Słońce
advertisement
Źródło: NASA Słońce 69 Wstęp Słońce widziane z Ziemi jest najjaśniejszym i najbardziej wyróżniającym się ciałem niebieskim – znacznie jaśniejszym od Księżyca i jeszcze jaśniejszym od gwiazd na nocnym niebie. Mimo to, Słońce jest tak naprawdę przeciętną gwiazdą – jej rozmiar niewiele różni się od większości gwiazd. Sprawia wrażenie jaśniejszej, ponieważ jest najbliżej położoną nas gwiazdą. Większość tego co wiemy na temat gwiazd zawdzięczamy bliskim badaniom Słońca. Wiek Słońca szacuje się na 4,6 miliarda lat, a promień na 1,39 milionów km. Wielkość ta odpowiada łańcuchowi 109 Ziemi lub 400 Księżycy! Wielkość Słońca jest tak duża, że w jej objętości moglibyśmy zmieścilibyśmy milion Ziem. Odległość między naszą planetą a Słońcem jest 100 razy większa od promienia gwiazdy i sięga 149,6 milionów kilometrów. Okres obrotu Słońca wokół własnej osi wynosi 25 dni i jest szybszy na równiku, niż na biegunach. Na zewnątrz naszej gwiazdy temperatura wynosi około 5700o Celsjusza, podczas gdy głęboko w jądrze sięga 15 milionów stopni Celsjusza. Nasze Słońce, podobnie jak większość gwiazd, jest kulą gazu składającego się w 73% z wodoru i 25% helu. Na pozostałe 2% składają się cięższe cząstki takie jak żelazo, tlen i węgiel. Zewnętrzne warstwy Słońca naciskając na siebie generują ogromne ciśnienie w jego centralnej części, co powoduje zderzenia między atomami. Atomy są niewielkimi cząstkami, które są głównym budulcem wszelkiej materii. Zderzenia między atomami prowadzą do ich fuzji tworząc nowy typ atomu. Przykładowo, w procesie fuzji 4 jądra wodoru powstaje jedno jądro helu. Podczas tego zjawiska zostaje uwolniona ogromna ilość energii w postaci ciepła. Źródło: NASA 70 Słoneczne fakty Solar Facts Wiek Około 4.6 miliardy lat Średnica 1,392,684 km (109 większa niż Ziemi) Masa 2 tysiące miliardy miliardów miliardów kg (2 x 1030 kg) Odległość od Ziemi 150,000,000 km (1 jednostka astronomiczna) Okres obrotu wokół własnej osi Około 25 dni Temperatura 5,700 °C na powierzchni i 15 mln °C temperatura jądra Przyciąganie grawitacyjne Człowiek stojący na powierzchni Słońca byłby 28 razy cięższy niż na Ziemi Skład chemiczny 73% wodoru, 25% helu, 2% inne pierwiastki, takie jak żelazo, tlen i węgiel Ciekawostka Pomimo tego, że Słońce jest gwiazdą to w porównaniu z planetami nadal jestogromne. Ziemia musiałaby rosnąć ponad milion razy aby dorównać wielkości Słońca! 71 72 3.1 Pozorny rozmiar Krótki Opis Spójrz na rozmiar sfer położonych na podłodze z różnych odległości aby zrozumieć dlaczego niektóre wyglądają na większe od innych, zrozum kiedy zachodzą zaćmienia. Słowa Kluczowe • Słońce • Rozmiar Potrzebne Materiały • 3 piłki o takich samych rozmiarach • jedna duża piłka (mniej więcej dwukrotność rozmiaru mniejszej) Cel Kształcenia Dowiedz się, dlaczego Księżyc sprawia wrażenie, że jest takiej samej wielkości jak Słońce, a Słońce jest ,,większe’’ od innych gwiazd. Kontekst Naukowy Słońce jedynie stwarza pozory bycia największą i najjaśniejszą gwiazdą we Wszechświecie. W rzeczywistości jej rozmiary nie odbiegają od rozmiarów przeciętnej gwiazdy. Powodem takiego stanu rzeczy jest odległość między Słońcem i Ziemią, która w porównaniu do innych gwiazd jest niewielka. Gdybyśmy na miejscu Słońca umieszczali kolejno poszczególne gwiazdy widoczne na nocnym niebie, to szybko byśmy spostrzegli, że nasze Słońce charakteryzuje się średnią jasnością. Z tego też powodu astronomowie rozróżniają jasność „obserwowaną” i ,,absolutną”. 73 Księżyc jest znacznie bliżej Ziemi niż Słońce. To sprawia, że pomimo swoich znacznie mniejszych rozmiarów, jest on na niebie takich samych rozmiarów jak Słońce. Zabawnym faktem jest to, że dokładnie taki sam pozorny rozmiar na niebie obu ciał jest dziełem czystego przypadku. Słońce jest 400 razy większe od Księżyca, ale jest również 400 razy dalej od Ziemi. Konsekwencją tego jest zjawisko zaćmienia Słońca, które zachodzi gdy Księżyc znajdzie się dokładnie pomiędzy Ziemią i Słońcem. Tarcza Księżyca całkowicie zasłania wtedy tarczę Słońca. Gdyby Księżyc był niewiele mniejszy, bądź znajdowałby się nieznacznie dalej - nie byłoby możliwe zaobserwowanie takiego zjawiska. W tej skali Jowisz jest wielkości mniej więcej1 piksela. Niektóre gwiazdy są znacznie większe od naszego Słońca. Słońce Syriusz Źródło: UNAWE / C.Provot Pollux Arcturus Niektóre gwiazdy są nawet znacznie większe niż nasze Słońce. Pełny Opis • Poproś dzieci, aby umieściły trzy kule o tych samych rozmiarach na podłodze i rozmieściły na różnych odległościach: 1 metra, 5 metrów i 10 metrów. • Następnie poproś, aby wskazały tą, która według nich wygląda na największą. Czy nie wszystkie kule były tej samej wielkości? Wygląda na to, że im dalej się znajduje kula, tym mniejsza się nam ona wydaje. • Umieść jedną małą i drugą dużą kulę (około dwa razy większą od małej kuli) obok siebie w odległości 1 metra od dzieci. W jaki sposób mała kula może przysłonić większą? • Przemieść większą kulę 1 metr dalej, za mniejszą kulę. W tej konkretnej odległości, mniejsza kula (Księżyc) kompletnie zasłania większą kulę (Słońce). Ponieważ średnice kul się dzielą się przez liczbę dwa, będą one sprawiały wrażenie jednakowych, gdy ich odległości również będą podzielne przez 2. Powiązane ćwiczenia: 2.7 74 3.2 Niewidzialne światło Krótki Opis Spraw, aby promieniowanie podczerwone stało się widzialne, poprzez spoglądanie na pilot od telewizora przez aparat telefonu komórkowego. Słowa Kluczowe • Słońce • Światło • Podczerwień Potrzebne Materiały • Zdalny pilot od telewizora • Telefon komórkowy z aparatem Cel Kształcenia Poznaj niezwykłe, niewidzialne światło emitowane przez Słońce, takie jak podczerwień. Kontekst Naukowy Słońce jest naszym źródłem światła i ciepła. Bez niego życie nie mogłoby się rozwinąć na Ziemi. Tak ważne dla nas światło słoneczne sprawia wrażenie białego. Kolor biały zdaje się być jednym z kolorów, podczas gdy tak naprawdę jest złożeniem wszystkich kolorów. W ten sam sposób kolor pomarańczowy jest złożeniem koloru czerwonego i żółtego. Gdy Słońce staje się widoczne podczas deszczowego dnia, jego światło rozszczepia na kroplach wody na kolory tworzące białe światło. W ten sposób powstaje tęcza. Tego typu światło nazywamy „widzialnym”, ponieważ nasze oczy go widzą. Powyżej koloru czerwonego i 75 poniżej niebieskiego są dwa dodatkowe ,,kolory’’ – podczerwony i nadfioletowy (UV). Niestety, nasze oczy nie są przystosowane do tego, aby je widzieć. Powyżej i poniżej wspomnianych kolorów znajdują się jeszcze dziwniejsze typy światła. Te niewidzialne światła posiadają bardzo wysoką energią, jak np. promienie X, które używamy w szpitalach aby zbadać nasze kości, lub bardzo niskie energie, których własności wykorzystujemy w telewizji, radio czy zdalnych pilotach. Na szczęście jesteśmy w stanie obejrzeć to „specjalne” światło. Potrzebujemy tylko odpowiednich narzędzi. Źródło: UNAWE / C.Provot Lecz dlaczego właściwie nasze Słońce świeci różnymi ,,światłami’’? Wewnątrz Słońca zachodzi zamiana wodoru w hel. W wyniku tego procesu – fuzji jądrowej – zostaje uwolniona ogromna ilość energii. Dzięki tej energii Słońce pozostaje gorące. Podobnie jak żarówka w lampce, Słońce świeci dzięki jego temperaturze. Jeśli spojrzysz do wnętrza tostera, również zauważysz świecenie. Ze względu na znacznie niższa od Słońca temperaturę, będzie to kolor czerwony. Słońce natomiast jest tak gorące, że świeci wszystkimi możliwymi „światłami”, wliczając w to promienie X i UV! Inne źródła: Widmo elektromagnetyczne: http://goo.gl/NS21B Pełny Opis • Poproś dzieci, aby wzięły pilot od telewizora i nacisnęły przycisk. Sygnał podczerwony powinien być wysyłany z pilota, lecz dlaczego go nie widać? Czy pilot jest zepsuty? • Pozwól im powtórzyć eksperyment, lecz tym razem filmując pilot telefonem komórkowym. • Poproś je, aby spojrzały na ekran telefonu: sygnał świetlny staje się widoczny za każdym razem, gdy naciśniety zostaje guzik na pilocie. Powodem takiego stanu rzeczy, jest konstrukcja kamer w telefonach, która rejestrują światło podczerwone i pokazują na ekranie w postaci światła widzialnego. Podpowiedź: Możesz również poprosić dzieci o wykonanie doświadczenia samodzielnie w domu. Pozwól im zaskoczyć rodziców! 76 3.3 Cień Słońca Krótki Opis Spójrz na cienie w czasie dnia i odkryj jak położenie Słońca na niebie wpływa na ich kształt. Słowa Kluczowe • Słońce • Cień Potrzebne Materiały • Dobra pogoda Cel Kształcenia Odkryj wpływ pozycji Słońca na cienie i poznaj ścieżkę Słońca na niebie. Kontekst Naukowy Padające na obiekt promienie Słońca tworzą po przeciwnej stronie cie. Nasze doświadczenie z cieniem pokazuje, że cień zawsze porusza się zgodnie z ruchem wskazówek zegara dookoła obiektu. Jego długość ciągle się zmienia – rośnie od wschodu do południa i następnie maleje aż do zachodu Słońca. Jednakże, długość cienia zmienia się nie tylko wraz z porą dnia lecz także w czasie roku; na przykład cień podczas południa w lecie jest krótszy, niż w zimie! Na tym etapie, powiązaliśmy ten fenomen z porami roku (poprzedni rozdział) i kątem pod jakim Słońce pada na powierzchnię Ziemi. Więcej na ten temat znajdziesz w ćwiczeniu 3.4 77 Pełny Opis • Poproś dzieci, aby znalazły w szkole wszystko co jest powiązane z cieniem wywołanym przez Słońce. Na przykład, jak cień drzew na dziedzińcu szkolnym zmienia się w czasie dnia? Czy Słońce świeci w sali rano, czy w południe? Jaki kierunek obiera cień w stosunku do Słońca? Kiedy cień jest najmniejszy, a kiedy największy? Czy jest jakieś praktycznie zastosowanie naszych obserwacji? Podpowiedź: Powtórz ćwiczenie podczas innej pory roku. Czy cień podczas południa się zmienił? Jeżeli się powiększyć, wtedy pora roku stała się chłodniejsza (np. z jesieni do zimy). W przeciwnym przypadku pora roku staje się cieplejsza (z zimy do wiosny). Kierunki stron swiata można zapamiętać przy pomocy mnemotechnik (np. zgodnie z ruchem wskazówek zegara) lub zapamiętaj wyrażenie: “Never Eat Soggy Waffles!” Powiązane ćwiczenia: 3.4 78 3.4 Ścieżka Słońca i zegar słoneczny Krótki Opis Budowa modelu horyzontalnego i zegara słonecznego w celu przeanalizowania ruchu słońca na niebie. Słowa Kluczowe • • • • Słońce Zegar słoneczny Droga Słońca Czas Potrzebne Materiały • • • • • • • • Drewniana makieta z elementami krajobrazu Figurki (w Dodatkach) Przeźroczysta akrylowa kopuła (sfera nieba) Kolorowe okrągłe naklejki do zrobienia trzech dróg Słońca (wiosna,jesień, zima, lato) Kopia zegara słonecznego na kartonie (Appendix) Kolorowe długopisy Nożyczki Klej Cel Kształcenia Zrozumienie, że droga Słońca na niebie o różnych porach roku jest inna. Kobntekst Naukowy Zależnie od tego, czy widzimy Słońce na niebie, czy też go na nim nie ma mówimy, że jest dzień lub noc. Nasz dzień zaczyna się o wschodzie Słońca a kończy podczas jego zachodu. Podobnie noc która zaczyna się po zachodzie Słońca a kończy o wschodzie. W związku z tym, Słońce zawsze wschodzi na Wschodzie , osiąga najwyższy punkt na Południu i zachodzi na Zachodzie. Tak się dzieje na półkuli północnej. Na półkuli południowej Słońce podąża ze wschodu na zachód osiągając najwyższy punkt na Północy. Te obserwacje można zrekonstruować używając modelu horyzontalnego. 79 79 Z tym, własnoręcznie zrobionym modelem, uczniowie w prosty sposób mogą odtworzyć drogę Słońca na niebie tak jak w Centrum Nauki Lusein Park w Mannheim na wystawie “Explore Science”. Źródło: Natalie Fischer Model składa się z drewnianej makiety z elementami krajobrazu. Po środku modelu stoi figurka dziecka, Oscar. Makietę otacza kopuła z akrylu imitująca sferyczne niebo. Na kopule zaznaczone są trzy drogi słoneczne odpowiadające różnym porom roku : zima, lato, wiosna/jesień. Na obrazku drogi słoneczne odpowiadają tym obserwowanym w Niemczech. Horyzont to miejsce gdzie styka się makieta z sfera nieba. Słońcem jest silne źródło światła, tu latarka która można poruszać. Atmosfera Pn Zach Źródło: UNAWE / C.Provot Wsch Pd Horyzont Wiosenna droga Słońca (ścieżka środkowa) 21 marca Słońce podąża środkową ścieżką. Cień Oskara jest najdłuższy, gdy Słońce jest w najniższym punkcie na niebie. W południe, gdy Słońce jest najwyżej cień Oskara jest najkrótszy. 80 Letnia droga Słońca (ścieżka górna) Droga słoneczna w trakcie trwania wiosny podnosi się coraz wyżej na sferze niebieskiej do momentu aż osiągnie najwyższy punkt 21 czerwca. Tego dnia Słońce podąża ścieżką letnią na niebie. Dzieci zauważą, że tego dnia Słońce ma do pokonania dłuższą drogę na niebie niż wiosną. Słońce nie wschodzi dokładnie na wschodzie i nie zachodzi dokładnie na zachodzie. Oba punkty wschód jak i zachód są teraz przesunięte w kierunku północnym. W porównaniu do sytuacji z 21 marca cień Oskara w południe jest najkrótszy w roku. Jednak długość jego cienia zmienia się w ciągu dnia. Jesienna droga Słońca (ścieżka środkowa) 21 września Słońce podąża tą samą ścieżką co 21 marca. Droga Słońca wiosenna i jesienna są takie same. Cienie w południe mają taką samą długość, również długość dnia jest taka sama. Zimowa droga Słońca (ścieżka dolna) W dniu 21 grudnia, ścieżka Słońca osiągnie najniższy punkt. Ponownie, Słońce nie wzejdzie dokładnie na wschodzie i nie zajdzie dokładnie na zachodzie. Tym razem, oba punkty będą przesunięte w kierunku południowym wzdłuż horyzontu. 21 grudnia jest najkrótszym dniem w roku, a cień Oskara w południe są najdłuższy w porównaniu do cieni południowych podczas reszty roku. Długość jego cienia zmienia się w ciągu dnia. Ścieżki słoneczne w innych częściach świata Powyższy opis ścieżek odpowiada tylko północnej półkuli ziemskiej. Na drugiej półkuli ścieżki słoneczne są na odwrót. Na równiku, czy biegunach ścieżki słoneczne przebiegają zupełnie inaczej. Na biegunie północnym, czy południowym droga Słońca na niebie jest prawie równoległa do horyzontu. Latem na półkuli północnej Słońce osiąga najwyższy punkt na wysokości 23, 5 stopni nad horyzontem. Jest to kat nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny orbity ziemskiej. Skoro Słońce na biegunach porusza się równolegle do horyzontu oznacza to, że nie ma nocy. W ciągu roku na biegunie Słońce obniża swoją ścieżkę i znika za horyzontem 21 września. Od tego momentu, Słońce pozostanie pod horyzontem przez pół roku do 21 marca. Na biegunie południowy sytuacja jest odwrotna. Podczas Biegun nocy polarnej na biegunie Atmosfera północnym, pingwiny na biegunie południowym cieszą się dniem polarnym który trwa pół roku. Gdyby, Oskar stał na którymś z biegunów jego cień nie zmieniał by długości w ciągu dnia. Horyzont 81 Na równiku Słońce w ciągu dnia przechodzi przez środek nieba. 21 marca i 21 września Słońce przecina niebo ze wschodu na zachód przechodząc przez zenit. Gdyby Oskar stał na równiku 21 marca czy 21 września Równik w południe nie zobaczyły własnego cienia. Atmosfera 21 lipca i 21 grudnia ścieżka słoneczna jest przesunięta o 23, 5 w kierunku południowym lub północnym. Zmierzch i wschód Zach trwają bardzo krótko, ponieważ Pd Pn Słońce podnosi się pod kątem prostym do horyzontu. Słońce nie zachodzi powoli jak np. w Europie Wsch Horyzont tylko szybko schodzi do horyzontu w dół. Pełny Opis Znając jak przebiegają ścieżki słoneczne w różnych częściach Świata, możemy użyć zegara słonecznego do pomiaru czasu! • Poproś dzieci, aby wycięły i przykleiły wszystkie trzy części zegara słonecznego z Dodatków. • Pozwól im pozginać zegar zgodnie z instrukcją na kopii (zobacz obrazek). Duzy przód zegara jest zgięty pod kątem 90 stopni do wewnątrz tak samo jak dwie małe ćwiartki koła do dwóch trójkątów. • Następnie dzieci sklejają trójkąty razem i ćwiartki kół w jedną połówkę koła. • Na koniec przyklejają połówki kół do dołu i góry przodu zegara. • Niech dzieci postawią swoje zegary w nasłonecznione miejsce. Obracając zegarem należy go tak ustawić aż na jego tarczy pojawi się cień Słońca. Cień trójkąta wskazuje godzinę tak jak wskazówka zegara. W południe cień zniknie tzn. że Słońce osiągnęło najwyższy punkt na niebie. Podpowiedź: Z drewnianej makiety, figurek (w Dodatkach), okrągłych naklejek i szklanej kopuły możesz zbudować model horyzontalny. Model umożliwi dzieciom przeprowadzenie dyskusji (i odkrycie) na temat jaki wpływ mają różne ścieżki słoneczne. Jak zmienia się cień Oskara w ciągu roku jak i w ciągu dnia. 82 Źródło: Natalie Fisher Powiązane ćwiczenia: 3.3 83 84 3.5 Różne długości dnia Krótki Opis Zaobserwuj różne długości dnia w różnych miejscach na Ziemi poprzez oświetlanie obracającej się kuli za pomocą żarówki. Słowa Kluczowe • Ziemia • Czas • Długość dnia Potrzebne Materiały • Globus (w pudełku) • Żarówka na podstawce (w pudełku) Cele Kształcenia Zrozumienie przyczyny zmian w długości dnia: dlaczego zimą dni są krótsze niż latem. Kontekst Naukowy Dzień i noc są efektem ruchu wirowego Ziemi wokół własnej osi. Gdyby ta oś była prostopadła do orbity Ziemi wokół Słońca, każdy dzień byłby jednakowo długi, równy nocy i trwał dokładnie 12 godzin w każdym miejscu na Ziemi. W rzeczywistości oś Ziemi jest przekrzywiona, co powoduje zmiany w długości dnia. W czasie zimy dni są krótsze a zimne noce zdają się trwać wiecznie, podczas gdy duszne letnie dni trwają bez końca, ledwo przerywane krótkimi nocami. Daty W grudniu Ziemia jest zwrócona delikatnie ku Słońcu swoją południową półkulą (spójrz na rysunek). To sprawia, że Biegun Południowy jest oświetlany przez 24 godziny na dobę. W okresie świąt Bożego Narodzenia na Antarktyce trwa dosłownie dzień bez końca! W tym samym czasie, ludzie na Kole 85 Podbiegunowym (wokół Bieguna Północnego) żyją w całkowitych ciemnościach: Słońce nie wschodzi przez wiele dni! (Na Biegunie Północnym ciemność trwa nieprzerwanie przez sześć miesięcy od września do marca). W czerwcu sytuacja jest odwrotna: na półkuli północnej trwa lato a w okolicy Bieguna Północnego dzień się nie kończy. 21 września i 21 marca na Ziemi równinik obraca się prostopadle w kierunku Słońca. Są to jedyne dni, kiedy dzień i noc trwają po 12 godzin w każdym miejscu na Ziemi. Na półkuli północnej dzień trwa mniej niż dwanaście godzin między wrześniem a marcem, osiągając minimum 21 grudnia (najkrótszy dzień w roku). Niemniej, od marca do września dzień trwa tam ponad 12 godzin, z najdłuższym dniem w roku 21 czerwca. Lokalizacja Im dalej od równika, tylko większa różnorodność w długości dnia. Już omówiliśmy 3 Lato (Pn) Zima (Pd) Zródło: UNAWE C.Provot 2 1 Wiosna (Pn) Jesień (Pd) Zima(Pn) Jesień (Pn) Wiosna(Pd) Lato (Pd) ekstermalny przykład Bieguna Północnego powyżej, gdzie Słońce nie wschodzi i nie zachodzi przez wiele miesięcy. W mniej drastycznych przadkach, na przykład w Europie, Słońce wschodzi i zachodzi każdego dnia. Dla przykłu w Danii, najkrótszy zimowy dzień trwa siedem godzin, podczas gdy najdłuższy letni dzień tra 18 godzin. Dalej na południe, we Szwajcarji, różnice nie są tak dramatyczne: zimowy dzień trwa minimum 8 godzin, a letni dzień nie przekracza 16 godzin. W końcu najbardziej południowy obszar półkuli północnej - równik - nie doświadcza żadnych zmian w długości trwania dnia i nocy. Na przykład, Quito (stolica Ekwadoru) leży na równiku i dzień zawsze trwa tam 12, niezależnie od pory roku Pełny Opis • Weź globus (na przekrzywionej osi) i trzymaj go w pobliżu jasnej żarówki na tej samej wysokości. Pomieszczenie powinno być zaciemnione, aby można było dostrzec światło padające na globus. • Aby zacząć, ustaw żarówkę na podstawce tak, aby oświatlała południową półkulę (spójrz na rysunek). To odzwierciedla zimę na półkuli północnej. 86 • Teraz powoli zakręć globusem wokół własnej osi. Skup się na kraju, w którym się znajdujesz. Dla przykładu posłużymy się Niemcami. Dlaczego Niemcy spędzają więcej czasu po stronie nieoświetlonej? • Umieść globus po przeciwnej stronie żarówki. Właśnie przemieściłeś się w czasie o pół roku (połowa orbity Ziemi wokół Słońca). Teraz północna półkula jest skierowana w stronę żarówki: w Niemczech mamy lato. • Zakręć globusem ponownie. Dzieci zauważą, że tym razem Niemcy spedzają więcej czasu po stronie oświetlonej. Zrozumieją, że pozycja Ziemi względem Słońca razem z przesuniętą osią ziemską powodują zmiany w długości dnia. • Ponownie zakręć globusem i poproś dzieci, aby skupiły sie na Biegunie Północnym. Dlaczego cały czas pozostaje oświetlony? W ciągu lata Słońce tam nie zachodzi! Obserwuj także Biegun Południowy: pozostaje w ciemności pomimo obrotu globusa. • Ponownie umieść globus po drugiej stronie żarówki, tak, skąd zaczynaliście ćwiczenie. Zwróć uwagę na bieguny: dlaczego sytuacja się odwróciła? • Continue with the activity by watching Ecuador – on the equator – while the globe is spinning. Notice that it is lit equally as long as it is dark, no matter how you hold the globe. Apparently, countries on the equator are not affected by summer or winter. Place the globe wherever you want: a day in Ecuador always lasts 12 hours. The children will notice that the further you move away from the equator, towards the poles, the variations in day lengths get more extreme. • Kontynuuj ćwiczenie obserwując Ekwador - na równiku - podczas kręcenia globusem. Zwróć uwagę, że oświetlenie trwa jednakowo długo, co jego brak, bez względu na to, gdzie ustawisz globus. Najwyraźniej kraje równikowe nie doświadczają zim i lat. Ustaw globus gdziekolwiek chcesz: dzień w Ekwadorze będzie zawsze trwał 12 godzin. Dzieci zauważą, że im bardziej oddalasz się od równika w kierunku biegunów, tym bardziej zmienia się długość dnia. • Na koniec ustaw globus tak, aby na jednej z półkul była wiosna, a na drugiej lato (ćwierć długości orbity z miejsca, w którym zaczynaliście). Ponownie zakręć globusem. W każdym miejscu na Ziemi dzień trwa teraz 12 godzin. 21 marca i 21 września są w związku z tym prawdziwymi punktami zwrotnymi pomiędzy latem a zimą. Podpowiedź: Podczas wykonywania doświadczenia nie zapominaj, że oś Ziemska musi być zawsze skierowana w tę samą stronę (w kierunku Gwiazdy Polarnej)! Powiązane ćwiczenia: 2.4, 2.5, 3.4 87 88 3.6 Powierzchnia Słońca Pełny Opis Stworzenie powierzchni Słońca za pomocą wody gotującej się z ziołami. Słowa Kluczowe • Słońce • Granulacje Potrzebne Materiały • • • • • • Płyta kuchenna Patelnia Woda Suszone zioła (2 łyżki stołowe) Oliwa Zlewka Cel Kształcenia Dowiedzieć się, jak wygląda powierzchnia Slońca z warstwą konwektywną. Kontekst Naukowy Dla nieuzbrojonego oka Słońce wygląda jak żółty dysk bez żadnych cech. W rzeczywistości jednak przypomina gotującą się zupę, która czasami się rozchlapuje i zmienia swój wygląd z minuty na minutę. Nie zauważamy tego faktu, ponieważ Słońce jest tak jasne, że przyćmiewa wszystkie szczegóły na swojej powierzchni. To jest także powód, dla którego bardzo niebezpiecznym jest patrzeć na Słońce bez odpowiedniego zabezpieczenia: jeśli spojrzysz na Słońce bezpośrednio gołym okiem - oślepi Cię! 89 Astronomowie nie obserwują Słońca w świetle widzialnym. Robią mu zdjęcia, na przykład, w ultrafiolecie. Te zdjęcia wyglądają nietuzinkowo i często ujawniają to, czego nie widać gołym okiem. Źródło: NASA / SOHO Zdjęcia Słońca zrobione w tym samym czasie, ale w innnym świetle. Zdjęcie po prawej jest zrobione w świetle widzialnym. (Źródło: NASA/SOHO) Protuberancje Kiedy całe Słońce jest zakryte, jak podczas zaćmienia, można dostrzec łuki światła na krawędzi dysku słonecznego - tak zwane protuberancje. Przy okazji, niektóre z nich są tak wielkie, że Ziemia zmieściłaby się w nich kilkukrotnie! Źródło: NASA Granulacje Jeśli spojrzymy na Słońce przez duży, dobrze zabezpieczony teleskop, dostrzeżemy strukturę podobną do plastra miodu, tak zwane granulacje. Ta sktruktura pokrywa całe Słońce, niczym siatka. Ponownie, porównania do garnka z gotującą się wodą jest właściwe. Gdy podgrzewamy garnek od spodu, to na górze zupa się podnosi, ochładza nieco i opada na dół. W ten sposób ciąglę się miesza. Ponieważ ochłodzona i tonąca materia na Słońcu jest mniej jasna niż ta, która jest gotąca i wznosi się ku górze, mamy wrażenie, że dostrzegamy sieć komórek. Nazywamy je komórkami konwektywnymi. 90 Źródło: NASA Inne źródła: Krótki film, pokazujacu granulacje słoneczne: http://goo.gl/339lN. Pełny Opis • Nalej do patelni 2cm wody i wsyp dwie łyżki stołowe suszonych przypraw. • Włącz płytę grzewczą. Po chwili zaczną się tworzyć komórki konwektywne. Wewnątrz woda się u nosi, a na brzegach opada. W tych miejscach koncentrują się przyprawy. Całość wygląda jak granulacje na powierzchni Słońca (spójrz na Rysunek). Źródło: NASA Źródło: Natalie Fisher Granulacje słoneczne w garnku: sytuacja na powierzchni Słońca (lewy obrazek) wygląda jak w naszym eksperymencie (prawy obrazek). Teraz przyjrzyj się konwekcji bliżej. Napełjnij zlewkę oliwą i przyprawami, następnie umieść całość nad palnikiem. Obserwuj rezultat. Nad palnikiem płyn zaczyna się ruszać. Zauważysz, ze przyprawy poruszają się razem z nim i są unoszone do góry. Po paru minutach można zauważyć, że na obrzeżach przyprawy zaczynają opadać. Wytwarza się ruch konwekcyjny. 91 92 3.7 Mini projekt badawczy: Rotacja Słońca Krótki Opis Wyznaczenie prędkości rotacji Słońca poprzez obserwacje plam słonecznych w przeciągu kilku tygodni. Słowa Kluczowe • Słońce • Plamy Słoneczne Potrzebne Materiały • 1 SolarScoope, kilka akruszy kalek A5 Cel Kształcenia Dowiedzieć sie, jaka jest prędkość rotacji Słońca wokół własnej osi. Kontekst Naukowy Słońce potrzebuje około 25 dni, aby obrócić się wokół własnej osi. Aby zmierzyć to samodzielnie, musimy szukać obiektów, które obracają się z taką samą prędkością jak powierzchnia Słońca. Do tego zadania przydatne są tak zwane plamy słoneczne. Jeśli spojrzymy na zaciemnione Słońce, na przykład przez okulary z filtrem, który odcina 99.999% światła, możemy czasem dostrzec plamy na powierzchni Słońca. Wyglądaja jak czarne plamy otoczone jaśniejszą obwodką. W rzeczywistości plamy także są bardzo jasne, ale wyglądają na ciemniejsze w porównaniu z resztą oślepiającego blasku słonecznego. Wyglądają ciemniej, ponieważ ich temperatura jest niższa od reszty otoczenia o kilkaset stopni. 93 Wygląd plam zmienia się nieustająco. Niektóre robią się coraz większe, znikąd pojawiają się nowe plamy. To zjawisko nazywa się grupą plam słonecznych. Czas życia plamy lub całej grupy wynosi zazwyczaj kilka dni, ale może czasem przetrwać nawet kilka tygodni. Co 11 lat liczba plam słonecznych znacznie wzrasta. Astronomowie nazywają to 11-letnim cyklem słonecznym. Wraz zrosnącą liczbą plam wzrasta aktywność słoneczna. Podczas kiedy Słońce rotuje, plamy także zmieniają swoją pozycję: rotują razem z nim. Jeśli będziemy je obserwować przez dłuższy czas, możemy oszacować okres rotacji Słońca na podstawie ruchu plam. Źródło: NASA Pełny Opis Źródło: Natalie Fisher • Poproś dzieci, aby obserwały słońce przez dwa lub trzy dni przez SolarScope. • Poproś, aby przyłożyły kalki w miejsce, w ktorych znajduje się rzut obrazu Słońca. SolarScope projektuje obraz Słońca wewnątrz Solarscopu, którego światło wchodzi poprzez małą lunetę na przeciwległą ścianę wnętrza i odbija się z powrotem przy użyciu małego lusterka. • Niech narysuj krawędź Słońca. • Następnie niech przerysują wszystkie widoczne plamy. Miej świadomość tego, że Ziemia się obraca i dysk słoneczny będzie cały czas uciekał z kalki. Dzieci powinny opanować płynne obracanie SolarScopem podczas obserwacji zanim zaczną rysować. • • 94 Ostatecznie powinny opisać swoje kalki datą, lokacją, czasem i imieniem obserwatora. Kilka dni później dzieci zauważą, że wszystkie plamy zmieniły swoje pozycje. Przesunęły się w skutek ruchu obrotowego Słońca. W przeciągu kilku następnych tygodni niektóre plamy pojawią się przy krawędzi dysku, przesuną po powierzchni Słońca i znikną za kolejną krawędzią. Niektóre pojawią się nagle na środku i zaraz znikną. Źródło: Natalie Fisher Ewaluacja • Po kilku obserwacjach dzieci mogą przeanalizować swoje rysunki. • Po pierwsze, muszą zidentyfikować plamy. W tym celu numerują je, zaczynając od pierwszego arkusza. Jeśli plama pojawia sie ponownie podczas kolejnych obserwacji, utrzymuje cały czas ten sam numer. Jeśli znika, jej numer nie pojawia się więcej. Jeśli pojawia się nowa plama, przypisuje się jej nowy numer. • Jeśli złożymy kalki razem, zauważymy, że plamy podróżują po powierzchni Słońca. W tym czasie przemierzają określoną odległość na rysunku. Plama potrzebuje połowę okresu rotacji Słońca, aby przemieścić się od krawędzi do krawędzi. W ten sposób jesteśmy w stanie wyznaczyć okres rotacji: wybierz plamę, którą można było długo obserwować i zmierz długość jej drogi (w centymetrach) na kalce. Porównaj tę odległość z drogą, jaką by pokonała, gdyby była Zachód widoczna od jednej krawędzi do drugiej. Stosunek tych dwóch liczb jest równy stosunkowi Wschód czasu obserwacji do połowy (!) okresu rotacji Słońca (widzimy tylko jedną stronę słońca, nie możemy śledzić plam tam, gdzie są dla nas niedostępne). Możemy przeprowadzić ten rachunek dla kilku plam i uśrednić wynik. Przykłady Plama F1 przemieściła się o 7.7 cm (czerwona linia) w ciągu 8 dni. Długość cięciwy w tym miejscu wynosi 12.3 cm (niebieska i czerwona linia). Odpowiada to stosunkowi 7.7/12.3 = 0.63. Aby przemieścić się od krawędzi do krawędzi 95 potrzebowałabym 8 dni/0.83 = 12.7 dnia. To odpowiada okresowi rotacji 2x12.7 dnia = 25.4 dnia. Właśnie zmierzyłeś prędkość rotacji Słońca! Podpowiedź: Uwaga: obserwacje Słońca to niebezpieczne zajęcie. Słońce jest najbardziej przyjaznym szkole obiektem do obserwacji astronomicznych, ponieważ można je podziwiać w czasie, kiedy dzieci są w szkole. Dodatkowo, zmienia swój wygląd w rozsądnych przedziałach czasu i jest ładne do odnalezienia na nieboskłonie. NIEMNIEJ, bezpośrednie patrzenie na Słońce, na przykład niezabezpieczonym okiem, może uszkodzić wzrok! Lekkomyślne spojrzenie na słońce przez przyrząd optyczny (na przykład teleskop) wystarczy, aby oślepnąć na całe życie. Słońce wypala siatkówkę i nieodwracalnie uszkadza nerwy wzroku. Istnieją jedna bezpieczne metody patrzenia na Słońce. Jedną z możliwości jest zakup tak zwanych okularów zaćmieniowych lub po prostu okularów do patrzenia na Słońce. Takie okulary zrobione są ze specjalnej folii, która odcina 99.999% światła. Można też kupić samą folię i wyposażyć w nią teleskop lub lornetkę. Źródło: Natalie Fisher 96 Pomysły na inne ćwiczenia Plastyka Dzieci są zafascynowane i zainspirowane niesamowitą mocą Słońca i jego ciągle zmieniającą się powierzchnią. Spójrzcie z klasą na zdjęcia Słońca. Przeszukaj Internet ze słowami kluczowymi: “Słońce”, “Plamy słoneczne” lub “Protuberancje” i przyjrzyj się obrazkom. Pozwól dzieciom namalować Słońce, jeśli to możliwe, na dużym arkuszu. Możesz również spróbować z czarnym papierem i jasną kredą. Matematyka Słońce jest ogromne. Jego średnica to 109 średnic Ziemi, a w jego wnętrzu można by zmieścić miliony kul ziemskich. Taki eksperyment myślowy można zrealizować przy użyciu przedmiotów o odpowiednich wielkościach (koralików, kostek itd.). Jeśli jeden koralik symbolizuje rozmiar Księżyca, to musielibyśmy ułożyć ich 400 w ciągu, aby pokryły średnicę Słońca. Przyroda Ciepło słoneczne jest dla nas esencjonalne. Niektóre rzeczy na Ziemi stają się gorętsze niż inne, jeśli wystawimy je na działanie promieni słonecznych. Na przykład, większość dzieci przynajmniej raz poparzyło stopy od gorącego piasku na plaży i wskoczyło potem na chłodny ręcznik. Poproś dzieci, aby odtworzyły warunki z różnych miejsc na ziemi, na przykład morze, pustynia, las. Do tego ćwiczenia niech wybiorą różne materiały, które będą ogrzewane przez Słońce. Powinny ocenić temperaturę za pomocą dotyku lub przy użyciu termometru. Odpowiednie przygotowanie to: dwie miski z wodą (w jednej mało w drugiej dużo wody), jedna miska z czarnym dnem i wodą, miska z piaskiem, jedna z ziemią do kwiatów, jedna z roślinkami, kolejna z kamieniami itd. Inne możliwe pytanie: czy można utylizować ciepło? Wizyta specjalisty w tym zakresie albo wycieczka do farmy fotowoltanicznej to zawsze wzbogacające doświadczenie. Nauki humanistyczne Słońce było czczone przez wiele kultur. Poproś dzieci, aby zbadały ten temat. 97 98
