2020 STEM-учитель Не опубліковано Учитель року Фізика і астрономія

Досліджуємо сонячну активність

03k Поширити

Проблема: ось уже протягом 4,59 млрд років Сонце освітлює та зігріває нашу зоряну систему, яка живе за законами фізики і підпорядкована власному еволюційному розвитку. Завдяки цій зорі існує життя на Землі, а можливо й на інших небесних тілах. Які саме чинники обумовлюють існування самої зорі та як пов’язані фізичні явища, що спостерігаються на планеті, із сонячною активністю?

Трейлер до проєкту. Сьогодні спробуємо вирішити ряд завдань та дати відповідь на запитання:

Як саме можна дослідити зображення фотосфери Сонця на конкретну дату?
Які активні утворення спостерігаються в хромосфері Сонця?
Число Вольфа – для чого його шукають?
Знайомимось з магнітограмами.
Спостерігаємо полярне сяйво.

Тип STEM–проєкту: міжпредметний, дослідницький, короткотривалий.

Вікова група: 9-11 клас.

Інтегративно-асоціативна складова: фізика та астрономія, математика, хімія, біологія, інформатика, технології, англійська мова.

Компетентності:

*математична*	здатність застосовувати математичні методи для опису, дослідження фізичних явищ і процесів; інтерпретація результатів досліджень.
*природнича*	вміння пояснювати природні явища, досліджувати природу, оцінювати значення астрономії та технологій для формування цілісної картини світу
*інформаційно-цифрова* –	використання сучасних цифрових технології і пристроїв для вивчення фізичних явищ, для обробки результатів експериментів, моделювання фізичних явищ і процесів
*ініціативність та підприємливість*	уміння застосовувати власні знання для генерування ідей та ініціатив щодо проєктної діяльності, конструкторської та винахідницької діяльності
*обізнаність і самовираження*	використання знань з фізики, астрономії та інформатики під час реалізації творчих ідей

Джерела інформації (інтернет-портали): SOHO Solar and Heliospheric Observatory, Aurora Servise (Europe).

Обладнання та цифрові ресурси: комп’ютерне забезпечення уроку, проектор, Інтернет-мережа; Power Point; портал проєктної діяльності Padlet.

Структура проєкту:

Завдання 1. Вивчаємо зображення Сонця на різні дати.

Ввести в адресному рядку – http://sohowww.nascom.nasa.gov

№	Завдання	Коментар вчителя, вказівки для виконання завдань	Компете- нтності
1.1	Ознайомитись з функціоналом домашньої сторінки порталу SOHO	Потрібно активувати зображення (піктограму) з написом *THE* *SUN* *NOW; знайти зображення Сонця під написом SDO/HMI* *Continuum, для завантаження архіву (ряду зображень фотосфери Сонця), активуємо напис More* *512*x512 під цим зображенням.
1.2	Завантажити зображення Сонця на вказану дату.	Знайти в архіві зображення фотосфери Сонця на вказану дату, натиснути на нього лівою клавішею миші та збільшити; зберегти зображення собі на робочий стіл; (Примітка! Якщо зображення фотосфери Сонця матиме невеликі розміри і буде важко його роздивитися, то повернутися до попередньої сторінки і активувати саме зображення іконки, потім ще раз натиснути на фотографію і завантажити її).
1.3	Визначити розмір сонячної плями	Щоб визначити лінійні розміри плями, потрібно: виміряти на екрані діаметр диска фотосфери Сонця та розміри 2-3 плям. Радіус Сонця 696000 км, скласти співвідношення і визначити лінійні розміри. Приклад виконання: Спочатку обираємо пляму на Сонці. Вимірюємо лінійкою її ширину і переводимо значення у кілометри. Складаємо умову задачі. Радіус Сонця 696000 км, а на екрані монітора він займає відстань 11см, тобто (якщо перевести у мм) це буде 110 мм. Ширина плями, за вимірами лінійки становить 1мм. Складемо пропорцію: 696000 км – 110мм х, км – 1 мм Звідси, Зробити подібні розрахунки для декількох плям.
1.4	Визначити напрям обертання Сонця	Для цього необхідно ще раз повернутися до пункту (1.2) і, відкривши сторінку із зображеннями Сонця, опуститися вниз. А далі, вибравши певну групу плям, прослідкувати, як вони переміщуватимуться на поверхні зорі протягом доби. Зробити відповідні спостереження.

Завдання 2. Знаходимо число Вольфа для обраної дати і порівнюємо його з прогнозованим графіком сонячної активності.

Ввести в адресному рядку – http://sohowww.nascom.nasa.gov

№	Завдання	Коментар вчителя, вказівки для виконання завдань	Компете- нтності
2.1	Визначити число Вольфа на вказану дату	Одними з найпотужніших проявів сонячної активності – є сонячні спалахи. Вони виникають у нейтральних зонах між плямами, що мають протилежні полярності. Число Вольфа – характеризує відносне число сонячних плям. , де g – число груп плям, f – загальне число плям, k – коефіцієнт пропорційності для зведення до єдиної системи результатів спостережень різних обсерваторій (К=1).
2.2	Порівняти розраховане число Вольфа з прогнозованим на графіку	На порталі SOHO активуємо іконку з написом *ESTIMATED* *KP.* Коли відкриється сторінка SPACE WEATHER PREDICTION CENTER, опуститися донизу та знайти графік з назвою *ISES* *Solar* *Cycle* *Sunspot* *Progression* – графік зміни чисел Вольфа за останні роки. По вісі ординат відкладають числа Вольфа, по вісі абсцис – роки від 2008 до 2020, копіюємо графік на робочий стіл, розглядаємо зображення. Робимо висновки.
2.3	Визначити значення радіаційного потоку	Активуємо графік з назвою *ISES* *Solar* *Cycle* F10,7 cm *Radio* *Flux* *Progression* – графік залежності потоку радіовипромінювання Сонця на довжині хвилі 10,7 см за останні роки. По вісі ординат відкладають інтенсивність радіовипромінювання Сонця на довжині хвилі 10,7 см, по вісі абсцис – роки від 2008 до 2023. Аналізуємо криву.
2.4	Визначити планетарний індекс	Відкрити графік з назвою AP PROGRESSION та зробити аналіз даних. Ap — планетарний індекс отриманий на основі середніх даних із станцій розташованих по всьому світу. Це – щоденний індекс геомагнітної активності, отриманий як середнє число із восьми трьохгодинних значень, вимірюється в одиницях напруженості магнітного поля нТл — нанотеслах і характеризує змінність магнітного поля Землі в даній точці простору.

Завдання 3. Досліджуємо геомагнітну активність Сонця

Ввести в адресному рядку – http://www.swpc.noaa.gov/communities/space-weather-enthusiasts

№

Завдання

Коментар вчителя,

вказівки для виконання завдань

Компете-

нтності

3.1

Проаналізувати КР-індекс

Розглядаємо діаграму SPACE WEATHER OVERVIEW. Робимо аналіз геомагнітної активності за графіком KP Indeks.

K-індекс — це відхилення магнітного поля Землі від норми протягом трьохгодинного інтервалу. Індекс був введений Дж. Бартельсом в 1938 г. і представляє собою значення від 0 до 9 для кожного трьохгодинного інтервалу (0-3, 3-6, 6-9 і т. д.) світового часу. Kp-індекс — це планетарний індекс. Kp вираховується як середнє значення К-індексів, визначених на 13 геомагнітних обсерваторіях, розташованих між 44⁰ і 60⁰ градусами північної і південної геомагнітних широт.
Якісний стан магнітного поля в залежності від Кp-індекса: Kp ≤ 2 — спокійне;
Kp = 2, 3 — слабкозбурене;
Kp = 4 — збурене;
Kp = 5, 6 — магнітна буря;
Kp ≥ 7 — сильна магнітна буря. Зробіть висновки.

3.2

Розглянути інтенсивність полярного сяйва

Запустити анімацію активності полярних сяйв на цій же сторінці Geospace. AURORA RORECAST або ж Ознайомитись з матеріалом інформаційного ресурсу http://www.aurora-service.eu/aurora-forecast/

Розглянути її (анімацію можна зробити на весь екран, активувавши зображення мишкою) та зробити висновок про найбільшу активність, вказати територію найбільшого прояву полярного сяйва в даний момент).

Яким чином утворюється полярне сяйво? (фізична складова явища)

Завдання 4. Досліджуємо магнітограми Сонця та його активні утвореннями у хромосфері

Ввести в адресному рядку – http://sohowww.nascom.nasa.gov

№	Завдання	Коментар вчителя, вказівки для виконання завдань	Компе- тентності
4.1	Зробити аналіз магнітограми зорі	Активувати піктограму з написом *THE* *SUN* *NOW* та знайти зображення Сонця під написом *SDO/HMI* Magnitogram**; натиснути на зображення, щоб його збільшити. Завантажити, зберегти на робочому столі зображення, розглянути його. Знайти біполярні групи плям та оцінити їх. Положення плям залежить від фази циклу активності. Напруженість магнітного поля у більшості плям дорівнює 1000-2000 Е, у деяких випадках сягає 4500 Е. Поле ведучої і хвостової плями завжди має полярність. Тому такі групи називають біполярними. Поля головних плям з північної і південної півкулі Сонця мають різну полярність. Знак поля головних плям співпадає з знаком глобального поля півкулі.
4.2	Дослідити хромосферу Сонця	Розглянути спектрогеліограму Сонця в лінії H_a. Знайти хромосферні факели, флокули, протуберанці. Активувати посилання: https://gong2.nso.edu/products/tableView/table.php?configFile=configs/hAlpha.cfg Завантажити зображення Сонця на екран, розглянути його та зробити висновки. Зони підвищеної яскравості у фотосфері називають факели (факельні поля), що локалізовані навколо сонячних плям. Іноді факели з’являються раніше, ніж утворюється пляма, передвіщаючи таким чином її появу, і зберігаючись протягом декількох десятків днів після того, як плями зникли. Гарячі і яскраві ділянки в хромосфері, які перебувають безпосередньо над фотосферними фалеками, названо флокулами. Своєрідні викиди речовини названо протуберанцями. Їх довжина сягає до 200000 км, товщина – декількох тисяч кілометрів. Температура 6000-8000 К. Завдяки їм відбувається обмін речовиною між хромосферою і короною
4.3	Розглянути утворення в сонячній короні	Знайти зображення Сонця під написом *EIT* *304, натиснути на зображення, щоб його збільшити. Завантажити архів, зберегти на робочому столі зображення, розглянути його. Написати, чи наявні протуберанці і корональні діри. Корональні діри утворюються в короні і є джерелом швидких потоків речовини у сонячному вітрі.* Розгляньте зображення корони Сонця і позначте ймовірні ділянки викиду сонячної речовини. *http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/c2/512*

Зробіть загальний висновок по роботі! Результати роботи оформіть та подайте у вигляді роздрукованого документа в текстовому редакторі або як презентацію в MS PowerPoint, де до кожного завдання практичної роботи будуть наведені відповідні зображення Сонця, графіки, розрахунки, словесні пояснення, тощо.

Переглянути презентацію.

Сергійчук Вікторія Валеріївна,
учителька фізики
Загальноосвітнього навчального закладу
І-ІІІ ступенів „Середня загальноосвітня
школа № 45″ Подільського району м. Києва,
фіналістка V Всеукраїнського Інтернет конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ – 2020”
за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК”
у номінації „Фізика”

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!