Методика преподавания темы
"Солнечная активность"

Цель компьютерной практической работы: формирование понятия о солнечной активности.

Задачи выполнения практической работы:

•  формирование понятий о солнечной активности, формах её проявления и цикличности;

•  приобретение элементарных навыков исследовательской работы и умения анализировать информацию;

•  формирование научного мировоззрения учащихся;

•  знакомство с возможностями современной астрономической техники;

•  знакомство с методологией научных исследований.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ

Цель работы: Изучение проявлений солнечной активности, знакомство с циклами солнечной активности и методами обработки информации.

Оборудование: Компьютер с установленной программой «Солнечная активность».

Внимание! При возникновении вопросов по работе с программой «Солнечная активность» используйте встроенную справочную систему программы (пункт меню «Справка»).

Выполнение работы.

Задание 1. Определение размеров протуберанцев.

Протуберанцы - сравнительно холодные плотные облака солнечного вещества, выброшенные в хромосферу. Протуберанцы имеют разнообразную причудливую форму.

По фотографии определите линейный размер крупного протуберанца, и сравните его с радиусом Солнца.

Для этого измерьте размер протуберанца и диаметр Солнца в пикселях, используя инструментарий программы «Солнечная активность». Рекомендуется произвести несколько измерений и найти среднее из них с целью повышения точности измерений путём устранения случайных погрешностей. После этого, по известному значению радиуса Солнца найдите масштаб изображения:

.

С использованием вычисленного масштаба определите линейные размеры протуберанца в километрах.

Сравните размеры протуберанца с радиусом Солнца, вычислив отношение , где – радиус Солнца, – размеры протуберанца.

Результаты вычислений занесите в отчётную таблицу 1.

Таблица 1.

Задание 2. Определение размеров пятен.

Солнечные пятна - области солнечной фотосферы с температурой около 4000 - 4500 К и размерами от 1 до 35000 км , возникающие там, где местные магнитные поля, "всплывая", подавляют конвекцию.

По фотографии определите радиус крупного пятна в фотосфере Солнца (пятно может не иметь правильной круглой формы – тогда вычисляется средний радиус).

Методология проведения измерений аналогична первому заданию: используйте масштаб изображения:

.

Сравните радиус пятна с радиусом Земли, вычислив отношение , где – радиус Земли (в км), – радиус пятна.

Результаты вычислений занесите в таблицу 2.

 

Таблица 2.

Задание 3. Вычисление скорости выброса солнечного вещества.

По представленным четырём кадрам выброса солнечного вещества вычислить скорость этого выброса. Для этого, пролистывая кадры с помощью кнопок навигации, замерьте описанным выше способом расстояние выброса на каждом кадре и зафиксируйте время, когда был сделан этот снимок (дата и время напечатаны на фотографиях в левом нижнем углу). После этого вычислите скорость движения солнечного вещества на каждом участке. Как меняется скорость протуберанца?

Результаты вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

Задание 4. Вычисление чисел Вольфа.

Количественная характеристика солнечной активности - числа Вольфа - определяется по формуле: , где g - количество групп пятен, f - количество всех наблюдаемых пятен, k – условный коэффициент, учитывающий качество инструмента наблюдений. Кривая среднегодовых чисел Вольфа совершенно отчетливо показывает периодические изменения числа солнечных пятен.

По представленной фотографии определите число Вольфа на конкретную дату (как узнать дату снимка описано в справочной системе программы). Для этого подсчитайте число групп пятен g и полное число пятен f , после чего воспользуйтесь формулой, приведённой выше, считая коэффициент k равным 1.

 

Обратите внимание, что одиночные пятна также считаются группой. Так, например, если на Солнце видны пять одиночных пятен и ещё две группы пятен: в первой три пятна, а во второй четыре, то g = 2 + 5 = 7, f = 3 + 4 + 5 = 12, следовательно, W = 7*10 + 12 = 82. Если на Солнце только одно пятно, то W = 11.

После вычислений введите полученный результат в соответствующее текстовое поле и проверьте его графически (используйте возможности программы для увеличения интересующего участка графика). Сделайте вывод о степени точности расчётов. Обоснуйте причины возможных расхождений.

Какова степень солнечной активности на данную дату?

Результаты вычислений занесите в таблицу 4.

Таблица 4.

Задание 5. Выделение периодов солнечной активности.

Солнечная активность в числах Вольфа и, как выяснилось позже, в других индексах, имеет циклический характер. Эпоха, когда количество активных областей бывает наибольшим, называется максимумом солнечного цикла, а когда их почти нет – минимумом.

Используя переключатель в верхней части окна, проанализируйте цикличность изменения солнечной активности. Оцените, насколько согласуются графики среднемесячных, сглаженных среднемесячных и среднегодовых значений чисел Вольфа. Попытайтесь выделить не только одиннадцатилетний, но и так называемый «вековой» цикл солнечной активности. По какому графику это наиболее удобно сделать?

Вычислите продолжительность девяти циклов, имевших место в двадцатом веке: с 1900 по 2000 годы (наиболее удобно при этом использовать график среднегодовых значений чисел Вольфа). Для этого предварительно выпишите годы минимумов и максимумов. Рассчитайте среднюю продолжительность цикла солнечной активности в двадцатом веке.

Результаты вычислений занесите в таблицу 5.

Таблица 5.

Задание 6 . Оценка качества прогнозирования солнечной активности различными методами.

Учитывая огромное влияние, которое оказывает Солнце и солнечная активность на Землю и её обитателей, задача прогнозирования солнечной активности является весьма актуальной.

На графиках представлены среднемесячные и среднегодовые значения чисел Вольфа за последний цикл солнечной активности, а также прогнозы, сделанные с использованием трёх различных методов по данным на конец предыдущего цикла. Проанализируйте качество прогнозов. Сделайте вывод о достоверности прогнозов, сделанных каждым методом.

Выводы запишите в тетрадь.

 

Задание 7. Прогнозирование солнечной активности на ближайшие годы.

На графиках представлены прогнозы солнечной активности на ближайший цикл, сделанные при помощи тех же трёх методов, что и в предыдущем задании. Что можно сказать о характере солнечной активности в ближайшие годы согласно этим прогнозам? (Для сравнения приведены также графики среднемесячных и среднегодовых числе Вольфа за последний цикл). Насколько можно считать достоверными эти прогнозы с учётом выводов, сделанных по итогам выполнения предыдущего задания? В чём состоят характерные особенности каждого из прогнозов?

Сделанные выводы запишите в тетрадь.

 

Контрольные вопросы.

•  Почему светит Солнце? Объясните причины выделения энергии в недрах Солнца.

•  Назовите основные проявления солнечной активности.

•  Как связана солнечная активность с магнитной деятельностью Солнца?

•  Что представляют собой пятна на Солнце? Почему они возникают? Каковы их размеры?

•  Что представляют собой протуберанцы? Как они возникают? Каковы их размеры?

•  Какова природа хромосферных вспышек?

•  Как влияет солнечная активность на Землю?

•  Сравните последний цикл солнечной активности с предшествующими.