Observationer og eksperimenter i astronomi FAGDIDAKTISK KURSUS I ASTRONOMI 30. NOVEMBER 2016

Transkript

1 Observationer og eksperimenter i astronomi FAGDIDAKTISK KURSUS I ASTRONOMI 30. NOVEMBER 2016

2 Indhold i dette oplæg Hvad er elevernes faglige forudsætninger? Observationer/Eksperimenter Billedanalyse Egne og andres data til analysearbejdet Simuleringssoftware VIREO/CLEA. Applikationer på Internettet. (F.eks. Mælkevejens masse (også egne målinger.) Arbejd selv med SalsaJ Diskussion af øvelsesvalg samt udformning af øvelsesvejledninger

3 Elevernes forudsætninger på Rosborg sidste år og i år Stor diversitet i elevernes baggrund. Hvordan tager man højde for det? Lav opgaver med stigende sværhedsgrad. Projektarbejder, hvor eleverne selv vælger niveau lad være med at tvinge eleverne til at de skal nå samme (høje) niveau. Overvej om rapportskrivning gavner videoaflevering er måske mere passende? ( Sørg for at eksamesspørgsmål afspejler gymnasiefagets læremål så det ikke bliver en avanceret matematisk øvelse. Ved gennemgang af teori skal man gøre klart for eleverne, hvad der kræves af dem til eksamen. Elevbaggrund i Matematik A -Geovidenskab A -Kemi B (Ty) Matematik A -Fysik B -Kemi B (Ty) Matematik A -Fysik B -Kemi B (Ty) Biologi A -Matematik B -Idræt B (FR/SP/IT) Matematik A -Geovidenskab A -Kemi B (Ty) Biologi A -Matematik B -Idræt B (FR/SP/IT) Matematik A -Fysik B -Kemi B (Ty) Biologi Matematik A -Matematik A - Bioteknologi B -Idræt A - Fysik B (FR/SP/IT) B (FR/IT/SP)) Biologi A -Matematik B -Idræt B (Ty B) Biologi A -Matematik B -Idræt B (FR/SP/IT) Engelsk A -Spansk A -Tysk B -Latin C Engelsk A -Spansk A -Tysk B -Latin C

4 Analyse af billeder SALSAJ SUCH A LOVELY, SMALL ASTRONOMY-APPLICATION IN JAVA

5 Formål Hvorfor anvende astronomiske billeder i undervisningen? For at demonstrere hvordan information trækkes ud af lys. For at give et indblik i en af måderne, hvor vi har lært om Universet. For at få eleverne til at forstå, at observationer skal fortolkes. For at opfylde læreplaner. Fordi det kanvære sjovt at arbejde med billeder.

6 Læreplanen i astronomi Formål Faget astronomi C bidrager til uddannelsens overordnede målsætning med fokusering på almendannelsen, ved at eleverne gennem arbejdet med astronomiske observationer, data, teorier og modeller får indsigt i naturvidenskabelige arbejds- og tænkemåder. Faglige mål kunne indsamle, bearbejde og fortolke astronomiske data Faglige krav Undervisningen bygger på et generelt naturfagligt grundlag og på matematik C, men skal i øvrigt tilpasses elevernes faktiske faglige forudsætninger. Det er ikke hensigten, at formel matematisk argumentation skal spille en væsentlig rolle i arbejdet med de astronomiske problemstillinger. Arbejdsformer eksperimentelt arbejde behandling af egne eller andres data digital billedbehandling analyse og fortolkning af bearbejdede data

7

8 Installation af SalsaJ 1. Sørg for at Java er opdateret: 2. Download programmet hos (Vælg programmet inkl. eksempler og makroer.) Installer programmet. Mac-brugere se pkt Mac-brugere: Læg programmet et sted, hvor du kan finde det igen, da datafiler ligger i en undermappe til programmet. 4. Windows-brugere: Åbn c:\program Files (x86)\ eller c:\programmer (x86)\ 5. Højreklik på mappen SalsaJ. Vælg Egenskaber-Sikkerhed Tryk på Rediger og vælg Brugere. Sørg for at Brugere får Fuld kontrol over mappen. 6. RAM-tørstig? Højreklik på ikonet for SalsaJ, vælg Egenskaber og tilføj parameteren -mx1280m efter programstien. "C:\Program Files (x86)\java\jre1.8.0_111\bin\javaw.exe" - mx1280m -jar -Dfile.encoding=UTF-8 "C:\Program Files (x86)\salsaj\salsaj.jar" NB

9 Hvorfor SalsaJ? 1. SalsaJ er gratis. 2. Brugerfladen er enkel. 3. Det har tilstrækkeligt med funktioner til at lave databehandling. 4. Det kan køre på alle platforme, der kan afvikle Java.

10 SalsaJ -træningsøvelser ØVELSERNE Månen at datere Humboldtkrateret på Månen. Saturn, dens ringe og dens satellitter Kan man blindt stole på målinger? Lær om sammenhængen mellem måners form og deres radius. Objekter udenfor Solsystemet Mål størrelsen af en EGG. Undersøg skivens størrelse i β Pictoris. MÅL Opøve fortrolighed med SalsaJ Længde- og arealmålinger Afvikling af Makroer Skalaværktøjet Lære om egenskaber ved Solsystemet Nedre grænse for Solsystemets alder Månen og andre måner Lære lidt om dannelsen af planetsystemer Størrelsen af oprindelige protostjernesystemer (kan evt. perspektiveres til størrelsen af vores system inkl. Oortskyen.) Se øvelsesvejledningen på

11 Videregående øvelser V Udmål et HR-diagram Benyt billeder til at måle størrelsesklasserne i to farvebånd Plot HR-diagram og fortolk det Aldersbestemmelse Afstandsbestemmelse -0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1, HR diagram NGC957 Feltstjerner fratrukket (B-V)_0 Mål At lære hvordan fotometri kan bruges til at måle afstande til-og aldre af hobe i den nære omegn af Solen. Indhold Størrelsesklassebegrebet Kalibrering af målinger Fitning af resultater med teoretiske modeller Sværhedsgrad B-elever i natvid kan lave hele opgaven. C-elever kan nok kun lave det rå HR-diagram. Omfang ca. 4,5 klokketimer.

12 Differentiering Man kan benytte et Office365/Googledocs-ark til datadeling eleverne kan nøjes med at måle på f. eks. et halvt billede. Udpræget C-niveauagtige elever i natvid kan nøjes med at lave et ukalibreret HR-diagram. Lidt dygtigere elever kan bestemme standardstørrelsesklasser og bestemme afstanden til hoben. Dygtige elever kan også lave aldersbestemmelse. Alle kan diskutere problemet med at aflæse turn-off. Alle kan diskutere problemet med forgrunds- og baggrundsstjerner. De meget dygtige elever kan forsøge at fjerne bag- og forgrundsstjerner. 10 HR-diagram NGC 957 HR diagram NGC957 Feltstjerner fratrukket ,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1, V 15 V ,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3, (B-V)0 19 (B-V)_0

13 Andre SalsaJ-øvelser På nogle flere øvelser, som man kan bruge. Supernovalyskurve i M100. En lyskurve bestemmes og afstanden til M100 måles. Afstandsbestemmelse med SNIa-metoden. Afstanden til NGC691 bestemmes. Bestem afstanden til SMC ved Cepheidemetoden. Vej spiralgalaksen NGC Rød-og blåforskydning af spektrallinier for en galakse anvendes til at bestemme Afstanden til galaksen. Radius af galaksen. Massen af galaksen.

14 Data fra Internettet SKOLEN HAR INGEN KIKKERT/KAMERA HVAD GØR VI SÅ?

15 Aladin

16

17 Bemærk at Simbad også kan give standardstørrelsesklasser for billedet så en udmåling i f.eks. SalsaJ er ikke tvingende nødvendig.

18 Andre databaser

19 CLEA-programpakken (Inkl VIREO) Fordele Mange øvelser med ægte (udvalgte) data. Større garanti for gode resultater end med egne målinger. Inkluderer observationsdelen. Ulemper Virker kun på Windows eller via Wine på Mac. Udviklingen af nye programmer er slut. Det kan crashe i ny og næ.

20 Forskelle mellem Vireo/Clea og SalsaJ SALSAJ Analyse af optagede billeder. Man er overladt til sin egen kreativitet. Observationsdelen er udeladt (Der er dog et webcam-modul i SalsaJ.) Er man dygtig nok kan man lave sin egen forskning. VIREO/CLEA Analyse af egne optagelser. Programmet hjælper en på vej. Man kan observere men dog simuleret. Alle data er færdiganalyserede på forhånd. Har man ikke så meget tid, kan Vireo/CLEA være en fordel fremfor SalsaJ, men det sker på bekostning af ægtheden af ens arbejde.

21 Eksempel på brug af Vireo Bestemmelse af Hubblekonstanten Mål Mål rødforskydning for en del galakser. Beregn afstande til de målte galakser. Tegn (v, d)-kurve og bestem Hubblekonstanten.

22

23 Noter Navn på objekt Visuel størrelsesklasse Sørg for S/N er over 10 Galakse giver et dårligt resultat

24 Efter man har gemt spektret kan man gå tilbage til Telecope Main panel, vælge Spectrum Measuringog indlæse et målt spektrum samt et sammenligningsspektrum. Noter z i et regneark, så V og z kendes. Benyt endelig formlerne V-M V = 5 log(d)-5, M V = -21 = =

25 Løsning af platformsproblemet Få din IT-afdeling til at installere en dedikeret Windows-server med Vireo + andre CLEAprogrammer installeret. Tilgå via Fjernskrivebord (RDP.) Alle computere og tablets selv telefoner med store skærme kan tilgå serveren. Omkostninger CAL-licenspris er ca. 20,-pr. elev pr. år. Windows-licens er gratis i et WMWare-miljø. Serveren er gratis i et WMWare-miljø. (Ellers koster den ca. 5000,- inkl. Windows-licens excl CAL-licenser.)

26 Rotationskurve for Mælkevejen MÅL At veje al masse indenfor Solens bane i Mælkevejen. At forstå en vigtig anvendelse af Keplers 3. lov. At demonstrere hvordan mørkt stof kan måles med en simpel parabolantenne. PÆDAGOGIK C-niveau: Eleverne kan udføre en kineæstetisk øvelse -alternativt kan de se en film om problematikken. Derefter serveres de færdige ligninger for eleverne. B-niveau: Læreren gennemgår den nødvendige matematik. A-niveau: De dygtige elever kan løse de nødvendige ligninger selv.

27 Kineæstetisk øvelse

28 Matematikken bag øvelsen

29 Måleprogrammet Man kan køre simulatoren eller man kan oprette en konto hos foretage målingerne i virkeligheden.

30 Spektrum for en HI-sky

31 Lån evt andres observationer

32 Resultat Mælkevejen Rotationskurve V (km/s) = 225, =8,5. = =2 10 = R (kpc)

33 Praktiske observationer EGEN KIKKERT OG KAMERA

34 Muligheder Stjernebilleder Generel orientering på nattehimmelen Observationer af Månen, planeter og Solen Ekliptika på nattehimmelen Månens overflade Jupiters ringe, Saturns måner Solpletter og protuberanser Stjernetåger Ringtågen i Lyren (M57) Oriontågen (M42) Stjernehobe Plejaderne (M45) Kuglehoben i Herkules (M13)

35 Udstyr

36 Kameraer

37 Indkøbsmuligheder

38 Begrænsninger 1. De viste kameraer giver ikke mulighed for at at tilføje filtre. (UBV for eksempel.) 2. Manglende udsyn til himmelen. 3. Vejret. 4. Lysforurening. 5. Elevernes private aftenaktiviteter giver mange afbud. 6. Erfaring glemmes let af læreren, fordi man bruger udstyret så sjældent.

39 Kunstig løsning på nogle af problemerne

40 Tilbehør

41 Det er ikke Tycho Brahe planetarium, men det er ok

42 Arbejde Gå i krig med Introduktion til SalsaJ