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亲情版的地理实践力之二:天文观测与塑造沙盘地貌模型

 讲地又讲理 2020-12-09


一次天文观测

一、情景对话
爸爸:天有日月星辰谓之文,地有山川陵谷谓之理;仰观天文,俯察地理。 

宝贝:我们四川阆中的民间天文学家西汉人落下闳,提出了正月初一为春节,被称为中国的春节圣诞老人。宇宙浩瀚,星辰无数,怎样来观测天文呢? 


爸爸:古人都能上知天文下晓地理,我们也要会观测天文。
二、理论背景
宝贝:介绍一些基本天文知识吧。
 

爸爸:由于天体距离地球太远,我们对看见的星辰的描述有:
视星等,为天文学术语,是指观测者用肉眼所看到的星体亮度。视星等的大小可以取负数,数值越小亮度越高,反之越暗。
视直径视大小,也就是肉眼看见的物体的视角。单位为度、分、秒。以此视角的差距可以估算天体的远近,1秒差距相当于3.26光年。
天体
视直径
视星等
31.5~32.5
-26.7
29.8~34.1
小达-12.6
水星
4.6~12.6
-2.2~5.6
金星
9.6~64.3
-4.7~-3.9
火星
3.5~25.2
-2.9~-1.9
木星
30.5~50.1
-0.4~0.5
土星
14.9~20.8
5.6~5.9
光谱型:恒星依据温度递减,一般分为OBAFGKM七大光谱类型,我们用一句俏皮话记住:“Oh,Be A Fine Girl ,Kiss Me.
天体
所属星座
视星等
颜色
猎犬α
猎犬
2.9/5.5
淡蓝/淡绿
英仙θ
英仙座
4.1/9.9
/
天鹅61
天鹅座
5.2/6.0
/
   我们借助望远镜观测时,要了解几个其性能参数:
   


分辨率 也叫分辨力。天体视直径用角、分、秒描述,望远镜的分辨率θ与其口径D成反比。
θ()=12.6/D(cm)
如,口径为10cm 的典型折射望远镜的分辨率为12.6/10=1.26″。
视宁度:描述天体受大气湍动的影响变得模糊、闪烁的程度。等级如下:
视宁度
观测效果
1
极佳
2
较好
3
一般
4
较差
5
极差
倍率:放大的倍数。倍率V等于望远镜的物镜焦距f与目镜焦距f之比值。
V=f/f
如用望远镜的物镜焦距为1000mm,目镜焦距10mm,可以得到1000/10=100倍的倍率。
标准倍率:调试望远镜时,倍率一般调为其口径(mm)数值相等。如口径为120mm,建议其标准倍率调试为120倍。
最大有效倍率:在视宁度为1极佳时,可以在标准倍率基础上,乘以2,得到最大有效倍率。如口径为120mm,其最大有效倍率为240倍。
  最小有效倍率:望远镜的口径(mm)除以瞳孔的直径(一般7mm.如,一架典型的天文望远镜的口径为100mm,那么,它的最小有效倍率=100/7=14倍。
三、观测目的
    宝贝:我们观测天文,可以培养我们对宇宙的兴趣和科学探索的精神,既要脚踏实地,也要仰望星空。
四、材料准备
    爸爸:我们可能要准备数码单反相机、三脚架、天文望远镜、A5大的观测笔记本、防水笔、天文日历、表等。
五、注意事项
    宝贝:那,我们要提前选好时间地点,一般选在高山或高原的人烟稀少地方,人为环境影响小的地方。
六、观测过程
爸爸:在观测时,要做好描述记录,一般包含以下要点:
天体或天文事件名称
具体时间
观测地点
海拔气压
气温湿度
大气能见度(1-5度,1为极佳,5为大雾)
视宁度(1-5度,1为极佳,5为极差)
使用的望远镜
使用的目镜及倍率
是否用滤镜
对目视感觉尽可能准确描述
最好附一张简单的手绘图
宝贝:我们的天文摄影,也要做好照片记录,一般包含以下要点:
照片编号
拍摄天体
拍摄地点
拍摄时间
曝光时间
相机主机
感光芯片尺寸
镜头光圈
镜头焦距
使用滤镜
气温湿度
大气能见度
视宁度
照片质量
连拍的多张照片要标明时间顺序和张号
七、观测记录
爸爸:我喜欢用A5大小的纸张,铺在硬夹板上,做好笔记。
观测笔记
天体名称:
其他名称和编号:
所属星座:
赤经:
赤纬:
类型:
视直径:
视星等:
倍率:
视场:
滤镜:
寻星镜中是否有可见:
望远镜型号:
类型:
口径:
相对口径:f    /10
观测日期:
时间:
地点:
海拔:
气压:
气温:
湿度:
大气能见度:
视宁度:
观察者:
目视感受描述:



手绘图:
                     
 
八、拓展应用
宝贝:我们可以查天文历事,提前知道一些重要天文事件,如——
2021年:
1.24 水星东大距
    6.10日偏食
    8.2  土星冲日
9.14 海王冲日
10.29金星东大距
11.5  天王冲日
2022年:
3.20  金星西大距
5.16  月全食
8.14  土星冲日
9.26  木星冲日
10.25日偏食
12.8  火星冲日
2023年:
6.4   金星东大距
8.27  土星冲日
10.23 金星西大距
10.28 月偏食
11.13 天王冲日
2024年:
3.24水星东大距
9.8  土星冲日
9.18 月偏食
12.7木星冲日
2025年:
1.16火星冲日
3.8  水星东大距
3.14月偏食
3.29 日偏食
6.1  金星西大距
9.7  月全食
9.23 海王冲日

塑造沙盘地貌模型

一、情景对话

宝贝:驴友约我去爬山,我看不懂二维的平面的等高线地形图。
 

爸爸:出发前,你可以把它做成个三维的立体的沙盘地貌模型图,
你就一目了然地形的陡缓了。 


二、理论背景
宝贝:先让我认认下面的等高线图吧。
爸爸:有比例尺吗?
宝贝:有,1:50000,图上1厘米代表实际距离长500米。那甲
乙两地大约相距4×500=2000米,即2km.
爸爸:地图上,海拔相等的点的连线叫等高线。同一条等高线,海拔相等。我们可以读出某点的海拔,以及两点的高差。下图中,每相邻两条等高线相差100米。
宝贝:E点附近海拔约100米。C点呢? 

       爸爸:300-400之间,大约350米吧。甲、乙两点高差多少米?
宝贝:甲600多米-500多米=100米。
爸爸:图中,最高点、最低点各多少米?相差多少米?
宝贝:大约相差600-0=600米。
爸爸:我们可以根据等高线的疏密,判断坡度的陡缓,越密集则坡陡。EF谁陡?
宝贝:E坡缓、F坡陡。
爸爸:我们还可以根据等高线特点,判别山地地貌的名称。甲处——中高周低是山峰,乙也是山峰。C是两山间的鞍部。E是缓坡,F是陡坡。D特别,等高线重合呈锯齿状,叫陡崖,落差约300米。A等高线相低凸,是山脊;B向高凸,是山谷,也是河谷。如果你们去攀岩,在哪一处?
宝贝:D处陡崖。
爸爸:如果驴友爬到最高峰插上国旗,在哪个山峰?
宝贝:甲峰。 

三、实验目的
宝贝:那我们可以做沙盘地貌模型了。
四、材料准备
爸爸:等高线地形图、大透明玻璃板、桌架、聚光灯、透明油纸、塑料透明细沙、喷雾瓶、水、喷雾用的稀胶水、染色剂、尺子、刻刀、纸标签。
五、注意事项
宝贝:根据最高与最低海拔的差,设计好垂直比例尺。我看水平比例尺是1:50000,那垂直比例尺,放大5倍,设计为1:10000为好,垂直高100米的山在沙盘上设计为1厘米高,600米的山设计为6厘米。
六、塑造沙盘
爸爸:复印一张等高线地图,标上指向标,用红笔标上主要地形、地貌的名称。
宝贝:在桌架上支撑固定好玻璃板,做个简单稳固的玻璃桌,玻璃板下放照射用的聚光灯。
 

爸爸:把等线地图摊在水平大玻璃板上。
宝贝:在其上面覆盖好很大一张透明油纸,夹子加好,固定位置不滑动。
爸爸:以等高线地图为底子,在透明油纸上,用沙子描出0米等高线。
宝贝:用沙子、喷雾瓶描出100米等高线,线内堆上1厘米高的沙子平台。
爸爸:用沙子、喷雾瓶描出200米等高线,线内堆上2厘米高的沙子平台。
宝贝:用沙子、喷雾瓶描出300米等高线,线内堆上3厘米高的沙子平台。
爸爸:以此类推,沙盘中堆出400500600米的等高线平台。
宝贝:修出一定的缓坡、陡坡。
爸爸:用刻刀塑造出山谷、山脊、陡崖、鞍部、山峰。
宝贝:用刻刀画出沙盘边界。用蓝色喷出河流、海洋。还可以喷点绿色表示植被。
爸爸:在沙盘外贴上水平比例尺、垂直比例尺。
宝贝:给主要的地形地貌写上名称并贴上标签。贴上指向标。我们的沙盘地貌模型做好了。
拓展应用
爸爸:如果水平比例尺和垂直比例尺一样大?沙盘模型上的地形
地貌会很明显吗?
宝贝:今后,我们可以设计参数编程,用3D打印机打印地形地
貌模型了。 

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