南湖国小天文融入自然与科技领域课程联络补充教材

南湖國小天文融入自然與科技領域課程聯絡補充教材南湖國小天文融入自然與科技領域課程聯絡補充教材 作者 吳杏惠老師 適用年級 國小五年級 1 1 教學主題教學主題 天空之眼 太空望遠鏡 2 2 教學目標教學目標 一 能了解望遠鏡的成像原理 二 能閱讀有關太空望遠鏡的書籍 三 能有條理的說出太空望遠鏡的構造原理 四 能實地運用南湖國小的太空望遠鏡進行星象的觀測活動 五 能說出南湖國小架設的望遠鏡的特色並與發射太空之太空望遠鏡比較其優缺點 六 能欣賞別人的創意與作品並能讚美他人 七 了解合作的意義在於分工發揮己長並能互相尊重以共同目標為優先 3 3 教學內容教學內容 一 活動一 望遠鏡自己動手作 1 望遠鏡的發明 2 凹凸透鏡的功能 3 望遠鏡的成像原理 4 望遠鏡自己動手作 二 活動二 認識學校之星象儀與望遠鏡 觀星活動 1 由星象儀與望遠鏡的觀測中領會宇宙倉穹之浩瀚與人類之渺小 2 能體會肉眼進行星象觀察與望遠鏡經由電腦螢幕傳輸畫面的差異 三 活動三 網路導覽 1 哈伯望遠鏡 從 google 談起到 NASA 網站上哈伯傳回的影像 2 其他太空望遠鏡 如錢德拉 X 光望遠鏡 3 太空望遠鏡的優缺點 4 未來的太空望遠鏡 如赫克利斯與普朗克 四 活動四 天空之眼 學習單 1 引導學生發揮想像力 想像自己是太空望遠鏡 分組繪畫 太空望遠 鏡的大發現 傳回的太空影像 2 情境設計 太空之眼所見所聞 將自己的畫面加以解析說明 3 集結成書 某班太空望遠鏡的發現 4 4 教學補給站教學補給站 1 哈伯太空望遠鏡 物理園 undefined 文 湯兆昇 大家可能不知道 把光學望遠鏡送上太空 像 人造衛星一樣繞地球旋轉 是天文學家多年來 的夢想 為甚麼要把望遠鏡送上太空 原來地 球的大氣層對天文觀測構成極大的障礙 即使 在遠離人煙的高山觀測 大氣電離層中的輻射 仍然會使夜空背景發光 影響了一些要求很高 的光度測量 大氣的擾動亦是使天文學家十分 頭痛的問題 大家可能有這樣的經驗 在一個 炎熱的下午看著路面的熱氣流上升 遠方的景 物便會不斷浮動而變得模糊 試想想這景像被望遠鏡放大了數百倍後會是甚麼模樣 在大氣 擾動下 原本在望遠鏡中呈現點狀的星光變成了模糊的圓盤 大大減低了望遠鏡的分解能力 和量度星體位置的準確度 以著名的派洛瑪山 Mount Palomar 天文台五米口徑望遠鏡為例 理論上它可以分辨兩顆在天空上相距衹有幾百分之一弧秒的星星 但事實上即使在大氣十分 穩定的情況下 它的分解能力仍然比理想差約 100 倍 早在 1946 年天文學家 Lyman Spitzer 已經提出了太空望遠鏡的構思 但這個夢想卻要到 90 年代才實現 太空望遠鏡的歷史可說是波折重重 在 1972 美國太空總處開始建造穿梭 機的時候 不少天文學家憧憬著穿梭機不久便可以把太空望遠鏡送上軌道 並可協助定期維 圖一 哈勃太空望遠鏡 圖片 NASA 修 但一次石油危機使這美夢幾乎完全粉碎 醉心研究的科學家可能從來沒有想像過美國國 會竟然在短短五分鐘的討論中決定把太空望遠鏡計劃達四億多美元的撥款全部取消 後來經 過科學家漫長的游說後 太空望遠鏡計劃終於得以落實 但不幸的事接踵而來 建造過程中 出現了不少技術問題 花費比原來的預算超資四倍 直至最後建造完畢 望遠鏡的升空日期 亦因為穿梭機 挑戰者號 爆炸的意外而延誤了兩年半 在 90 年 4 月 以著名天文學家 哈勃 Hubble 命名的太空望遠鏡終於順利升空 它脫離了 發現號 穿梭機 徐徐張開了 長達 12 米但非常纖薄的太陽能吸收板 正式進入繞地軌道 可是災難並未就此結束 研究 人員很快便發現直徑 2 4 米的主鏡有嚴重缺陷 不能準確地把光線聚焦 使星星的映象變 成了模糊的圓盤 後來發現這是負責建造主鏡的專家們疏忽所至 為了彌補缺陷以免數億美 元付諸流水 研究人員設計了一個名為 COSTAR 的複雜光學修正系統 經過一番努力 太 空望遠鏡最後終於能夠向勞苦功高的科學家與及在稅款上不斷支持這項計劃的廣大美國市民 展示其應有的實力 不負眾望 花了那麼多人力和金錢 太空望遠鏡究竟可以讓我們看到甚麼 簡單地說 它使人類在短短 一生中了解到恆星數十億年生老病死的歷史 以至茫茫宇宙的過去與未來 通過太空望遠鏡 我們目睹星雲收縮成恆星過程中的各個階段 在獵戶座大星雲中 天文學家更首次清楚地攝 得繞著新誕生恆星的氣體盤 相信這些氣體和塵埃會在吸積的過程下形成行星 就像今天九 大行星繞太陽旋轉 更說不定當中有些行星能孕育出像人類一樣有智慧的生命 太空望遠鏡 使人類間接地了解自身的來源 哈勃望遠鏡亦攝得很多形狀奇異獨特 色彩絢麗的 行星狀 星雲 它們都是恆星死亡時拋射出來的物質 在太空中展示其最後的光輝 在 87 年一顆 巨型恆星在麥哲倫星系以一次稱為超新星的大爆炸結束一生 天文學家藉哈勃望遠鏡詳細地 記錄了它爆發後噴出的氣體變化 從而準確地推算出麥哲倫星系的距離 為量度其他更遙遠 星糸的距離奠下了基礎 哈勃望遠鏡強大的分解能力更把遠至數千萬光年外星系中的一些 造父變星 分辨出來 這些奇異天體的變光週期和它們本身發光多少有關 天文學家把這 些星體的真實光度和望遠鏡所量得的視光度比較便可得出星系的距離 在一些名為射電星系 的核心 天文學家找到了巨型黑洞存在的證據 許多星系核心附近高速旋轉的氣體暗示著它 們的核心隱藏著一些質量高達數千萬以至數十億個太陽的巨型黑洞 在數十億至一百億光年 以外 哈勃望遠鏡觀測到一些星系及類星體產生所謂 重力透鏡 的現象 根據廣義相對論 像星系般巨大的質量會使周圍的星光因引力而偏轉 形成多重影象 在這樣巨大的尺度下 哈勃望遠鏡又攝得不少形狀古怪的原始星系 它們都是宇宙初期誕生的嬰兒 凡此種種發現 都對研究宇宙的結構和歷史有著極為深遠影響 其實哈勃望遠鏡還帶給我們許多其他關於宇 宙的訊息 有興趣的朋友可參考哈勃望遠鏡的網頁 http www stsci edu 2 太空望遠鏡的優缺點 1 大氣會吸收部分波段大氣會吸收部分波段 太空中 太空中可避免大氣擾動大氣擾動的影響的影響 2 觀測時間不受天候限制觀測時間不受天候限制 太空望遠鏡的風險太空望遠鏡的風險 1 易受流星體的撞擊易受流星體的撞擊 2 日夜溫差大日夜溫差大 3 維修不易維修不易 4 壽命不長壽命不長 哈伯太空望遠鏡哈伯太空望遠鏡 1 主鏡 主鏡 2 4 公尺公尺 2 總重 約總重 約 11 噸噸 3 升空日期 升空日期 1990 年年 4 月月 24 日日 4 觀測波段 紅外線 觀測波段 紅外線 可見光 小部分的紫外線可見光 小部分的紫外線 5 費用 費用 15 億美金億美金 維修哈伯望遠鏡維修哈伯望遠鏡 1 第一次維修任務 第一次維修任務 1993 年 球面像差年 球面像差 太陽能板太陽能板 gyroscope 陀轉儀 陀轉儀 2 第二次維修任務 第二次維修任務 1997 年 加入兩樣新儀器年 加入兩樣新儀器 3 第三次維修任務 原訂第三次維修任務 原訂 1999 年年 10 月月 14 日 後來延至日 後來延至 12 月月 11 日日 gyroscope 陀轉儀 陀轉儀 又壞了又壞了 電池保護器 預備記錄器 電腦 外層保護電池保護器 預備記錄器 電腦 外層保護 錢德拉錢德拉 X 光望遠鏡光望遠鏡 1 於於 1999 年發射升空年發射升空 2 觀測波段 觀測波段 X 光光 3 特別的主鏡 直徑不同的圓筒狀鏡片套在一起特別的主鏡 直徑不同的圓筒狀鏡片套在一起 5 5 參考資料來源參考資料來源 小學常識網 TAS 台灣天文網 http www tas idv tw 美國太空總署 http www nasa gov http www stsci edu 23 天空之眼學習單學習單 一 請分組自製望遠鏡 並於下課十分鐘進行觀察 1 你自製的望遠鏡能否看到對面的山 答 2 你看到的影像是正的還是倒立的 答 3 要如何使視野更廣看得更遠 答 4 請幫自己的望遠鏡打打分數 你可以得幾分 答 5 請幫自己的望遠鏡照個寫真 將照片貼在下面框格中 二 如果你是太空望遠鏡 1 你的秘密檔案 主鏡大小總重觀測波段升空日期搭載之太空船名稱 2 你將升空進行以下的探險活動 你將會傳回什麼樣的畫面 探險活動 月球的另一面 火星的不同角度 太陽系的行星寫真 尋覓太陽系的第十顆行星 太陽系