是一个长期的项目,学生可以在其中监测太阳黑子的运动。该活动在探索博物馆中有描述太阳黑子在线指导。


学生可以使用每日收集的SOHO数据研究太阳的其他方面。SOHO网站为高中学生设计了六课,使用实时数据研究了太阳的以下各个方面。这些课程可以在SOHO教案页面。


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课程详细信息

成绩 主题 2061项目的基准

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